Tunable metasurface for acoustic wave redirection, focusing and source illusion

Abstract

Metasurfaces present excellent performance in acoustic wave control with subwavelength thickness, but are typically studied and built for fixed applications. This paper looks at a convenient tunable metasurface design with Helmholtz resonance. Moving sliders in the design allow full phase shift with a high transmission ratio in a broad frequency bandwidth. The design can be used for tunable wave front redirection, focusing with varying wavelengths and sound source illusion, as are shown in numerical and experimental examples. This design could be a superb option when there is a need for tunable acoustic wave modulation.

Dynamic augmentation of scattering cross‐section by a conducting polycylinder coated with varactor‐loaded metasurface

“…With regard to reconfiguration, tunable or switchable features have been reported in literature for antennas [12], absorbers [13], polarization converters [14], and so on. Recently, the reconfigurable metasurface with dynamically adjustable characteristic draws a growing interest in the fields of microwave, terahertz [15,16], optics [17,18], and acoustics [19,20]. It is noted that the majority of reconfigurable metasurfaces reported are designed with flat geometry.…”

Helmholtz‐Resonator Metasurface Based High‐Efficiency Acoustic Focusing Lens

“…This concept has aroused wide interests owing to its extensive applications in practical scenarios, such as acoustic energy harvesting, [ 1 ] nondestructive testing, [ 2 ] and ultrasonic medical treatment. [ 3,4 ] In the past few years, the rapid developments of sonic crystals, [ 5,6 ] acoustic metamaterials, [ 7,8 ] and acoustic metasurfaces [ 9–24 ] have provided alternative solutions of designing acoustic focusing lenses. In analogy to optical and electromagnetical metamaterials, [ 25–27 ] by taking advantage of the evanescent wave, acoustic perfect lens overcoming the diffraction limit [ 28 ] has been developed and propelled the evolution of superlenses [ 5 ] and hyperlenses.…”

Экспериментальное Исследование Перестраиваемого Акустического Фазовращателя

“…Часто рассматриваются перестраиваемые метаповерхности на основе резонаторов Гельмгольца. В [8] для перестройки резонатора в его объем подается жидкость, в [9] одновременно изменяются объем резонатора и сечение волноведущей трубы. В обеих работах показано хорошее согласие экспериментальных данных и результатов численного моделирования на примере фокусировки и преломления волны.…”

“…В обеих работах показано хорошее согласие экспериментальных данных и результатов численного моделирования на примере фокусировки и преломления волны. Отметим, что изменение объема резонатора в [9] осуществляется вручную.…”

“…В результате численного моделирования установлено, что использование меньшего числа резонаторов в указанной конструкции не позволит добиться фазового сдвига 2π. В работах [1,9] показано, что при уменьшении сечения волноведущей трубы при неизменной высоте резонаторов Гельмгольца увеличивается вносимый фазовращателем фазовый сдвиг. Однако наличие скачка импедансов на стыке волноводов приводит к увеличению отраженной от фазовращателя волны, что в свою очередь ведет к уменьшению коэффициента пропускания.…”