CN119401129B - 一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，包括多种基于指向性函数进行编码排布的基元结构，每种基元结构均包括赫姆霍兹腔和矩形条组；赫姆霍兹腔为横排并列排放；矩形条组垂直添加于赫姆霍兹腔的内部形成基元结构，矩形条组包括上部矩形条、中间位置矩形条、中部矩形条和端部矩形条；多种基元结构中，位于中部的矩形条的数量和贴敷位置不同。本发明将赫姆霍兹腔由传统的竖排排放变为横排并列排放，缩短了声学编码超表面结构的纵深，通过在声学编码超表面结构内部添加矩形条增大声程差，进一步缩小尺寸，通过优化算法进行排布最终达成多角度入射宽频带散射效果，具有作用频带范围较宽、作用角度多和易于应用的优点。

Description

一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构

技术领域

本发明属于声学编码超表面技术领域，具体涉及一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构。

背景技术

波传播的调控一直是声波领域的关键课题之一，在众多领域具有潜在的应用。通过设计具有微结构的功能基元(或单胞)，制造出折射(透射)型超表面、反射型超表面和吸收型超表面。声学超表面的常见结构有类直井基元构成梳状超表面、带螺旋通道的螺旋结构、板状共振基元等结构，通过改变声程差或者实现共振来改变反射相位，但这些结构设计复杂难以在现实中应用。

数字编码声学超表面(ACM)作为声学超表面的结构之一，是对不同相位差(相位差间隔相同)的几种单元，用布尔数或逻辑位进行“编码”，通过在二维或三维表面上几个单元的有序组合排列，实现目标需求的超表面结构。低比特的数字编码声学超表面所需结构单元少，具有加工便利、便于集成、且不失一般声学超表面的优点。

低比特的数字编码声学超表面仅需要少量的基元样公式构成，设计便捷、加工便利，不失一般超表面结构的波前调控能力，因此可以广泛应用于各类场景，如声学舱室设计、声能量收集、目标声隐身等。

传统声学超表面的结构单元设计复杂，难以在现实中应用，作用频带范围窄，作用角度少，应用受到限制，因此，数字编码超表面兴起，对不同功能有不同的结构和排布，有效克服传统声学超表面的弊端。例如：针对垂直入射实现透射声波的波束分裂和聚焦设计了2元赫姆霍兹腔结构的编码超表面、针对完美负反射提出了一种可调的1比特编码超表面，由一系列矩形条片组成。通过上推或下压操作，每个条片可以做出逻辑位“0”或“1”的响应，通过调整编码序列，实现不同方向上的完美负反射。但是，针对多角度入射宽频带作用的散射编码超表面研究很少，故应当对数字编码超表面深入研究。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的无法多角度入射的不足之处，而提供了一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，通过将赫姆霍兹腔由传统的竖排排放变为横排并列排放，缩短了声学编码超表面结构的纵深，通过在声学编码超表面结构内部添加矩形条增大声程差，进一步缩小尺寸，并且以宽带多角度散射为目的，通过优化算法进行排布最终达成多角度入射宽频带散射效果，具有作用频带范围较宽、作用角度多和易于应用的优点。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，包括：多种基元结构、供所述基元结构垂直放置的硬质声波反射基体，多种所述基元结构基于指向性函数进行编码排布；

每种所述基元结构分别包括：赫姆霍兹腔和矩形条组，所述赫姆霍兹腔为横排并列排放；所述矩形条组垂直添加于所述赫姆霍兹腔的内部形成所述基元结构，所述矩形条组用于增大声程差；

在二维结构和与二维有着相同横截面三维结构下，声波传播的传播特性相同，故声学编码超表面结构中所述基元结构的横截面及二维设计如下：

每个所述基元结构垂直于所述硬质声波反射基体的长边进行放置，所述矩形条组包括上部矩形条、中间位置矩形条、中部矩形条和端部矩形条；所述上部矩形条的长边平行于声波反射基体放置，所述中间位置矩形条的长边垂直于所述上部矩形条的中心放置、短边平行于所述声波反射基体放置，两者形成T状结构；所述中部矩形条分成两组垂直所述上部矩形条、以及平行所述中间位置矩形条设置，多个所述中部矩形条位于所述中间位置矩形条两侧，所述端部矩形条位于所述声波反射基体的长边两端；

