本發(fā)明涉及聲波隔離技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種聲波透射隔離器。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聲波的應(yīng)用也越來越廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，可能經(jīng)常遇到兩列準(zhǔn)相交的聲波，在兩列準(zhǔn)相交的聲波相交后就會(huì)出現(xiàn)聲信號(hào)的疊加和交互，但是，有時(shí)候需要將兩列準(zhǔn)相交的聲波隔離開，以便于兩列準(zhǔn)相交的聲波在傳輸過程中不受彼此信號(hào)的干擾，獨(dú)立進(jìn)行傳播。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用阻止聲波的傳輸、對(duì)聲波進(jìn)行吸收或?qū)⒙暡ㄟM(jìn)行散射的方式來實(shí)現(xiàn)兩列準(zhǔn)相交的聲波的隔離，但是，采用現(xiàn)有的方法對(duì)兩列準(zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離會(huì)在一定程度上破壞聲信號(hào)，使其不能保持各自原來的特性。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的聲波透射隔離器成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種聲波透射隔離器，在使用過程中不但能夠?qū)θ肷浣切∮诘扔陂撝档膬闪袦?zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離，而且同時(shí)保全了兩列聲波各自的聲信號(hào)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種聲波透射隔離器，所述裝置為聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)，包括n個(gè)橫向排列的第一超胞和m個(gè)橫向排列的第二超胞，所有所述第二超胞均位于所有所述第一超胞的左側(cè)，所述n和所述m均為大于1的正整數(shù)，其中：

所述第一超胞和所述第二超胞均包括第一相位單元、第二相位單元、第三相位單元、第四相位單元、第五相位單元以及第六相位單元；所述第一超胞中的各個(gè)相位單元按照第一相位單元至第六相位單元的順序進(jìn)行排列，所述第二超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序與所述第一超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序相反；所述第一相位單元、所述第二相位單元、所述第三相位單元、所述第四相位單元、所述第五相位單元以及所述第六相位單元的相位依次增大，且相鄰兩個(gè)相位單元的相位差為預(yù)設(shè)值；各個(gè)相位單元均由赫姆霍茲共振腔和折疊空間組成。

可選的，所述第一超胞和所述第二超胞的幾何參數(shù)依據(jù)入射聲波的波長進(jìn)行確定；

可選的，所述第一超胞和所述第二超胞的幾何長度與入射聲波的波長之間的關(guān)系依據(jù)第一關(guān)系式進(jìn)行確定。

可選的，所述第一關(guān)系式為d＝2.88λ，其中，d表示所述第一超胞和所述第二超胞的幾何長度，λ表示所述入射聲波的波長。

可選的，所述預(yù)設(shè)值為π/3。

可選的，所述n為5。

可選的，所述m為5。

可選的，如上述所述的聲波透射隔離器，所述赫姆霍茲共振腔為長方體形赫姆霍茲共振腔。

可選的，如上述所述的聲波透射隔離器，所述聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)為采用銅制作而成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種聲波透射隔離器，裝置為聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)，包括n個(gè)橫向排列的第一超胞和m個(gè)橫向排列的第二超胞，所有第二超胞均位于所有第一超胞的左側(cè)，n和m均為大于1的正整數(shù)，其中：第一超胞和第二超胞均包括第一相位單元、第二相位單元、第三相位單元、第四相位單元、第五相位單元以及第六相位單元；第一超胞中的各個(gè)相位單元按照第一相位單元至第六相位單元的順序進(jìn)行排列，第二超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序與第一超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序相反；第一相位單元、第二相位單元、第三相位單元、第四相位單元、第五相位單元以及第六相位單元的相位依次增大，且相鄰兩個(gè)相位單元的相位差為預(yù)設(shè)值；各個(gè)相位單元均由赫姆霍茲共振腔和折疊空間組成。

本發(fā)明中的各個(gè)相位單元均由與之相應(yīng)的赫姆霍茲共振腔和折疊空間耦合而成，赫姆霍茲共振腔結(jié)構(gòu)可以使該結(jié)構(gòu)具有較高的透射率，折疊空間可以使每個(gè)相位單元具有特定的相位，使各個(gè)相位單元之間具有相應(yīng)的相位變化，本發(fā)明中的第一超胞和第二超胞的排列方式可以使兩列準(zhǔn)相交的聲波通過本發(fā)明所提供的聲波透射隔離器后，左側(cè)的一列聲波的傳播方向向左發(fā)生偏轉(zhuǎn)，右側(cè)的一列聲波的傳播方向向右側(cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而將入射角小于等于閾值的兩列準(zhǔn)相交的聲波隔離開。本發(fā)明在使用的過程中不但能夠?qū)θ肷浣切∮诘扔陂撝档膬闪袦?zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離，而且同時(shí)保全了兩列聲波各自的聲信號(hào)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種聲波透射隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一列聲波透過隔離器后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理圖；

