一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，包含圆形波导、n个直波导和n个超表面，n为大于等于3的正整数，n个直波导沿圆形波导圆心圆周均布，直波导与圆形波导连接，超表面位于圆形波导内，超表面沿圆形波导圆心圆周均布，当声波从直波导进入到圆形波导内时，遇到超表面发生偏转，从下一个直波导传出。本发明专利技术的多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，通过在圆形波导内与直波导对应的设有超表面，声波从直波导进入到圆形波导内，声波遇到超表面发生偏转，从下一个直波导端口传出，实现声波的非对称的传播，由于系统完全依靠结构实现其功能，只需一种单一的固体材料就可以制备多端口声循环传播器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，属于声学器件领域。
技术介绍
声学二极管和声学非对称传播在超声意料中有潜在应用。但传统的声学非对称传输均为2端口系统。在本专利技术中，我们首次提出了多端口的非对称声传播和循环传播，可能在复杂的声学网络操控领域有潜在应用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，由于系统完全依靠结构实现其功能，只需一种单一的固体材料就可以制备多端口声循环传播器件。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，包含圆形波导、n个直波导和n个超表面，n为大于等于3的正整数，n个直波导沿圆形波导圆心圆周均布，直波导与圆形波导连接，超表面位于圆形波导内，超表面沿圆形波导圆心圆周均布，当声波从直波导进入到圆形波导内时，遇到超表面发生偏转，从下一个直波导传出。作为优选，所述圆形波导的下表面延伸有凸台，在凸台上圆周均布超表面，所述超表面结构为槽形状结构，由平行的若干个槽组成，其中槽的深度梯度变化，槽的个数大于等于5个，槽序列的中间位置和直波导中心正对，槽序列的整体宽度为(1～1.2)直波导宽度D。作为优选，所述槽的深度h是线性函数h＝gx，x为所述槽的左壁距离第一个槽的左壁的距离，g是梯度系数，取0.3-0.4作为优选，所述圆形波导的宽度d<f/2c，f为工作频率，c为空气中声速，因此为单模式声学波导，只能传播0阶平面声波，直波导宽度D>f/2c，因此为双模式声学波导，可以传播0阶和1阶声波。有益效果：本专利技术的多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，通过在圆形波导内与直波导对应的设有超表面，声波从直波导进入到圆形波导内，声波遇到超表面发生偏转，从下一个直波导端口传出，实现声波的非对称的传播，由于系统完全依靠结构实现其功能，只需一种单一的固体材料就可以制备多端口声循环传播器件。附图说明图1为本专利技术的以三个端口的结构示意图。图2为图1的俯视结构示意图。图3为数值模拟结果。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术的一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，包含圆形波导3、三个直波导2和三个超表面4，三个直波导2尺寸完全一样，三个直波导2沿圆形波导3圆心圆周均布，直波导2与圆形波导3连通，超表面4位于圆形波导3内，超表面4沿圆形波导3圆心圆周均布，所述圆形波导3的下表面延伸有凸台1，在凸台1上圆周均布超表面4，所述超表面4结构为槽形状结构，其中槽的深度梯度变化，即深度是线性函数h＝gx，其中x为横向位置(以最左边槽位置为零点)，即x为所述槽的左壁距离第一个槽的左壁的距离，g是梯度系数，通常取0.3-0.4。槽的个数需要大于等于5个，槽序列的中间位置应基本和直波导中心正对，槽序列的整体宽度为直波导宽度(D-1.2D)，D为直波导两内壁之间的距离，制作时可以直接刻在凸台1上，例如图2中所示的超表面槽的分布函数为h＝0.38x，槽个数为7个，槽序列整体宽度为1.1D。如图2所示。圆形波导3和直波导2上下表面均封闭，当声波从直波导2进入到圆形波导3内时，遇到超表面4发生偏转，从下一个直波导2传出。在专利技术中，所述圆形波导3的宽度d<f/2c，f为工作频率，c为空气中声速，因此为单模式声学波导，只能传播0阶平面声波，直波导2宽度D>f/2c，因此为双模式声学波导，可以传播0阶和1阶声波。三个直波导2尺寸完全形同，之间的角度间隔均为120度，三个超表面4也完全形同，因此，系统具有旋转对称性(旋转120度仍为原结构)。图3显示了声波由第一端口直入射的情况，如箭头所示，当声波进入第一端口，遇到超表面4之后向右拐，在环形波导中传播，随后遇到超表面4，再向右拐，由第二端口传出。由于系统的旋转对称性，声波会形成P1-P2-P3-P1的逆时针循环传播，P1即为第一端口，即P1入射由P2射出，P2入射由P3射出，P3入射由P1射出。这种情况下，任意两个端口之间的传播是非对称的。比如P1传到P2的能量较大，而P2传到P1的能量几乎为0。注意到图3中声波入射时为0阶模式，出射为1阶模式，这种模式转换是由线性系统中互易原则决定的。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，其特征在于：包含圆形波导、n个直波导和n个超表面，n为大于等于3的正整数，n个直波导沿圆形波导圆心圆周均布，直波导与圆形波导连接，超表面位于圆形波导内，超表面沿圆形波导圆心圆周均布，当声波从直波导进入到圆形波导内时，遇到超表面发生偏转，从下一个直波导传出。

【技术特征摘要】
1.一种多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，其特征在于：包含圆形波导、n个直波导和n个超表面，n为大于等于3的正整数，n个直波导沿圆形波导圆心圆周均布，直波导与圆形波导连接，超表面位于圆形波导内，超表面沿圆形波导圆心圆周均布，当声波从直波导进入到圆形波导内时，遇到超表面发生偏转，从下一个直波导传出。2.根据权利要求1所述的多端口系统实现非对称声传播和循环传播装置，其特征在于：所述圆形波导的下表面延伸有凸台，在凸台上圆周均布超表面，所述超表面的结构为槽形状结构，由平行的若干个槽组成，其中槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彬，朱一凡，顾仲明，杨京，程建春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32