贴敷在所述硬质声波反射基体的所述矩形条组之间形成赫姆霍兹腔与迷宫结构共同作用的效果，中间位置矩形条和中部矩形条固定形成类山状结构；

多种所述基元结构中，位于所述硬质声波反射基体上中间位置的矩形条数量和贴敷位置不同。

作为本发明的进一步限定，对应不同的频率范围，调节多个端部矩形条的数量以及端部矩形条之间的距离，进而调节所述基元结构的相位响应，使多种所述基元结构在f＝4000Hz～8000Hz下，相位响应差为π/2。

作为本发明的进一步限定，所述基元结构为4种，每种所述基元结构的数量为9个；

36个所述基元结构基于指向性函数进行编码排布之后，垂直于所述硬质声波反射基体进行排布。

作为本发明的进一步限定，基元结构的尺寸按照所需要的声波波长的十分之一到五分之一设置；

所述矩形条组中，上部矩形条的宽度为17mm，厚度为1mm；中间位置矩形条的高度为5mm，宽度为1mm；中部矩形条的高度为4mm，宽度为1mm；端部矩形条的高度为6mm，宽度为1mm；

所述硬质声波反射基体的长度为23mm，宽度为6mm，厚度为10mm，所述硬质声波反射基体为同样的横截面尺寸。

作为本发明的进一步限定，所述基元结构有四种，对应相位由小到大分成第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构和第四基元结构；

在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构中，基元结构排列方式为：

第一基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构。

作为本发明的进一步限定，所述基元结构的侧边与其底边垂直；

所述基元结构分别对齐紧密排列并与所述硬质声波反射基体的底边垂直，侧边平行。

作为本发明的进一步限定，所述矩形条组和所述硬质声波反射基体均由铝制材料制成；

所述矩形条组和所述硬质声波反射基体的密度为2.7g/m³，杨氏模量为70GpPa，声速为6300m/s。

作为本发明的进一步限定，在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，对f＝4000Hz～8000Hz的频率、多角度入射的声波进行调控，使反射波均匀散射。

作为本发明的进一步限定，所述指向性函数包括入射声波的角度和频率，角度和频率为已知量，编码排布的相位信息为未知量；角度为0°、30°、45°、60°、70°，频率为4kHz-8kHz；

以所述指向性函数作为目标函数并使之最大，以及将所述硬质声波反射基体的表面分为36块，每种所述基元结构的数据为9个作为约束函数；

暂将多种所述基元结构按照未知排布放置在所述硬质声波反射基体的表面，利用所述指向性函数得到多种所述基元结构的最优编码排布。

作为本发明的进一步限定，所述指向性函数包括：

式中，θ表示散射波仰角，表示散射波方位角，θ_i表示入射声波仰角，表示入射声波方位角，表示散射波的指向性函数，表示远场散射振幅，表示编码超表面的指向性函数，表示同尺寸的无结构光滑表面的指向性函数，σ_R表示编码超表面相比普通光滑表面的扩散性能，σ_R值越大表示散射效果越好，定义散射波的仰角为散射系数的计算公式为：

式中，D表示散射系数，L_i表示不同方向的远场的声压级数值，M表示选取角度的总数，i表示选取的方向。

本发明的优点是：

本发明通过将赫姆霍兹腔由传统的竖排排放变为横排并列排放，缩短了声学编码超表面结构的纵深，通过在声学编码超表面结构内部添加矩形条增大声程差，进一步缩小尺寸，并且以宽带多角度散射为目的，通过优化算法进行排布最终达成多角度入射宽频带散射效果，具有作用频带范围较宽、作用角度多和易于应用的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：本发明提供的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构的四种基元结构图示；

图2：本发明提供的基元结构中硬质声波反射基体、上部矩形条、中部矩形条和端部矩形条的示意图；

图3：本发明提供的图2中标号的尺寸示意图；

图4：本发明提供的四种基元结构在f＝4000Hz～8000Hz下的相位响应示意图；

图5：本发明提供的四种基元结构在f＝5000Hz下的有限元软件仿真基元结构相位响应示意图；

图6：本发明提供的四种基元结构的相位编码排列示意图；

图7：本发明提供的在入射声波频率4.6kHz与8.4kHz，入射声波角度0°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图；

图8：本发明提供的在入射声波频率4.2kHz与5.7kHz，入射声波角度30°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图；

图9：本发明提供的在入射声波频率4.6kHz与6.3kHz，入射声波角度45°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图；

图10：本发明提供的在入射声波频率4.7kHz与6kHz，入射声波角度60°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图；

