Bir Boyutlu Periyodik Kaviteler İçeren Fononik Kristaller ile Akustik Ekle-Bırak Filtresi Tasarımı
Acoustic Add-Drop Filter Design With Phononic Crystals Containing One-Dimensional Periodic Cavities
Yazar: Biçer, Ahmet
Dergi: Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 12 No. 3, 2019
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Surface acoustic waves,ring resonator,add-drop filter,mode coupling,, beat,Finite Element Method. ; Yüzey akustik dalgaları,halka çınlaç,ekle-bırak filtresi,kip eşleşmesi,vuru,Sonlu Elemanlar Yöntemi

Katı yüzeyde bir boyuttaperiyodik silindirik kaviteler içeren dalga kılavuzları ve halka çınlaçkullanılarak tasarlanan bir akustik ekle-bırak filtresinin hava ortamındaçalışması ve performansı sayısal olarak incelenmiştir. 20 kHz civarında çalışmahedeflendiğinde, periyodu 5.0 mm olan 2.0 mm yarıçaplı kaviteler yüzeyemerkezlerinden itibaren yarıçapın %30’u kadar gömüldüğünde, Sonlu ElemanlarYöntemi kullanılarak yapılan band yapısı hesaplamaları sonucunda hedef çalışmafrekansını kapsayan geniş dispersiyon sergileyen yüzey bandı belirlenmiştir.Kaviteye ve komşuluğundaki dar bir hava bölgesine lokalize olan etkileşimliBloch yüzey akustik dalgaları, birbirine bakan ve periyodun 1.5 katı uzaklıktaiki yüzey için birbirinden ayrışan ve belirli bir frekans aralığında örtüşeniki adet yüzey bandındaki simetrik ve asimetrik kipler halini almaktadır. Dalgakılavuzları arasına her bir kılavuz ile mesafesi 1.5 periyot olan ve toplam 85kavite içeren 67.6 mm yarıçaplı dairesel halka çınlaç konulduğunda, frekansa bağlıSonlu Elemanlar Yöntemi simülasyonları ile 20 kHz frekansında bırak portuçıkışında maksimum gözlenirken, direkt ve ekle portlarından minimum çıkışbelirlenmiştir. Port çıkışları frekansa bağlı olarak dalgalı seyir izlemekte vegözlenen pikler artan frekans ile sıklaşmaktadır. 22.08 kHz frekansında bırakportu çıkışında genişliği 57 Hz ve kalite faktörü 387 olan pik gözlenmektedir.Önerilen akustik ekle-bırak filtresi akustik sinyal işleme, akustik mantık veultrasonik sensörler gibi alanlarda kullanılabilir.

Operationand performance of an acoustic add-drop filter which incorporatesone-dimensional cylindrical periodic cavities on a solid surface in airenvironment are numerically investigated. In case of 20 kHz target operationfrequency, a surface band covering this frequency with broad dispersion isdetermined through band structure calculations via the Finite-Element Methodwhen cavities with 5.0 mm period and 2.0 mm radii are embedded into the surfaceby 30% from their centers. Interacting Bloch surface acoustic waves localizedin the cavity and neighboring narrow air region become symmetric and asymmetricmodes of two distinct surface bands overlapping in a particular frequency rangefor two facing surfaces 1.5 periods apart. When a circular ring resonator with67.6 mm radius, incorporating 85 cavities, is placed between the waveguides sothat it is 1.5 period away from each, frequency-domain Finite-Elementsimulations at 20 kHz reveal that drop port output maximum is observed, whereasthrough and add outputs are minimum. Port outputs exhibit a fluctuatingbehavior where the observed peaks appear more frequently with increasingfrequency. A peak of the drop port with 57 Hz width and a quality factor of 387is observed at 22.08 kHz. The proposed acoustic add-drop filter can be utilizedin areas such as acoustic signal processing, acoustic logic and ultrasonicsensors.