用于解决波导间阻抗失配问题的声耦合器

摘要

声波导间的阻抗失配所带来的声波反射不仅会对入射端声信号产生干扰,而且影响了声波在系统中的传输效率.为了解决阻抗失配所带来的上述问题,1/4波长匹配层、阻抗梯度变化的多层结构等被相继提出.然而,上述方案的实现需要使用具有特定声阻抗的材料,这种材料在自然界中很难被直接找到,一般是通过合成的方法来获得,这就对人工合成材料提出了很高的要求,因为合成所得到的材料的声阻抗往往很难被精确控制.本文基于螺旋型声学超材料，提出了一种宽带声学超耦合器，实现了阻抗失配的声波导之间的宽带阻抗匹配。该耦合器利用沿声传播方向梯度变化的螺距分布，在同一方向获得梯度变化的等效声阻抗。相对于传统的利用多种阻抗不同的材料层叠获得的阻抗梯度变化的多层结构，本文提出的超耦合器仅利用一种固体材料，而且固体材料仅要求相对于基质是刚性的即可，此优点使得上述超耦合器更易于被实现和应用于实际的声学系统中，以改善声学器件之间的阻抗失配问题。