一种基于非布拉格共振的双通道滤波器制造技术

本发明专利技术属于滤波技术领域，具体是指一种由周期结构引入缺陷，从而在非布拉格禁带中产生两个透射峰的双通道滤波器。一种基于非布拉格共振的双通道滤波器，由两个规格参数相同并具有一定周期结构管壁的管状金属波导，和一个环状金属缺陷组成，环状金属缺陷的位置在两个具有相同结构的管状金属波导中间，通过螺纹相连接。本发明专利技术用全新的基于非布拉格共振的原理实现双通道滤波。滤波带宽窄，滤波效果好。新型的高效、低声耗滤波器。通过改变波导结构参数，可有效调控滤波器工作频率。由于其制作工艺简单可广泛应用于声功能器件等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于滤波
，具体涉及一种由周期结构引入缺陷，从而在非布拉格禁带中产生两个透射峰的基于非布拉格共振的双通道滤波器。
技术介绍
声波与周期结构的相互作用问题长期以来一直受到各国研究员的关注和重视，无论是在消声降噪，声学滤波，还是在最近热门的声二极管等生产实践和工程应用领域，均有着广阔的发展前景。声波在周期结构中的传播问题可以追溯1883年Floquet关于一维Mathieus方程的研究。1887年，Rayleigh率先研究了连续周期结构中波的传播特性，指出在连续周期结构中存在无波传播模式的频率范围。1953年，Brillouin对波在周期材料中的传播特性进行了系统深入的研究。20世纪后期，周期结构波导中的声传播问题得到了广泛关注。Nayfeh利用多尺度产开法很好地解决了周期结构中的共振问题；Bostrom利用Null-Field方法研究了低阶波导模式的频带；Bradley则研究了周期波导中的线性问题和耗散问题。1993年，Kushwaha等类比光子晶体第一次明确提出声子晶体的概念，并对镍柱在铝合金基底中形成的复合介质采用平面波展开方法获得了在剪切极化方向的弹性波禁带。1995年，Martinez-Sala等第一次从实验角度证实了弹性波禁带的存在。近年来，通过在周期结构中加入缺陷的滤波器也在很多领域申请了专利。2009年，南京大学在申请的专利中介绍了一种基于含缺陷折射率层状周期结构的动态可调滤波器。其特点是在有缺陷的折射率周期性调制的层状周期结构中通过不同方式导入一定频率和强度的声波，通过声波强度的变化调制层状周期结构中传播的缺陷模式的波长，通过声波波长的变化达到单波长-多波长输出的效果。2012年，太原理工大学在申请的专利中描述了一维光子晶体双通道可见光波段窄带滤波器。滤波器中由介电材料A/B构成的一维光子晶体的晶格常数保持不变，仅通过调整缺陷层的厚度即可实现在可见光波段同时产生两个滤波通道。该滤波器为带有缺陷层的一维光子晶体滤波器，缺陷层厚度小于一维光子晶体的晶格常数，能够实现波长从413nm到626nm可见光波段范围的双通道滤波。2015年，中山大学在申请的专利中公开了一维多层膜结构的多通道滤波器及其设计方法。在多层膜结构中掺入一个中心缺陷层C或至少两个完全相同的缺陷层C，以及两个侧边缺陷层D；侧边缺陷层D与缺陷层C间隔N个周期的介质膜，N大于或等于6；调节缺陷层C的参数，使多层膜结构形成M通道滤波器。
技术实现思路
本专利技术的目的是在非布拉格共振理论的基础之上，通过在周期结构中加入缺陷，使原周
期结构产生的非布拉格禁带中产生两个透射峰，从而形成一种窄带的基于非布拉格共振的双通道滤波器。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于非布拉格共振的双通道滤波器，由两个规格参数相同并具有一定周期结构管壁的管状金属波导，和一个环状金属缺陷组成，环状金属缺陷的位置在两个具有相同结构的管状金属波导中间，通过螺纹相连接。所述管状金属波导的周期长度Λ与平均半径r0相等，周期起伏参数ε＝0.1r0，即细管内径为r0-ε，粗管内径为r0+ε；两个金属管状周期波导管壁的周期个数各为5个；可通过方法一：固定缺陷长度L＝0.7Λ，改变缺陷半径R＝(0.4，0.5，0.6…1)r0，或方法二：固定缺陷半径R＝0.9r0，改变缺陷长度L＝(0.5-0.8)Λ，来改变双通道滤波的频率。所述的周期结构的管状金属波导的管壁材料是不锈钢或混凝土材料，材料厚度大于4毫米；所述的环状金属缺陷是与周期结构波导材料相同、厚度相同的金属圆环；管状金属内部中空。本专利技术的有益效果在于：1、用全新的基于非布拉格共振的原理实现双通道滤波。2、滤波带宽窄，滤波效果好。3、新型的高效、低声耗滤波器。4、通过改变波导结构参数，可有效调控滤波器工作频率。5、由于其制作工艺简单可广泛应用于声功能器件等方面。附图说明图1为基于非布拉格禁带的双通道滤波器的结构示意图。