Dergiler / Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi / 2019 / Cilt: 12 - Sayı: 3
Bir Boyutlu Periyodik Kaviteler İçeren Fononik Kristaller ile Akustik Ekle-Bırak Filtresi Tasarımı
- Sayfa
- 1678–1689
- DOI
- —
Özet
Katı yüzeyde bir boyutta periyodik silindirik kaviteler içeren dalga kılavuzları ve halka çınlaç kullanılarak tasarlanan bir akustik ekle-bırak filtresinin hava ortamında çalışması ve performansı sayısal olarak incelenmiştir. 20 kHz civarında çalışma hedeflendiğinde, periyodu 5.0 mm olan 2.0 mm yarıçaplı kaviteler yüzeye merkezlerinden itibaren yarıçapın %30’u kadar gömüldüğünde, Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak yapılan band yapısı hesaplamaları sonucunda hedef çalışma frekansını kapsayan geniş dispersiyon sergileyen yüzey bandı belirlenmiştir. Kaviteye ve komşuluğundaki dar bir hava bölgesine lokalize olan etkileşimli Bloch yüzey akustik dalgaları, birbirine bakan ve periyodun 1.5 katı uzaklıkta iki yüzey için birbirinden ayrışan ve belirli bir frekans aralığında örtüşen iki adet yüzey bandındaki simetrik ve asimetrik kipler halini almaktadır. Dalga kılavuzları arasına her bir kılavuz ile mesafesi 1.5 periyot olan ve toplam 85 kavite içeren 67.6 mm yarıçaplı dairesel halka çınlaç konulduğunda, frekansa bağlı Sonlu Elemanlar Yöntemi simülasyonları ile 20 kHz frekansında bırak portu çıkışında maksimum gözlenirken, direkt ve ekle portlarından minimum çıkış belirlenmiştir. Port çıkışları frekansa bağlı olarak dalgalı seyir izlemekte ve gözlenen pikler artan frekans ile sıklaşmaktadır. 22.08 kHz frekansında bırak portu çıkışında genişliği 57 Hz ve kalite faktörü 387 olan pik gözlenmektedir. Önerilen akustik ekle-bırak filtresi akustik sinyal işleme, akustik mantık ve ultrasonik sensörler gibi alanlarda kullanılabilir.
Abstract
Operation and performance of an acoustic add-drop filter which incorporates one-dimensional cylindrical periodic cavities on a solid surface in air environment are numerically investigated. In case of 20 kHz target operation frequency, a surface band covering this frequency with broad dispersion is determined through band structure calculations via the Finite-Element Method when cavities with 5.0 mm period and 2.0 mm radii are embedded into the surface by 30% from their centers. Interacting Bloch surface acoustic waves localized in the cavity and neighboring narrow air region become symmetric and asymmetric modes of two distinct surface bands overlapping in a particular frequency range for two facing surfaces 1.5 periods apart. When a circular ring resonator with 67.6 mm radius, incorporating 85 cavities, is placed between the waveguides so that it is 1.5 period away from each, frequency-domain Finite-Element simulations at 20 kHz reveal that drop port output maximum is observed, whereas through and add outputs are minimum. Port outputs exhibit a fluctuating behavior where the observed peaks appear more frequently with increasing frequency. A peak of the drop port with 57 Hz width and a quality factor of 387 is observed at 22.08 kHz. The proposed acoustic add-drop filter can be utilized in areas such as acoustic signal processing, acoustic logic and ultrasonic sensors.