圖3為本發(fā)明提供的另一種聲波透射隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的各個(gè)相位單元的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供的各個(gè)相位單元的透射率及相位示意圖；

圖6為兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后相離傳播的示意圖；

圖7為兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后平行傳播的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種聲波透射隔離器，在使用過程中不但能夠?qū)θ肷浣切∮诘扔陂撝档膬闪袦?zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離，而且同時(shí)保全了兩列聲波各自的聲信號(hào)。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明提供的一種聲波透射隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖。

該裝置為聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)，包括n個(gè)橫向排列的第一超胞和m個(gè)橫向排列的第二超胞，所有第二超胞均位于所有第一超胞的左側(cè)，n和m均為大于1的正整數(shù)，其中：

第一超胞和第二超胞均包括第一相位單元1、第二相位單元2、第三相位單元3、第四相位單元4、第五相位單元5以及第六相位單元6；第一超胞中的各個(gè)相位單元按照第一相位單元1至第六相位單元6的順序進(jìn)行排列，第二超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序與第一超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序相反；第一相位單元1、第二相位單元2、第三相位單元3、第四相位單元4、第五相位單元5以及第六相位單元6的相位依次增大，且相鄰兩個(gè)相位單元的相位差為預(yù)設(shè)值；各個(gè)相位單元均由赫姆霍茲共振腔和折疊空間組成。

需要說明的是，本發(fā)明所提供的是一聲波透射隔離器，該聲波透射隔離器是一種聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的超胞有兩種，一種是第一超胞，另一種是第二超胞，第一超胞和第二超胞所包括的相位單元的種類是一樣的，即均包括第一相位單元1、第二相位單元2、第三相位單元3、第四相位單元4、第五相位單元5和第六相位單元6，假設(shè)第一相位單元1、第二相位單元2、第三相位單元3、第四相位單元4、第五相位單元5和第六相位單元6分別用相應(yīng)的數(shù)字1、2、3、4、5和6表示，則第一超胞和第二超胞的區(qū)別在于第一超胞中的六個(gè)相位單元從左至右按照123456的順序依次進(jìn)行排列，第二超胞中的六個(gè)相位單元從左至右按照654321的順序依次進(jìn)行排列。每個(gè)超胞的相位跨度均為2π，相鄰兩個(gè)相位單元的相位差為預(yù)設(shè)值，例如，設(shè)第一個(gè)相位單元的相位為0，預(yù)設(shè)值為π/3，則第二個(gè)相位單元的相位為π/3，第三個(gè)相位單元的相位為2π/3，第四個(gè)相位單元的相位為π，第五個(gè)相位單元的相位為4π/3，第六個(gè)相位單元的相位為5π/3，按照123456順序排列的六個(gè)相位單元的相位依次增加(即第一超胞的相位梯度為正數(shù))，；按照654321的順序排列的六個(gè)相位單元的相位依次降低(即第二超胞的相位梯度為負(fù)數(shù))。

