一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构的制作方法

本发明涉及声波超表面，尤其是一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构。

背景技术：

1、超材料的种类包括体积型材料和超表面材料，体积型材料的总体几何比例很大，相关器件结构复杂、体积大、损耗高，限制了其进一步的应用；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。超表面材料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，能够灵活有效地控制纵波的振幅、相位、偏振和传播方式，与体积型体超材料相比，超表面材料具有结构简单、紧凑、高效、体积小、易于加工等特点。

2、现有技术中，超表面材料的结构形式已发展至基于迷宫结构单元的反射型超表面，能够实现任意位置声聚焦、异常反射等声学现象；但是，这种超表面结构具有结构复杂、制作难度大、单频等缺点，并且，应用于空气中，不适用于以水为背景介质的工程应用。

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，提供一种结构合理的可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，适用于以水为背景介质的应用场景，能够对声波的反射角度进行控制，其结构简单，制作难度低，能够实现宽频带声波调控。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，包括呈立方体状的均匀薄板，所述均匀薄板的顶部端面沿长度方向开设有数条均匀间隔布置的斜槽，单条斜槽内填充均匀介质单元，从而对应形成斜槽单元；

4、沿均匀薄板顶部端面的长度方向，所述第i条斜槽单元的高度h(i)为：

5、

6、(式1)中，h(i)表示第i条斜槽单元的高度；

7、l(i)表示第i条斜槽单元的长度；

8、i表示斜槽单元的次序，为常数；

9、所述均匀薄板的顶部端面设置有至少一个周期数量的斜槽单元。

10、作为上述技术方案的进一步改进：

11、一个周期内，所述斜槽单元的数量设置为十八个，沿均匀薄板顶部端面的长度方向，所述均匀薄板的顶部端面依次设置有第一斜槽单元、第二斜槽单元、第三斜槽单元、第四斜槽单元、第五斜槽单元、第六斜槽单元、第七斜槽单元、第八斜槽单元、第九斜槽单元、第十斜槽单元、第十一斜槽单元、第十二斜槽单元、第十三斜槽单元、第十四斜槽单元、第十五斜槽单元、第十六斜槽单元、第十七斜槽单元、第十八斜槽单元。

12、一个周期内，所述第一斜槽单元至第十八斜槽单元的高度以0.01m为步长，由0.01m至0.18m递增。

13、单个斜槽单元的横截面形状呈平行四边形。

14、所述均匀薄板采用钢材质。

15、相邻两个斜槽单元之间的间隔距离范围为0.005m-0.01m。

16、所述斜槽超表面结构在2000hz～6000hz范围内实现宽频带声波调控。

17、本发明的有益效果如下：

18、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置斜槽，能够对宽频带声波实现反射角度调控，从而使得斜槽超表面结构具备频率选择功能，能够适用于船舶隐身、通信等工程应用；并且，其结构简单，制作难度低，有效可靠。

19、本发明通过调节斜槽超表面结构的周期宽度，便能够实现对声波反射角度的调节，参变量少，能够保证调控结果的精度和可靠性。

20、本发明通过改变斜槽高度来设计超表面模型，结果简单，便于实施，方便进行工程应用。

技术特征：

1.一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：包括呈立方体状的均匀薄板(19)，所述均匀薄板(19)的顶部端面沿长度方向开设有数条均匀间隔布置的斜槽，单条斜槽内填充均匀介质单元，从而对应形成斜槽单元；

2.如权利要求1所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：一个周期内，所述斜槽单元的数量设置为十八个，沿均匀薄板(19)顶部端面的长度方向，所述均匀薄板(19)的顶部端面依次设置有第一斜槽单元(1)、第二斜槽单元(2)、第三斜槽单元(3)、第四斜槽单元(4)、第五斜槽单元(5)、第六斜槽单元(6)、第七斜槽单元(7)、第八斜槽单元(8)、第九斜槽单元(9)、第十斜槽单元(10)、第十一斜槽单元(11)、第十二斜槽单元(12)、第十三斜槽单元(13)、第十四斜槽单元(14)、第十五斜槽单元(15)、第十六斜槽单元(16)、第十七斜槽单元(17)、第十八斜槽单元(18)。

3.如权利要求2所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：一个周期内，第一斜槽单元(1)至第十八斜槽单元(18)的高度以0.01m为步长，由0.01m至0.18m递增。

4.如权利要求1所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：单个斜槽单元的横截面形状呈平行四边形。

5.如权利要求1所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：所述均匀薄板(19)采用钢材质。

6.如权利要求1所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：相邻两个斜槽单元之间的间隔距离范围为0.005m-0.01m。

7.如权利要求1所述的一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，其特征在于：所述斜槽超表面结构在2000hz～6000hz范围内实现宽频带声波调控。

技术总结本发明涉及一种可实现水下反射声波调控的斜槽超表面结构，包括呈立方体状的均匀薄板，所述均匀薄板的顶部端面沿长度方向开设有数条均匀间隔布置的斜槽，单条斜槽内填充均匀介质单元，从而对应形成斜槽单元；沿均匀薄板顶部端面的长度方向，所述第i条斜槽单元的高度h(i)为：式中，h(i)表示第i条斜槽单元的高度；L(i)表示第i条斜槽单元的长度；i表示斜槽单元的次序，为常数；所述均匀薄板的顶部端面设置有至少一个周期数量的斜槽单元。适用于以水为背景介质的应用场景，能够对声波的反射角度进行控制，其结构简单，制作难度低，能够实现宽频带声波调控。技术研发人员：刘凯,马超,朱小敏,白亚强受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心技术研发日：技术公布日：2024/6/5