[发明专利]一种宽频编码声学超表面结构及其制作方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种宽频编码声学超表面结构，包括声波反射基体，声波反射基体的反射表面上开有若干等间距矩阵排列的凹槽，部分或全部凹槽内插接有设有螺旋叶片的柱状体，螺旋叶片的轴线垂直于凹槽的底面，凹槽与柱状体插接配合。本发明还公开了一种上述的宽频编码声学超表面结构的制作方法及使用方法。本发明通过柱状体与声波反射基体组合得到螺旋声通道，通过是否放入柱状体来对超表面进行0/1编码，可以实现轴线宽频声聚焦和宽频声学天线等多种功能。

技术领域

本发明涉及一种超表面结构及其制作方法和使用方法，特别涉及一种宽频编码声学超表面结构及其制作方法和使用方法。

背景技术

目前，超表面是具有亚波长厚度的平面型声学超材料。通过对其微结构单元的排布，声学超表面能够自由地定制声场，可实现了多种物理特点，如异常反射或折射、吸声、全息、超稀疏反射、隐身等。声学超表面拥有深度亚波长的器件厚度和非凡的声波操控性能，因此在医疗成像、声学通信、粒子操控等领域有着巨大的应用前景。

传统超表面一经设计便无法改变，其固定的结构使得其适用频率范围较窄，其应用受到限制，对应频率范围较宽的应用场合，需要多种超表面结构，使得成本提高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可适用频率范围较宽的应用场合的宽频编码声学超表面结构及其制作方法和使用方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种宽频编码声学超表面结构，包括声波反射基体，声波反射基体的反射表面上开有若干等间距矩阵排列的凹槽，部分或全部凹槽内插接有设有螺旋叶片的柱状体，螺旋叶片的轴线垂直于凹槽的底面，凹槽与柱状体插接配合。

进一步地，柱状体包括圆柱轴及以其为芯轴的一对螺旋叶片，一对螺旋叶片以圆柱轴的轴线为中心，中心对称设置。

进一步地，柱状体沿螺旋叶片的轴线方向投影为正方形。

进一步地，柱状体沿螺旋叶片的轴线方向投影边长为8～120mm，其圆柱轴的直径为2～20mm，螺旋叶片的轴线方向长度为8～120mm，螺旋叶片的厚度为0.7～2.5mm，螺旋叶片的螺距为8～150mm。

进一步地，声波反射基体及柱状体均由硬质材料制成。

本发明还提供了一种上述的宽频编码声学超表面结构的制作方法，分别制作声波反射基体和设有螺旋叶片的柱状体，在声波反射基体的反射表面上开有若干等间距矩阵排列的凹槽，在部分或全部凹槽内插接柱状体，使螺旋叶片的轴线垂直于凹槽的底面，使凹槽与柱状体插接配合。

进一步地，柱状体采用3D打印方法制作。

进一步地，凹槽排列成M行N列的矩阵，M≥5，N≥1。

进一步地，对应不同的频率范围调节柱状体高度及与之匹配的凹槽深度，使凹槽内插有柱状体与未插有柱状体的两种状况下，声波反射相位差接近180度。

本发明还提供了一种上述的宽频编码声学超表面结构的使用方法，设凹槽内插有柱状体时相位编码为1，凹槽内未插有柱状体时相位编码为0；通过调整相位编码序列的排布来实现定向波束及声聚焦。