具體的，第一超胞和第二超胞中的各個(gè)相位單元均由與其相應(yīng)的赫姆霍茲共振腔和折疊空間耦合而成，赫姆霍茲共振腔和折疊空間使每個(gè)相位單元具有與之相應(yīng)的透射率和相位。其中，赫姆霍茲共振腔可以使相位單元具有較高的透射率以使聲波保持其原有的特性，折疊空間可以使相應(yīng)的相位單元具有特定的相位，使通過該結(jié)構(gòu)后的聲波的同相位面的方向改變，同時(shí)使聲波的傳播方向發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)。如圖2所示，圖2為一列聲波透過隔離器后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理圖。例如，該列聲波垂直于由多個(gè)第一超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)(圖2的中間部分)時(shí)，聲波從該聲學(xué)超表面的下方垂直入射，從該聲學(xué)超表面的上方透射出去，聲波入射至該聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)之前聲波的同相位面是平行于聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)的(即水平方向)，由于第一超胞中的各個(gè)相位單元按照123456的順序進(jìn)行排列，也就是第一超胞的相位梯度為正數(shù)，當(dāng)該列聲波的子聲波分別透過相應(yīng)的各個(gè)相位單元時(shí)，各列子聲波的相位就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，使通過各個(gè)相位單元的子聲波波前不能同時(shí)到達(dá)平行于聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)的相位面。具體的，對(duì)于同一個(gè)同相位面，透過第一相位單元1的子聲波先到達(dá)，透過第六相位單元6的子聲波最后到達(dá)，從而使該列聲波透過聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)后，其同相位面的方向則發(fā)生了改變，即同相位面向左上方傾斜，因聲波的傳播方向與同相位面的方向垂直，故聲波穿過由第一超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)后沿右上方的方向向右前方傳播，故通過由第一超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)的聲波的傳播方向?qū)⑾蛴覀?cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同理，該聲波經(jīng)過由第二超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)的聲波的傳播方向?qū)⑾蜃髠?cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。故，對(duì)于兩列準(zhǔn)相交的聲波而言，使這兩列準(zhǔn)相交的聲波通過由多個(gè)第一超胞和多個(gè)第二超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)(聲波透射隔離器)，即所有的第二超胞均在所有的第一超胞的左側(cè)，也就是相位單元按照654321654321…654321123456…123456的順序進(jìn)行排列，可以使兩列準(zhǔn)相交的聲波中的位于左側(cè)這一列聲波透過由第二超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)時(shí)其傳播方向向左發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使位于右側(cè)這一列聲波透過由第一超胞構(gòu)成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)時(shí)其傳播方向向右側(cè)偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然，其具體偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)根據(jù)聲波的入射角進(jìn)行確定，當(dāng)聲波的入射角小于等于閾值時(shí)，兩列準(zhǔn)相交的聲波透過本發(fā)明所提供的聲波透射隔離器后就會(huì)相離傳播或平行傳播，以進(jìn)一步使透過該聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)的兩列準(zhǔn)相交的聲波隔離開來，使其在傳播的過程中不相交。

還需要說明的是，赫姆霍茲共振腔可以采用長方體形腔也可以采用球體腔或者其他具體的形狀，當(dāng)赫姆霍茲共振腔和折疊空間的具體結(jié)構(gòu)確定后，可以采用3d打印技術(shù)將其制造出來以進(jìn)行使用。

本發(fā)明提供了一種聲波透射隔離器，裝置為聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)，包括n個(gè)橫向排列的第一超胞和m個(gè)橫向排列的第二超胞，所有第二超胞均位于所有第一超胞的左側(cè)，n和m均為大于1的正整數(shù)，其中：第一超胞和第二超胞均包括第一相位單元、第二相位單元、第三相位單元、第四相位單元、第五相位單元以及第六相位單元；第一超胞中的各個(gè)相位單元按照第一相位單元至第六相位單元的順序進(jìn)行排列，第二超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序與第一超胞中的各個(gè)相位單元的排列順序相反；第一相位單元、第二相位單元、第三相位單元、第四相位單元、第五相位單元以及第六相位單元的相位依次增大，且相鄰兩個(gè)相位單元的相位差為預(yù)設(shè)值；各個(gè)相位單元均由赫姆霍茲共振腔和折疊空間組成。

本發(fā)明中的各個(gè)相位單元均由與之相應(yīng)的赫姆霍茲共振腔和折疊空間耦合而成，赫姆霍茲共振腔結(jié)構(gòu)可以使該結(jié)構(gòu)具有較高的透射率，折疊空間可以使每個(gè)相位單元具有特定的相位，使各個(gè)相位單元之間具有相應(yīng)的相位變化，本發(fā)明中的第一超胞和第二超胞的排列方式可以使兩列準(zhǔn)相交的聲波通過本發(fā)明所提供的聲波透射隔離器后，左側(cè)的一列聲波的傳播方向向左發(fā)生偏轉(zhuǎn)，右側(cè)的一列聲波的傳播方向向右側(cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而將入射角小于等于閾值的兩列準(zhǔn)相交的聲波隔離開。本發(fā)明在使用的過程中不但能夠?qū)θ肷浣切∮诘扔陂撝档膬闪袦?zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離，而且同時(shí)保全了兩列聲波各自的聲信號(hào)。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明提供的另一種聲波透射隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上：

可選的，赫姆霍茲共振腔為長方體形赫姆霍茲共振腔。

請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4為本發(fā)明提供的各個(gè)相位單元的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。具體的，本申請(qǐng)中所提供的赫姆霍茲共振腔可以為長方體形腔，各個(gè)相位單元的具體結(jié)構(gòu)可以參照?qǐng)D2中的所示的各個(gè)相位單元的俯視圖，其中，從左至右依次為第一個(gè)相位單元11、第二個(gè)相位單元12、第三個(gè)相位單元13、第四個(gè)相位單元14、第五個(gè)相位單元15以及第六個(gè)相位單元16，各個(gè)相位單元中與之相應(yīng)的左右兩個(gè)側(cè)壁構(gòu)成了相應(yīng)的赫姆霍茲共振腔，腔中的擋板構(gòu)成了相應(yīng)的折疊空間以確定各個(gè)相位單元的相位。

