[发明专利]一种调节声子晶体定向辐射频率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节声子晶体定向辐射频率的方法。

背景技术

声子晶体是一种新发展起来的人工周期结构，受到科研工作者的极大关注。声子晶体一个重要特性是声子禁带，落在禁带频率范围内的声波将无法通过声子晶体传播，这一特性可用于消声器件。而近年来，声子通带内的特性也引起了大家的兴趣，这些特性包括负折射、声聚焦、声波定向辐射。

通过改变声波在声子晶体中的传输路径，可实现声波定向辐射。通过适当的结构剪裁及改变声源放置位置可实现声场辐射支的调整。这一特性使得声子晶体具有另一应用前景，比如我们可以根据这一思想设计出基于声子晶体的声波定向发射器，声波分束装置等。所以，声波定向的研究对声子晶体的研究具有重要意义。因此，我们提出了一种调节声子晶体定向辐射频率的方法。

   目前，调节声子晶体定向辐射频率的方法有改变腔体的间隔、填充率的大小等来实现。然而这些方法对制备要求较高，相对于目前的声子晶体制备技术很难完成，所以投入应用不太乐观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节声子晶体定向辐射频率的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种调节声子晶体定向辐射频率的方法， 该方法采用二维声子晶体结构调节声子晶体定向辐射频率，所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由钢柱体1在水中按二维晶格排列，钢柱体逆时针旋转，逆时针旋转的角度分别取                                                、、或；所述钢柱体1的边长是，其中a为晶格常数；所述的二维晶格单元的钢柱体1至少五层，所述二维晶格的晶格常数a为1m。

所述的二维声子晶体结构由一种或几种密度不同的多层单元叠加组成。

所述二维晶格单元排列结构为矩形、正方形或六角形。

所述二维晶格单元排列结构优选为正方形。

所述钢柱体1的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。

所述钢柱体1的横截面形状优选为正方形。

所述钢柱体在单个元胞中的填充率。

所述二维声子晶体结构是由钢柱体和水两种密度不同的单元叠加而成的：其中，钢柱体的密度为，纵波波速，横波波速，水的密度为，纵波波速。

 

声子晶体通带的产生和大小主要受以下因素影响：一、组成介质的质量密度、弹性常数、声波速度等物理参数；二、分散介质的几何形状、体积分数和排列方位；三、晶体的排列结构。通过调节和改变这些因素即可获得满足特定频率要求的声子晶体。

基于上述三方面因素的考虑及现实可行性要求，选择方形钢柱体排列于水中构成的声子晶体。

 

   本发明的有益效果：

本发明所提供的一种调节声子晶体定向辐射频率的方法，与以往实现定向辐射频率调节的声子晶体的结构不同，不需要改变柱体的填充率或者拉开腔体间隔，只需简单的方位调节，即可调节定向频率，制作工艺简单，可设计性强。

 

附图说明

图1为本发明的二维晶格单元排列结构钢柱体逆时针旋转的横截面示意图。

图2表示由钢柱体按正方晶格排列于水中的二维声子晶体能带结构图，其中结构中钢柱体在单个元胞中的填充率。  

图3为本发明实施例中钢柱体在不同旋转角度时最低两条带映射在第一布里渊区内的的等高线图。

图4为本发明实施例中具有定向辐射的频率所对应的声压分布图。

 

具体实施方式

对于由柱体分散于水中所形成的二维声子晶体，柱体横截面形状可以为圆形、椭圆形、长方形、矩形、三边形、六边形等，排列结构可以是矩形、正方形或六角形等二维晶格。对于我们提出的调节声子晶体定向辐射频率的方法，采用的柱体横截面形状为正方形且按正方晶格排列。声子晶体的材料种类也有很多种，考虑到声波在声子晶体中的散射效果，我们采用了较坚硬的钢柱体。本发明即采用较为合理的结构和材料，即在水背景中将钢柱体按正方晶格平行排列。

实施实例：本实施例选择的是钢（其弹性常数为：密度，纵波波速，横波波速）在水（其弹性常数为：密度，纵波波速）中按如上所述的结构构成的二维声子晶体。此时钢柱体未旋转时声子晶体的能带结构如图2所示。晶格常数取a=1m。图3、4分别为各旋转情况下的等高线图和对应定向频率的声压图，逆时针旋转的角度分别取、、或。此实施方案对获得某个定向辐射频率的声子晶体的系统方法简单，可设计性强。