[發明專利]一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法

有效

• 申請號: 201410078032.3
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103903607A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 吳福根;李靜;張欣;姚源衛;程聰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G10K11/165
• 分類號: G10K11/165
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法。

背景技術

聲子晶體是一種新發展起來的人工周期結構，受到科研工作者的極大關注。聲子晶體一個重要特性是聲子禁帶，落在禁帶頻率范圍內的聲波將無法通過聲子晶體傳播，這一特性可用于消聲器件。而近年來，聲子通帶內的特性也引起了大家的興趣，這些特性包括負折射、聲聚焦、聲波定向輻射。

通過改變聲波在聲子晶體中的傳輸路徑，可實現聲波定向輻射。通過適當的結構剪裁及改變聲源放置位置可實現聲場輻射支的調整。這一特性使得聲子晶體具有另一應用前景，比如我們可以根據這一思想設計出基于聲子晶體的聲波定向發射器，聲波分束裝置等。所以，聲波定向的研究對聲子晶體的研究具有重要意義。因此，我們提出了一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法。

???目前，調節聲子晶體定向輻射頻率的方法有改變腔體的間隔、填充率的大小等來實現。然而這些方法對制備要求較高，相對于目前的聲子晶體制備技術很難完成，所以投入應用不太樂觀。

發明內容

本發明的目的在于提供一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法，?該方法采用二維聲子晶體結構調節聲子晶體定向輻射頻率，所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由鋼柱體1在水中按二維晶格排列，鋼柱體逆時針旋轉，逆時針旋轉的角度分別取????????????????????????????????????????????????、、或；所述鋼柱體1的邊長是，其中a為晶格常數；所述的二維晶格單元的鋼柱體1至少五層，所述二維晶格的晶格常數a為1m。

所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成。

所述二維晶格單元排列結構為矩形、正方形或六角形。

所述二維晶格單元排列結構優選為正方形。

所述鋼柱體1的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。

所述鋼柱體1的橫截面形狀優選為正方形。

所述鋼柱體在單個元胞中的填充率。

所述二維聲子晶體結構是由鋼柱體和水兩種密度不同的單元疊加而成的：其中，鋼柱體的密度為，縱波波速，橫波波速，水的密度為，縱波波速。

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聲子晶體通帶的產生和大小主要受以下因素影響：一、組成介質的質量密度、彈性常數、聲波速度等物理參數；二、分散介質的幾何形狀、體積分數和排列方位；三、晶體的排列結構。通過調節和改變這些因素即可獲得滿足特定頻率要求的聲子晶體。

基于上述三方面因素的考慮及現實可行性要求，選擇方形鋼柱體排列于水中構成的聲子晶體。

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???本發明的有益效果：

本發明所提供的一種調節聲子晶體定向輻射頻率的方法，與以往實現定向輻射頻率調節的聲子晶體的結構不同，不需要改變柱體的填充率或者拉開腔體間隔，只需簡單的方位調節，即可調節定向頻率，制作工藝簡單，可設計性強。

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附圖說明

圖1為本發明的二維晶格單元排列結構鋼柱體逆時針旋轉的橫截面示意圖。

圖2表示由鋼柱體按正方晶格排列于水中的二維聲子晶體能帶結構圖，其中結構中鋼柱體在單個元胞中的填充率。??

圖3為本發明實施例中鋼柱體在不同旋轉角度時最低兩條帶映射在第一布里淵區內的的等高線圖。

圖4為本發明實施例中具有定向輻射的頻率所對應的聲壓分布圖。

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具體實施方式

對于由柱體分散于水中所形成的二維聲子晶體，柱體橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、長方形、矩形、三邊形、六邊形等，排列結構可以是矩形、正方形或六角形等二維晶格。對于我們提出的調節聲子晶體定向輻射頻率的方法，采用的柱體橫截面形狀為正方形且按正方晶格排列。聲子晶體的材料種類也有很多種，考慮到聲波在聲子晶體中的散射效果，我們采用了較堅硬的鋼柱體。本發明即采用較為合理的結構和材料，即在水背景中將鋼柱體按正方晶格平行排列。

實施實例：本實施例選擇的是鋼（其彈性常數為：密度，縱波波速，橫波波速）在水（其彈性常數為：密度，縱波波速）中按如上所述的結構構成的二維聲子晶體。此時鋼柱體未旋轉時聲子晶體的能帶結構如圖2所示。晶格常數取a=1m。圖3、4分別為各旋轉情況下的等高線圖和對應定向頻率的聲壓圖，逆時針旋轉的角度分別取、、或。此實施方案對獲得某個定向輻射頻率的聲子晶體的系統方法簡單，可設計性強。