【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声学超表面，尤其是一种具有水下声聚焦功能的超表面模型及其制作方法。
技术介绍
1、超表面作为一种低维化的超材料，近年来逐渐引起人们的广泛关注。超表面是一种具有亚波长厚度的平面超材料，它由微观结构单元按照突变的宏观“顺序”排列在一起形成。它能灵活有效地控制纵波的振幅、相位、偏振和传播方式。声学超表面理论上可以对声波任意调控,近年来基于超表面的思想实现了很多对声波调控的案例，例如声聚焦、声隐身等。
2、现有技术中的超表面模型多采用增设弹性信号调节板的方式实现声聚焦功能。但是，这种方式存在体积较大、结构复杂、制作难度大的缺点；并且，对于具有声聚焦功能的超表面模型研究多集中于空气介质领域，对于以水为背景介质的研究极为匮乏，亟待一种可在水中实现声聚焦的超表面模型。
技术实现思路
1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种具有水下声聚焦功能的超表面模型及其制作方法，能够在水下任意位置实现单点或多点声聚焦，其结构简单、体积小、制作难度低，从而在水下通讯领域具有广阔的工程应用前景。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法：包括如下步骤：
4、s1.所述超表面模型内设置有数个均匀介质单元和数个隔板；
5、以所述超表面模型的上边界中心为原点建立空间直角坐标系，在所述空间直角系内设置至少一个需要实现声聚焦的焦点坐标(xm,ym)，(m＝1,2,···)；
6、s2
7、s3.设置各个均匀介质单元对应的介质宽度w，设置隔板的宽度p；
8、根据相位离散原则，以w+p为分割宽度对相位分布曲线进行等间距离散，从而确定每个均匀介质单元对应的相位j表示一个周期内均匀介质单元的数量；
9、s4.根据(式1)得到每个均匀介质单元对应的阻抗zj，(j＝1,2,···)，j表示一个周期内均匀介质单元的数量；
10、
11、(式1)中，pr1表示声波的反射波声压；
12、ar1表示声波的反射波幅度；
13、pi1表示声波的入射波声压；
14、ai1表示声波的入射波幅度；
15、kj表示各个均匀介质单元对应的波数；
16、h表示均匀介质单元的高度；
17、z0表示背景介质水的阻抗；
18、zj表示各个均匀介质单元对应的阻抗；
19、表示各个均匀介质单元对应的相位；
20、s5.使用粘接剂将阻抗值满足(式1)的各个均匀介质单元按照j＝1,2,···的顺序依次与隔板粘合，从而得到一个周期的超表面模型。
21、作为上述技术方案的进一步改进：
22、所述相位分布曲线如下式所示：
23、
24、式中，表示实现声聚焦的焦点坐标的相位分布曲线，x为变量；
25、k0表示背景介质水的波数；
26、n表示实现声聚焦的焦点坐标的数量；
27、xm表示实现声聚焦的焦点坐标对应的横坐标；
28、ym表示实现声聚焦的焦点坐标对应的纵坐标；
29、gi(x)表示变量为x的空间上的矩形窗函数；
30、c表示任意常数。
31、一种基于上述的制作方法制得的具有水下声聚焦功能的超表面模型，包括至少一个超表面结构，单个超表面结构对应一个周期的超表面模型；
32、单个超表面结构包括数个沿水平方向依次间隔排列的均匀介质单元，相邻两个均匀介质单元之间通过隔板分隔开，所述均匀介质单元和隔板的底部同时安装有底板；
33、单个超表面结构内的每个均匀介质单元对应的阻抗值均满足(式1)。
34、作为上述技术方案的进一步改进：
35、所述隔板采用钢材质。
36、所述底板采用钢材质。
37、所述隔板的高度为0.2m。
38、所述底板的厚度为0.025m。
39、所述隔板和底板的截面形状均呈矩形。
40、每个均匀介质单元的介质宽度均为0.13m。
41、每个均匀介质单元的高度均为0.2m。
42、本专利技术的有益效果如下：
43、本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，通过相位得到不同均匀介质单元对应的阻抗值，从而使得超表面模型能够实现声聚焦现象；其采用平面结构，结构简单、制作难度低，便于实施。
44、本专利技术对声聚焦的焦点数量和位置均不作限制，能够在水下实现任意位置、任意数量的声聚焦现象，使得焦点的声能量密度大幅提升，能够应用于船舶通信领域，可用作声呐基阵结构的声障板，提升声障板表面的声聚焦能力，提高声呐水听器的灵敏度；并且，在海底信号探测、高强度聚焦超声治疗及声保密通讯等领域具有广泛的应用前景。
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1.一种具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述相位分布曲线如下式所示：
3.一种基于如权利要求1所述的制作方法制得的具有水下声聚焦功能的超表面模型，其特征在于：包括至少一个超表面结构，单个超表面结构对应一个周期的超表面模型；
4.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述隔板(2)采用钢材质。
5.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述底板(3)采用钢材质。
6.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型及其制作方法，其特征在于：所述隔板(2)的高度为0.2m。
7.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型，其特征在于：所述底板(3)的厚度为0.025m。
8.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型，其特征在于：所述隔板(2)和底板(3)的截面形状均呈矩形。
9.如权利要求3所述的
10.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型，其特征在于：每个均匀介质单元(1)的高度均为0.2m。
...【技术特征摘要】
1.一种具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述相位分布曲线如下式所示：
3.一种基于如权利要求1所述的制作方法制得的具有水下声聚焦功能的超表面模型，其特征在于：包括至少一个超表面结构，单个超表面结构对应一个周期的超表面模型；
4.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述隔板(2)采用钢材质。
5.如权利要求3所述的具有水下声聚焦功能的超表面模型的制作方法，其特征在于：所述底板(3)采用钢材质。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，白亚强，陈伟政，刘德丰，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：
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