低频换能器在布阵时,由于其频率较低,波长较大,若按照传统的1/2波长间距布阵,基阵的空间利用率会大大降低,因此通常采用密排结构。当阵元间距达到百分之一波长级甚至千分之一波长级时,阵元之间辐射的声场会相互影响,相互耦合,使基阵的性能发生变化,谐振频率下降、发送电压响应提高等,通过调整阵元间距可以得到不同的谐振频率。本文的主要工作是基于低频密排阵列中阵元间强烈的互辐射作用,设想在阵列中加入无源阵元,通过有源阵元辐射的声场激励其振动,分析阵列性能的变化。首先,建立了包含无源阵元的低频密排阵列的二元、三元等效模型,推导了不同模型中有源阵元受到的互辐射阻抗公式,运用MATLAB软件仿真了互辐射抗随阵元间距与波长比的变化曲线。其次,以新型弯曲圆盘换能器为阵元,运用ANSYS有限元软件仿真了包含无源阵元的二元阵列,分析了无源阵元对阵列谐振频率、发送电压响应、指向性的影响;分析了二元阵列的布阵方式,无源阵元的材料、阵元间距对阵列性能的影响;之后对三元阵列以及多元阵列进行了有限元仿真。最后,设计并制作了换能器阵列样机,装配后进行了水池测试,单个有源阵元在水中的谐振频率为1.5kHz,发送电压响应为128.36dB,最大声源级172 dB,当有源阵元上下两侧加入无源阵元组成三元阵列时,整个阵列有三个谐振峰,依次为1.2 kHz、2.6kHz、3.9 kHz,相邻两个谐振峰之间最大起伏10 dB,能够实现低频多谐振峰宽带发射,与有限元仿真结果基本吻合。结果表明,当低频密排阵列中存在无源阵元时,能起到与有源阵元相同的作用,当阵列结构非对称时还可以激发出具有指向性的模态,对于三元阵列通过合理的布阵方式可以实现低频宽带多谐振峰发射。