請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為本發(fā)明所提供的各個(gè)相位單元的透射率及相位示意圖，其中，虛線上的各個(gè)實(shí)點(diǎn)表示各個(gè)相位單元對(duì)應(yīng)的相位，從第一個(gè)相位單元11至第六個(gè)相位單元16的相位依次增加；其他散點(diǎn)式分布的實(shí)點(diǎn)為相應(yīng)的相位單元的透射率，由圖可知本發(fā)明所提供的各個(gè)相位單元均具有較高的透射率，以確保聲波在透過聲波透射隔離器后還能保持原有的特性。

可選的，第一超胞和第二超胞的幾何參數(shù)依據(jù)入射聲波的波長進(jìn)行確定，且第一超胞和第二超胞的幾何長度與入射聲波的波長之間的關(guān)系依據(jù)第一關(guān)系式進(jìn)行確定。

可選的，第一關(guān)系式為d＝2.88λ，其中，d表示第一超胞和第二超胞的幾何長度，λ表示入射聲波的波長。

需要說明的是，對(duì)于每個(gè)頻率的聲波，總存在與之對(duì)應(yīng)的六個(gè)相位單元，并且當(dāng)聲波的波長確定時(shí)，第一超胞和第二超胞的幾何參數(shù)與聲波的波長具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，第一超胞和第二超胞的幾何長度可以根據(jù)關(guān)系式d＝2.88λ進(jìn)行確定，對(duì)于不同波長的聲波均可以依據(jù)該關(guān)系式確定第一超胞和第二超胞的幾何長度l。另外，當(dāng)兩列準(zhǔn)相交的聲波在空氣中傳播時(shí)，可以根據(jù)廣義snell定律(θt為折射角，θi為入射角)和關(guān)系式d＝2.88λ，可得若使兩列準(zhǔn)相交的聲波透過該聲波透射隔離器后可以平行傳播，也就是使θt＝0，則sin(θt)＝0，從而得出兩列準(zhǔn)相交的聲波此時(shí)的入射角為±23.32°，也就是此時(shí)的閾值為20.32°。當(dāng)兩列準(zhǔn)相交的聲波的入射角的大小小于20.32°時(shí)(例如10.16°)，此時(shí)，這兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后將相離傳播，如圖6所示，圖6為兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后相離傳播的示意圖；當(dāng)兩列準(zhǔn)相交的聲波的入射角的大小等于20.32°時(shí)，此時(shí)，這兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后將平行傳播，如圖7所示，圖7為兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后平行傳播的示意圖；如果兩列準(zhǔn)相交的聲波的入射角的大小大于20.32°，則這兩列準(zhǔn)相交的聲波透過聲波透射隔離器后將相交，此時(shí)不能對(duì)這兩列準(zhǔn)相交的聲波進(jìn)行隔離。

可選的，預(yù)設(shè)值為π/3。

需要說明的是，從第一個(gè)相位單元11至第六個(gè)相位單元16，各個(gè)相位單元的相位均依次增加，并且兩個(gè)相鄰相位單元之間的相位差為可以π/3。當(dāng)然，該預(yù)設(shè)值不僅限于為π/3，還可以為其他的具體數(shù)值，該具體數(shù)值可以稍微大于或稍微小于π/3，具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，n為5。

可選的，m為5。

需要說明的是，如圖3所示，本實(shí)施例中所提供的聲波透射隔離器中的第一超胞的個(gè)數(shù)可以為5個(gè)，第二超胞的個(gè)數(shù)也可以為5個(gè)。當(dāng)然，第一超胞和第二超胞的個(gè)數(shù)不一定相等，n和m的具體取值應(yīng)根據(jù)兩列準(zhǔn)相交的聲波各自的具體寬度進(jìn)行確定，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，如上述的聲波透射隔離器，聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)為采用銅制作而成的聲學(xué)超表面結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，由于銅材料的結(jié)構(gòu)簡單、牢固，并且可靠性強(qiáng)，故本發(fā)明所提供的聲波透射隔離器可以采用銅材料制作而成，也就是該裝置中的各個(gè)第一超胞和各個(gè)第二超胞均可以采用銅制作而成，具體的可以采用3d打印技術(shù)制造出來。

當(dāng)然，還可以采用其他的材料，具體采用哪種材料可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明對(duì)此不做特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。