طراحی و شبیه‌سازی دی‌مالتی‌پلکسرهای صوتی 4×1 مبتنی بر کریستال‌های فونونی با شبکه‌های مربعی و مثلثی

کریستال‌های فونونی با توزیع‌های دوره‌ای از مواد کامپوزیتی تعبیه شده در ماتریسی با تباین بالا در خواص مکانیکی، ساخته می شوند. در این ساختارها، تداخل مخرب امواج پراکنده منجر به ظهور برجسته‌ترین مشخصه کریستال‌های فونونی یعنی شکاف باند فونونی می‌شود. با استفاده از این مشخصه‌ی کریستال‌های فونونی و ایجاد نقص در ساختار متناوبشان، می‌توان از آن ها در کاربردهای گوناگونی مانند طراحی و ساخت فیلترها، لنزها، موج‌برها، دی‌مالتی‌پلکسرها، حسگرها و ... بهره برد. در این پژوهش طراحی و  شبیه سازی دو دی‌مالتی‌پلکسر آکوستیکی مبتنی بر کریستال‌های فونونی دو بعدی، تشکیل ‌شده از استوانه‌های آب در بستر جیوه، با شبکه مربعی و نیز مثلثی ارائه‌ شده است. برای شبیه‌سازی ها از روش‌های بسط موج صفحه‌ای و نیز روش المان محدود در نرم‌افزار کامسول بهره گرفته ‌شده است. فرکانس‌های تشدید دی‌مالتی‌پلکسر با شبکه‌ی مربعی پیشنهادی عبارت‌اند از چهار فرکانس 66.09، 68.23، 70.27، 72.49 کیلوهرتز. در این ساختار میانگین ضریب کیفیت، میزان کمینه هم‌شنوایی 42- دسی‌بل و ابعاد ساختار 218× 118 میلی‌مترمربع است. فرکانس‌های تشدید دی‌مالتی‌پلکسر با شبکه‌ی مثلثی پیشنهادی عبارت‌اند از چهار فرکانس 75.69، 74.98، 74.26، 73.57 کیلوهرتز. در این ساختار میانگین ضریب کیفیت 6326، میزان کمینه هم‌شنوایی 34- دسی‌بل و ابعاد ساختار 103× 297 میلی‌متر مربع است. این ساختارها از حیث ابعاد، سهولت طراحی و ساخت، قابلیت توسعه و نیز پارامترهای عملکردی نسبت به همتایان خود برتری دارند.

design and simulation of 1×4 phononic crystals based acoustic demultiplexers with square and triangular lattices

phononic crystals are made with periodic distributions of components embedded in a matrix with high contrast in mechanical properties. destructive interference of several scattered waves leads to the appearance of the most prominent characteristic of phononic crystals, namely the phononic band gap. using these crystals and creating defects in its periodicity, these crystals can be used in various applications such as filters, lenses, waveguides, demultiplexers, sensors, etc. in this study, we present two 2d phononic crystals with square and triangular lattices of water cylinders in mercury. to simulate the proposed devices, plane wave expansion method and finite element method in comsol multiphysics software are used. the resonant frequencies of the proposed 1×4  demultiplexer with square lattice are 66.09, 68.23, 70.27 and 72.49 khz. in this structure the mean of quality factors is 3042, the minimum crosstalk is -42 db, and the dimensions of the structure is 218×118. the resonant frequencies of the second proposed 1×4 demultiplexer with triangular lattice are 75.69, 74.98, 74.26 and 73.57 khz. in this structure the mean quality factor is 6326, the minimum crosstalk is -34 db, and the dimensions of the structure is 103×297. both proposed structures are superior in terms of dimensions, ease of construction and performance parameters.