[发明专利]一种声学超表面结构及声学天线装置

说明书

本发明公开了一种声学超表面结构，包括第一超胞和与第一超胞横向连接的第二超胞，第一超胞和第二超胞镜像对称；第一超胞包括N个横向排列的第一超胞单元，从对称面起各个第一超胞单元的折射率按照预设规则逐个降低，第二超胞包括N个横向排列的第二超胞单元，从对称面起各个第二超胞单元的折射率按照预设规则逐个降低；N不小于2。本申请在使用过程中能够将柱面波或球面波转化为平面波，实现对声波的定向，且本申请中的超胞单元的结构简单，整体透射率较高，从而能够保证声信号在传播过程中的强度。本发明中的声学天线装置同样具有上述相同的有益效果。

技术领域

本发明实施例涉及声学技术领域，特别是涉及一种声学超表面结构及声学天线装置。

背景技术

随着科学技术的发展，声波的应用也越来越广泛。目前，多数声源是线声源或点声源，线声源发射的为柱面波，点声源发射的为球面波，而声信号的接收是需要以平面波的形式进行接收的，故需要将柱面波或球面波转换为平面波，实现对声波的定向。

现有技术中主要是采用基于相位排布的声学超表面结构实现从柱面波或球面波向平面波的转换，实现对声波的定向，但是，由于基于相位排布的声学超表面结构中的各个超胞单元的内部结构需要依据相应的相位进行设计，结构复杂，导致声学超表面结构的整体透射率降低，且转换效率低，影响声信号在传播过程中的强度。

鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的声学超表面结构及声学天线装置成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种声学超表面结构和声学天线装置，在使用过程中能够将柱面波或球面波转化为平面波，实现对声波的定向，且结构简单，整体透射率较高，转换效率高，能够保证声信号在传播过程中的强度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种声学超表面结构，包括第一超胞和与所述第一超胞横向连接的第二超胞，所述第一超胞和所述第二超胞镜像对称；所述第一超胞包括N个横向排列的第一超胞单元，从对称面起各个所述第一超胞单元的折射率按照预设规则逐个降低，所述第二超胞包括N个横向排列的第二超胞单元，从所述对称面起各个所述第二超胞单元的折射率按照预设规则逐个降低；所述N不小于2。

可选的，还包括中心超胞单元，所述第一超胞通过所述中心超胞单元与所述第二超胞横向连接，所述第一超胞和所述第二超胞以所述中心超胞单元为中心镜像对称；与所述中心超胞单元直接连接的第一超胞单元和第二超胞单元的折射率均小于所述中心超胞单元。

可选的，所述预设规则为第一计算关系式，所述第一计算关系式为:

其中，n₀为所述中心超胞单元的折射率，y₀为所述中心超胞单元的焦距，x为第i个超胞单元距离所述中心超胞单元中心点的距离，n_i为第i个超胞单元的折射率，h为所述声学超表面结构的厚度，i∈[1,n]。

可选的，所述中心超胞单元的折射率为17或20。

可选的，所述y₀为20cm～100cm。

可选的，各个所述第一超胞单元、所述中心超胞单元和各个所述第二超胞单元的外形尺寸相同。

可选的，所述声学超表面结构的高度为λ/20，λ为入射声波的波长。

本发明实施例还提供了一种声学天线装置，包括如上述所述的声学超表面结构。

可选的，所述声学超表面结构为多个。

可选的，各个所述声学超表面结构形成多面环形结构。