【技術實現步驟摘要】
技術介紹
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技術介紹
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1、動態可調的定向聲輻射是聲學領域一個重要應用，并隨著科技的進步，已經變得與我們生活密不可分，例如在水下聲納探測、定向聲能武器、定向通訊、定向聲波驅散等方面均具有重要意義。然而，聲波作為機械波，其散射和衍射特性給聲波特別是低頻聲波的定向輻射帶來了極大挑戰。目前所采用的利用多組換能器組成的線陣列達到強指向性的方式，其輻射器整體的尺寸和波長具有相同的數量級，很難做到器件的微型化。近些年，學者們為了實現任意的聲波調控，不斷地探索新的聲人工結構，聲學超構材料的概念由此被提出。聲學超構材料大多都擁有亞波長或者深度亞波長尺寸，以其非凡的波陣面調控能力徹底改變了傳統操縱聲波吸收、反射和透射方式。聲學超構材料構建的核心在于調控材料的聲學參數，即質量密度和體積模量。超構材料的出現為低頻聲波的定向輻射提供了一條有效途徑。目前，多種類型的超構材料已成功地實現了定向聲輻射，比如聲漏波天線、聲子晶體、亥姆赫茲諧振器和mie諧振器等等。目前利用超構材料構建的聲定向輻射器件已經在尺寸和靜態工作特性上充分表現出其優異的調控能力。若要滿足未來人們對定向聲輻射應用的需求，還需進一步拓展超構材料的動態調控功能。在現有的研究中，主要有兩種方式實現動態可調性。一種將聲學超構材料中加入有源材料，通過檢測外部的參數來調整超構材料自身的體積模量和質量密度，從而達到動態調節聲學參數的目的。另外一種方式是通過調整超構材料的幾何構成，比如旋轉、平移、鏡像等，得到不同的聲學參數和聲學效應。大多數超構材料的宏觀聲學性能受控于微結構的幾何構型，這意
技術實現思路
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技術實現思路
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1、本專利技術要解決的技術問題在于，現有的實現調節聲定向輻射的方法很難實時地調節聲波的方向和傳播。目前研究較多的是有源超材料和調節超構材料的幾何構成。在聲學超材料中加入有源材料，根據外部的參數來調節超構材料自身的體積模量和質量密度，但有源超材料的方法只能適用特定的場景。而通過調整超構材料的幾何構成，大部分受限于幾何構型，在制備完成后聲學特性很固定，缺乏動態調節性。因此，目的主要是探究一種動態可調且適用于多種場景的聲學超構材料模型。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的關鍵技術是：
3、(1)基于圓柱形非均勻迷宮結構
4、近年來，使用亞波長尺寸的超構材料實現動態可調的聲定向輻射成為了聲學領域中研究的一個熱點，其中迷宮結構為聲定向輻射做出了很多貢獻。與利用揚聲器陣列實現聲定向輻射的傳統方法相比，圓柱形非均勻四通道迷宮結構在尺寸和可重構方面具有獨特的優勢。使用這種微結構可以很好地在亞波長尺寸下完成聲波的調控。
5、(2)基于結構的偶極子聲波指向性和旋轉各向異性
6、對于圓柱形迷宮結構，其在不同頻率聲波的激發作用下，會表現出不同的共振模式，如單極子、偶極子、多極子模式等。其中該微結構單元在單極子共振模式時，聲能將集中在結構內部，并向各個方向擴散。當該微結構單元在偶極子共振模式時，聲能將表現出顯著的方向響應特性。圓柱形非均勻迷宮結構在偶極子模態時其聲波輻射具有較強指向性，幾何結構上又具備非對稱性，當微結構以圓心為中心旋轉時，其聲波定向輻射的方向也會發生改變。
7、(3)構建圓環型超構材料用于定向聲輻射
8、將點聲源放置在由18個非均勻迷宮結構組成的圓環型超構材料的中心，調節圓柱形非均勻迷宮結構的旋轉角度，使各結構處于導通或截止狀態，從而控制點聲源在各個方向上的傳播，實現具有動態可調特性的定向聲輻射。和其他得到指向性聲波的方法相比，非均勻迷宮結構實現的聲定向輻射可以通過旋轉靈活改變指向性輻射的方向，只需將對應方向的單元設置為打開狀態，其他單元處于截止狀態，就可以得到一個簡易的定向聲輻射裝置。
9、本專利技術的有益效果是：
10、由于本專利技術設計了一種具有亞波長尺寸的圓柱形非均勻迷宮結構，運用其偶極子的方向響應特性和旋轉各向異性，構造了一種便捷可調的聲學開關器件。在此基礎上，構造一種圓環型超構材料，將非均勻迷宮結構的開關特性與點聲源進行結合，實現了動態可調的定向聲輻射。
11、(1)由于本專利技術設計了一種圓柱形非均勻迷宮結構超構材料，可以在亞波長尺寸下調控聲波。與利用揚聲器陣列實現聲定向輻射的傳統方法相比，圓柱形非均勻四通道迷宮結構在尺寸和可重構方面具有獨特的優勢。
12、(2)相比于聲學參數較為固定的傳統的聲學超材料，本專利技術設計的圓柱形超構材料具有動態可調性，可以根據需要調整微結構的角度，從而可以透射聲波。
13、(3)由于本專利技術將點聲源和非均勻迷宮結構組成的圓環型超構材料相結合，為改造現有的簡單聲源和實現特殊的聲波調控提供了一種新思路，同時對動態可調的新型定向聲輻射原型器件的構造具有重要意義。
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1.一種利用圓柱形非均勻迷宮結構實現動態可調定向聲輻射的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于：在步驟Step1當中，分別從墻壁厚度，空氣通道寬度，彎曲折數，內外圓半徑，開口寬度和朝向，占比比例等因素考慮，設計出微結構單元。
3.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于：在步驟Step2當中，分析出微結構的特殊模態頻率，本專利技術主要使用到的是微結構的偶極子模態，在該模態下，微結構呈現出聲波指向性的性質。
4.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于：在步驟Step3當中，使用步驟Step2中分析出的偶極子頻率聲波進行激發，緩慢轉動微結構單元，分析在不同角度下的微結構單元對聲波的作用。
5.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于，將點聲源放置在由18個非均勻迷宮結構組成的圓環型超構材料的中心，調節圓柱形非均勻迷宮結構的旋轉角度，使各結構處于導通或截止
...【技術特征摘要】
1.一種利用圓柱形非均勻迷宮結構實現動態可調定向聲輻射的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于：在步驟step1當中，分別從墻壁厚度，空氣通道寬度，彎曲折數，內外圓半徑，開口寬度和朝向，占比比例等因素考慮，設計出微結構單元。
3.根據權利要求1所述的基于圓柱形非均勻迷宮結構的動態可調定向聲輻射，其特征在于：在步驟step2當中，分析出微結構的特殊模態頻率，本發明主要使用到的是微結構的偶極子模態，在該模態下，微結構呈現出聲波指向性...
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