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近场声聚焦波束形成与波束零陷研究
近场声聚焦波束形成与波束零陷研究
近年来，近场声聚焦技术在医学、工业、防卫等领域得到了广泛应用。该技术通过控制声波的相位和幅度，使声波能够在一个特定区域内聚焦。近场声聚焦技术以其低频限制、声谷特征和体积限制等独特的特征而被广泛研究。本文将着重研究近场声聚焦波束形成与波束零陷。
一、近场声聚焦波束形成
近场声聚焦技术可以通过控制声波幅度和相位，在一个特定区域内形成波束。声波幅度最大的点成为波前聚焦点。声波从声源发出后可以被分为两个部分：直线传播部分和折射或散射部分。为了在一个特定区域内实现波束聚焦，需要对这两个部分进行控制。具体方法有以下几种。
1.使用透镜和球面反射器来使声波折射/反射相位累积。
透镜和球面反射器可以被用来达到波前聚焦。这些设备可以被设计为使得声波的相位在到达波前聚焦点时累积到一个相位值，从而实现波聚焦。
2.使用通孔和障壁来控制声波干扰和折射。
使用通孔和障壁可以有效地控制声波干扰和折射。这些设备会产生声波的干扰和折射，直到声波在到达波前聚焦点时发生相位反转并产生波聚焦。
3.使用超声透镜来形成波集中。
超声透镜是偏置人在近场声聚焦中所使用的一种设备。它可以控制声波的传播方向和相位，以形成波集中和波聚焦。超声透镜的诸多特点使其成为近场声聚焦技术的重要组成部分。
二、近场声聚焦波束零陷
近场声聚焦技术在聚焦过程中会产生波束零陷现象。波束零陷是指波束在聚焦点外侧的某些区域中声强度低于其他区域的现象。这种现象是由于声波衍射和散射、激发杂波和波聚焦效应等多种因素相互影响所致。
1.声波衍射和散射
声波在穿过物体时会被折射和散射。这种现象会导致声波的形状和幅度发生变化。在近场声聚焦过程中，波束的一部分会被衍射或散射，导致波束在波前聚焦点处发生变化。这种变化可能会导致波束零陷的生成。
2.激发杂波
激发杂波是指由于非线性效应（例如突触后电位）产生的声波，这些声波和波前聚焦的声波在聚焦区域中发生干涉，导致了波束零陷的现象。激发杂波与波束幅度的大小有关，而波束幅度的大小则由波束的聚焦程度和聚焦区域的形状、大小等因素决定。
3.波聚焦效应
波聚焦效应是近场声聚焦技术的一大特点。波聚焦效应的产生需要波前聚焦的区域内含有某些物体或物质。如果在波前聚焦区域内有某些物质或物质，那么这些物体或物质会使声波产生散射，并导致波束发生零陷。在此情况下，波聚焦必须避开这些物质或物质，或者将其加入波前聚焦区域内的其他物体或物质一并处置。
总之，近场声聚焦技术的应用范围十分广泛，但在利用该技术进行聚焦过程中，需要考虑到波束零陷等因素对聚焦效果的影响。因此，在设计近场声聚焦技术时，需要综合考虑各种因素，并探索在聚焦过程中克服波束零陷的方法。