基于二维局域共振声子晶体低频多通道滤波的研究
20世纪末到21世纪以来，声子晶体因其丰富的物理意义和广阔的应用前景而备受科研工作者的关注。声子晶体是指具有弹性波带隙特征的周期性复合材料或结构。其主要特征是:具有声子带隙，在带隙频率范围内的弹性波（声波）不允许通过，而其他频率范围（通带）的弹性波（声波），将在色散关系的作用下无损耗的传播;当声子晶体中存在点缺陷或线缺陷时，缺陷带频率范围内的弹性波（声波）将被局域在点缺陷处或者沿线缺陷方向传播。而在21世纪初，新发现的局域共振型声子晶体，因其低频，不受周期结构影响等物理性质，成为声子晶体研究中的重要分支。本文正是利用声子晶体的共性以及局域共振声子晶体的特性设计出一种实现低频多通道滤波的结构。 本文首先会介绍声子晶体以及局域共振型声子晶体的一些基本性质，并阐述声子晶体的研究意义及研究现状。 然后介绍声子晶体带隙的两种产生机制，Bragg散射机制和局域共振机制，对两种机制产生的带隙特性进行对比与分析，着重介绍局域共振机制带隙的特性。 接下来根据声子晶体的共性以及局域共振声子晶体的特性，在由局域共振单元组成的超元胞系统中引入点缺陷，研究缺陷处散射体的填充率对局域共振声子晶体能带的影响，得出非常重要的结论:要使带隙中出现某一频率的缺陷模式，那么缺陷散射体的共振频率必须位于带隙的频率范围内。 最后通过上述结论，设计出两种实现低频多通道滤波模型，都能在低频带隙范围内产生分立的缺陷模式，并通过波导通道，使不同频率范围的弹性波（声波）传播，第一种模型是同时将超元胞系统中两排局域共振单元的填充率变小，形成两条波导，通过局域共振单元填充率的减小，使共振单元的共振频率位于超原胞结构的带隙范围内形成传导模，这样由两排填充率不同的共振单元形成的波导就能够实现多通道的滤波。第二种模型是将超元胞系统中一排局域共振单元的填充率按梯度变化，使每一个局域共振单元的共振频率位于带隙之间，形成分立的传导模从而实现多频段的滤波。 总的来说，本文从理论上提出一种由局域共振单元组成的声子晶体低频多通道滤波模型。在二维三组元局域共振声子晶体中引入不同填充率的共振单元构成波导结构，通过有限元法计算出其能带结构、透射曲线和透射场图，结果显示这种设计能够在低频带隙范围内，不同填充率散射体的共振频率附近产生新的分立模，且这些分立模能够使相应的声波在声子晶体中沿波导方向传播，这些分立模只与相应的共振单元相关，抗干扰能力强，所得结果为低频多通道滤波器的设计提供了一种新的理论依据。
声子晶体;局域共振;分立模;多通道滤波
广东工业大学
硕士
物理电子学
吴福根
2014
中文
O735
51
2014-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）