一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元

本发明涉及声学超表面，尤其涉及一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元。

背景技术：

1、超材料是一种具有特殊结构和性质的材料，能够在某些方面超越自然材料的性能限制，超材料主要通过亚波长尺度的人工微结构单元组成，通过设计不同的微结构单元来实现新奇的物理现象。

2、作为超材料的分支领域，声学超材料例如声学超表面单元结构主要是用于对声波的异常控制，在医疗、通信等领域有广阔的前景。然而，传统声学超表面的透射系数低，且其单元结构较为复杂、尺寸较大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，以至少解决上述问题。

2、本发明提供一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，包括从左到右依次分布的第一层迷宫结构、第二层迷宫结构和第三层迷宫结构，其中，所述第一层迷宫结构和所述第三层迷宫结构的结构相同，所述第一层迷宫结构包括两块平行排列的第一板状材料和第八板状材料，所述第二层迷宫结构包括两块平行排列的第二板状材料和第五板状材料。

3、在本发明的一实现方式中，所述第一板状材料的下表面设有两块第一分隔板，所述第八板状材料的上表面设有三块第四分隔板，所述第一分隔板与所述第四分隔板平行交错设置以形成迷宫形卷曲槽，所述第一分隔板与所述第四分隔板的长度相等，所述第一板状材料与所述第四分隔板之间的间距和所述第八板状材料与所述第一分隔板之间的间距相等，且所述第一板状材料与所述第四分隔板之间的间距等于所述第一分隔板、所述第四分隔板中每两个相邻的分隔板之间的间距。

4、在本发明的另一实现方式中，所述第二板状材料的下表面设有三块第二分隔板，所述第五板状材料的上表面设有四块第三分隔板，三块所述第二分隔板与四块所述第三分隔板平行交错设置。

5、在本发明的另一实现方式中，所述第二层迷宫结构包括三个结构a，所述结构a中的所述第二板状材料的下表面中间设有一块所述第二分隔板，所述第五板状材料的上表面左右两端设有两块所述第三分隔板，一块所述第二分隔板与两块所述第三分隔板平行交错设置，左端的所述第三分隔板的右表面设有九个第三板状材料，所述第二板状材料的下表面中间设有的所述第二分隔板的左表面设有十个第四板状材料，九个所述第三板状材料与十个所述第四板状材料平行交错设置，所述第二板状材料的下表面中间设有的所述第二分隔板的右表面设有十个第七板状材料，右端的所述第三分隔板的左表面设有九个第六板状材料，十个所述第七板状材料与九个所述第六板状材料平行交错设置，所述第三板状材料和所述第六板状材料处于同一水平位置，所述第四板状材料和所述第七板状材料处于同一水平位置，所述第二分隔板与所述第三分隔板的长度相等，所述第二板状材料与所述第三分隔板之间的间距和所述第五板状材料与所述第二分隔板之间的间距相等，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料中每两个相邻的板状材料之间的间距相等。

6、在本发明的另一实现方式中，所述第一层迷宫结构的迷宫形卷曲槽、所述第二层迷宫结构的迷宫形卷曲槽及所述第三层迷宫结构的迷宫形卷曲槽依次连通，以形成超表面结构单元整体的声通道。

7、在本发明的另一实现方式中，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度相同，且所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度可调。

8、在本发明的另一实现方式中，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度的调节范围为0.01mm-0.69mm。

9、在本发明的另一实现方式中，所述第一层迷宫结构的宽度为λ1/4，λ1为声波在所述第一层迷宫结构和所述第三层迷宫结构中的波长。

10、综上，在本发明的超表面结构单元中，声波从超表面结构单元左侧入射时，首先进入第一层迷宫材料，再进入第二层迷宫材料的空腔中时，通过调节第二层迷宫材料中第三板状材料、第四板状材料、第七板状材料、第八板状材料的宽度，这四个板状材料的宽度相同，改变声波在空腔中的传播路径，调节相位在0到2π范围内变化，实现相位的调控。当第三板状材料、第四板状材料、第六板状材料、第七板状材料的宽度改变时，虽然声波在结构中的路径长度会发生改变，但第二层迷宫结构的特性阻抗是相对稳定的，因此，超表面结构单元能够保持较高透射幅值，解决了传统声学超表面的透射系数低的问题。

技术特征：

1.一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第一板状材料的下表面设有两块第一分隔板，所述第八板状材料的上表面设有三块第四分隔板，所述第一分隔板与所述第四分隔板平行交错设置以形成迷宫形卷曲槽，所述第一分隔板与所述第四分隔板的长度相等，所述第一板状材料与所述第四分隔板之间的间距和所述第八板状材料与所述第一分隔板之间的间距相等，且所述第一板状材料与所述第四分隔板之间的间距等于所述第一分隔板、所述第四分隔板中每两个相邻的分隔板之间的间距。

3.根据权利要求2所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第二板状材料的下表面设有三块第二分隔板，所述第五板状材料的上表面设有四块第三分隔板，三块所述第二分隔板与四块所述第三分隔板平行交错设置。

4.根据权利要求3所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第二层迷宫结构包括三个结构a，所述结构a中的所述第二板状材料的下表面中间设有一块所述第二分隔板，所述第五板状材料的上表面左右两端设有两块所述第三分隔板，一块所述第二分隔板与两块所述第三分隔板平行交错设置，左端的所述第三分隔板的右表面设有九个第三板状材料，所述第二板状材料的下表面中间设有的所述第二分隔板的左表面设有十个第四板状材料，九个所述第三板状材料与十个所述第四板状材料平行交错设置，所述第二板状材料的下表面中间设有的所述第二分隔板的右表面设有十个第七板状材料，右端的所述第三分隔板的左表面设有九个第六板状材料，十个所述第七板状材料与九个所述第六板状材料平行交错设置，所述第三板状材料和所述第六板状材料处于同一水平位置，所述第四板状材料和所述第七板状材料处于同一水平位置，所述第二分隔板与所述第三分隔板的长度相等，所述第二板状材料与所述第三分隔板之间的间距和所述第五板状材料与所述第二分隔板之间的间距相等，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料中每两个相邻的板状材料之间的间距相等。

5.根据权利要求4所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第一层迷宫结构的迷宫形卷曲槽、所述第二层迷宫结构的迷宫形卷曲槽及所述第三层迷宫结构的迷宫形卷曲槽依次连通，以形成超表面结构单元整体的声通道。

6.根据权利要求4所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度相同，且所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度可调。

7.根据权利要求6所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第三板状材料、所述第四板状材料、所述第六板状材料及所述第七板状材料的宽度的调节范围为0.01mm-0.69mm。

8.根据权利要求1所述的具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元，其特征在于，所述第一层迷宫结构的宽度为λ1/4，λ1为声波在所述第一层迷宫结构和所述第三层迷宫结构中的波长。

技术总结
本发明提供一种具有高透射率能调控透射声波的超表面结构单元。该超表面结构单元包括从左到右依次分布的第一层迷宫结构、第二层迷宫结构和第三层迷宫结构，其中，第一层迷宫结构和第三层迷宫结构的结构相同，第一层迷宫结构包括两块平行排列的第一板状材料和第八板状材料，第二层迷宫结构包括两块平行排列的第二板状材料和第五板状材料。本发明方案的超表面结构单元能够保持较高透射幅值，解决了传统声学超表面的透射系数低的问题。

技术研发人员：程勇,顾易铭,邓祥
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27