图2为组成双通道滤波器的周期结构波导的色散曲线。图3为双通道滤波器的透射频谱图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术提供一种基于非布拉格共振的双通道滤波器。它是一种金属制的管状波导，其管壁具有一定的周期结构，金属管中填充有空气。在两个周期结构完全相同的波导中间加入一段缺陷，就会破坏原周期结构的完整性，从而使声波能量局域化，产生缺陷模。当声波入射时，声波能量在缺陷处积累，并在原周期结构波导产生的非布拉格禁带中，产生两个较窄的频率通带，从而实现了双通道滤波的功能。本专利技术利用了一种基于非布拉格共振的全新的原
理，是一种新型的高效、低耗声双通道滤波器，并以其简单的制作工艺在声功能器件等方面有着潜在的广阔应用前景。它是由两个规格参数相同，并具有一定周期结构管壁的管状金属波导，和一个环状金属缺陷组成，缺陷的位置在这两个具有相同结构的波导中间，两波导与缺陷通过螺纹相连接。在没有加入缺陷即两个波导直接相连时，由于周期结构产生的非布拉格共振的影响，会使谱带断裂，产生非布拉格禁带。而当加入缺陷后，周期结构的完整性被破坏，使声波局域化形成缺陷模，并且在原周期结构产生的非布拉格禁带中产生两个透射峰。调整金属波导管壁的尺寸可以调整非布拉格禁带的频率范围。调整结构的尺寸可以方便、有效地改变滤波器的工作频率。见说明书附图1，在两个相同参数的周期的金属管状波导中间，加入一个金属环状缺陷。金属管状周期波导的周期长度Λ与其平均半径r0相等，周期起伏参数ε＝0.1r0，即细管内径为r0-ε，粗管内径为r0+ε。两个金属管状周期波导管壁的周期个数各为5个。可通过方法一：固定缺陷长度L＝0.7Λ，改变缺陷半径R＝(0.4，0.5，0.6…1)r0，或方法二：固定缺陷半径R＝0.9r0，改变缺陷长度L＝(0.5-0.8)Λ，来改变双通道滤波的频率，滤波器的尺寸也可在满足上述条件下，根据需求来选择。见说明书附图1为滤波器组装图，第一个具有周期结构金属管状波导通过螺纹与缺陷的一端连接，缺陷的另一端再通过螺纹与另一个具有相同结构参数的金属管波导相连。周期结构管状金属波导的管壁材料可以是不锈钢或混凝土等声阻抗较大的材料，材料厚度大于4毫米。缺陷是与周期结构波导材料相同、厚度相同的金属圆环。波导内部中空，无需添加其他材料。与传统的基于布拉格共振理论的滤波器相比，基于非布拉格共振理论的滤波器不仅可以实现双通道滤波，而且非布拉格禁带中的透射峰更窄，滤波器滤波效果更好。双通道滤波器结构组装图用Visio绘制，详见说明书附图1。其结构为两段相同周期参数的变截面金属管波导和二者中间一段直金属管组成，金属管波导与缺陷之间均通过螺纹紧密连接。管壁呈周期起伏变化的声波导，对某些频率的声波呈导通状态，从而形成通带；但对某些频率的声波呈阻断状态，从而形成禁带。这种声波导管壁的周期性可产生复杂的声波传输模式和频谱结构。当通过周期波导的频率小于高阶模的截止频率时，在波导内只有基模传输，当频率增大到超过高阶模的截止频率时，便会激发出高阶模。在波导中，布拉格共振是由基模相互作用产生的，而非布拉格共振是由基模和高阶模相互作用产生的。布拉格共振与非布拉格共振都会使谱带分裂，从而形成布拉格禁带和非布拉格禁带。布拉格共振与非布拉格共振的频率与周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非布拉格共振的双通道滤波器，其特征是：由两个规格参数相同并具有一定周期结构管壁的管状金属波导，和一个环状金属缺陷组成，环状金属缺陷的位置在两个具有相同结构的管状金属波导中间，通过螺纹相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于非布拉格共振的双通道滤波器，其特征是：由两个规格参数相同并具有一定周期结构管壁的管状金属波导，和一个环状金属缺陷组成，环状金属缺陷的位置在两个具有相同结构的管状金属波导中间，通过螺纹相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于非布拉格共振的双通道滤波器，其特征是：所述管状金属波导的周期长度Λ与平均半径r0相等，周期起伏参数ε＝0.1r0，即细管内径为r0-ε，粗管内径为r0+ε；两个金属管状周期波导管壁的周期个数各为...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊亚仙，刘婷，桑汤庆，赵秋玉，张鹭，陶智勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23