[发明专利]一种兰姆波调控设备及其设计方法

权利要求书

1.一种兰姆波调控设备，其特征在于，包括平板以及布置在平板上方的超构表面，所述超构表面与平板相连，由一排底面直径相同、等间距排列的柱体组成，各个柱体的高度与所需的兰姆波的波阵面形状相适应。

2.根据权利要求1所述的一种兰姆波调控设备，其特征在于，所述柱体与平板一体成型，且材料相同。

3.根据权利要求2所述的一种兰姆波调控设备，其特征在于，所述柱体与平板通过3D打印技术一体成型。

4.一种兰姆波调控设备的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1-3中任一所述的兰姆波调控设备，包括以下步骤：

S1：获取平板的厚度，生成多个几何参数不同的单元模型，所述单元模型包括平板和布置在平板上方的单个柱体，所述几何参数包括柱体的底面直径和柱体的高度；

S2：分别对各个单元模型施加不同频率的激振力，并计算各个单元模型在各个频率处的透射波相位变化和透射系数，得到基本单元模型，所述基本单元模型满足以下条件：基本单元模型在某一频率处的透射波相位变化为π或-π，且基本单元模型在该频率处的透射系数不小于预设置的透射系数阈值，将该频率记为基本单元模型的工作频率；

S3：对基本单元模型施加频率等于工作频率的激振力，保持基本单元模型中柱体的底面直径不变，不断改变基本单元模型中柱体的高度并计算基本单元模型的透射波相位变化和透射系数，直至得到透射波相位变化在[-π，π]内关于基本单元模型的柱体高度的变化函数；

S4：获取所需的波阵面形状，根据波阵面形状得到平板上超构表面的连续相位分布，根据单元宽度对连续相位分布进行离散操作，得到离散相位分布，离散相位分布中的每个离散点对应一个柱体，根据各个离散点的相位确定各个柱体的高度，所述单元宽度为相邻两个柱体的中心点之间的距离，大于柱体的底面直径；

S5：基于步骤S4得到的离散相位分布和各个柱体的高度，制作兰姆波调控设备。

5.根据权利要求4所述的一种兰姆波调控设备的设计方法，其特征在于，在有限元软件中生成单元模型并计算单元模型的透射波相位变化和透射系数。

6.根据权利要求5所述的一种兰姆波调控设备的设计方法，其特征在于，步骤S1中生成的单元模型中还设置了完美匹配层和垂直于波传播方向的周期性条件。

7.根据权利要求4所述的一种兰姆波调控设备的设计方法，其特征在于，计算单元模型的透射波相位变化和透射系数的过程如下：

在单元模型中柱体的一侧施加平板面外方向的激振力，在单元模型中柱体的另一侧设置一个侦测点，透射波相位变化透射系数T＝|w₁/w₀|，其中，w₁为侦测点处测得的面外位移，w₀为单元模型中没有柱体时侦测点处测得的面外位移。

8.根据权利要求4所述的一种兰姆波调控设备的设计方法，其特征在于，预设置的透射系数阈值为0.4。