图11：本发明提供的在频率为4000Hz～10000Hz下，入射声波角度0°时的平板与编码超表面散射系数随频率变化对比示意图；

图12：本发明提供的在频率为4000Hz～10000Hz下，入射声波角度30°时的平板与编码超表面散射系数随频率变化对比示意图；

图13：本发明提供的在频率为4000Hz～10000Hz下，入射声波角度45°时的平板与编码超表面散射系数随频率变化对比示意图；

图14：本发明提供的在频率为4000Hz～10000Hz下，入射声波角度60°时的平板与编码超表面散射系数随频率变化对比示意图；

图中：10-基元结构；20-矩形条组；21-上部矩形条；22-中部矩形条；23-端部矩形条；30-硬质声波反射基体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，包括四种基元结构、供基元结构垂直放置的硬质声波反射基体，四种基元结构基于指向性函数进行编码排布；每种基元结构分别包括：赫姆霍兹腔和矩形条组，其中：

本发明实施例的赫姆霍兹腔由传统的竖排排放变为横排并列排放，缩短了结构的纵深；通过在赫姆霍兹腔的内部添加矩形条组来增大声程差，进一步缩小结构尺寸。

在二维结构和与二维有着相同横截面三维结构下，声波传播的传播特性相同，故声学编码超表面结构中基元结构的横截面及二维设计如下：

本发明实施例的上部矩形条的尺寸为：长度17mm，宽度1mm，其长边平行于声波反射基体放置；中部矩形条的尺寸为：长度为5mm，宽度为1mm，中间矩形条垂直于上部矩形条中心放置，其短边平行于声波反射基体放置；端部矩形条尺寸为：长度为4mm，宽度为1mm，其短边平行于声波反射基体放置，声波反射基体的尺寸为：长度为23*6mm，厚度为10mm。

本发明实施例的矩形条组包括上部矩形条、中间位置矩形条、中部矩形条和端部矩形条；进一步的，对应不同的频率范围，调节多个端部矩形条的数量以及端部矩形条之间的距离，进而调节基元结构的相位响应，使多种基元结构在f＝4000Hz～8000Hz下，相位响应差为π/2。

本发明实施例的矩形条组贴敷在硬质声波反射基体上，硬质声波反射基体的上部和中部对应贴敷上部矩形条、中间位置矩形条和中部矩形条，上部矩形条和中间位置矩形条垂直并形成T状结构(中间位置矩形条的长边垂直于上部矩形条的中心放置、短边平行于声波反射基体放置，两者形成T状结构)，中部矩形条分成两组垂直上部矩形条、以及平行中间位置矩形条设置，多个中部矩形条位于中间位置矩形条两侧，端部矩形条位于声波反射基体的长边两端。

进一步的，本发明实施例贴敷在硬质声波反射基体的矩形条组之间形成赫姆霍兹腔与迷宫结构共同作用的效果，中间位置矩形条和中部矩形条固定形成类山状结构；多种基元结构中，位于硬质声波反射基体上中间位置的矩形条数量和贴敷位置不同。

请继续参阅图1，本发明实施例的基元结构为4种，每种基元结构的数量为9个；36个基元结构基于指向性函数进行编码排布之后，垂直于硬质声波反射基体进行排布，其排布方式如图6所示，四种颜色蓝、红、橙、绿分别对应相位由小到大的四种基元结构。本发明实施例的编码，是基于在宽频带多角度入射下远场散射幅值的散射效果最好的前提下，利用优化算法得出的排布。

更进一步的，请参阅图6，本发明实施例的基元结构有四种，对应相位由小到大分成：第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构和第四基元结构；在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构中。本发明实施例通过指向性函数对四种基元排布，每种基元数量为9个，共36个基元进行编码并根据编码结果垂直于声波反射基体进行排布，可以在宽频条件实现多角度入射下均匀散射的效果。优选地，本发明实施例的基元结构排布方式为：第一基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构。本发明实施例通过对基元结构的简单结构设计，使四种基元结构在较宽频带内的相位响应在2π周期内呈2^2离散梯度分布，声波反射相位差为π/2。

实际应用时，本发明实施例的基元结构的尺寸按照所需要的声波波长的十分之一到五分之一设置，声学编码超表面作用范围为：4000Hz～8000Hz，对应在空气声中的波长为42mm～85mm；请参阅图3，本发明实施例的矩形条组中，上部矩形条的宽度为17mm，厚度为1mm；中间位置矩形条的高度为5mm，宽度为1mm；中部矩形条的高度为4mm，宽度为1mm；端部矩形条的高度为6mm，宽度为1mm；硬质声波反射基体的长度为23mm，宽度为36mm，厚度为10mm，硬质声波反射基体为同样的横截面尺寸。

优选本发明实施例的矩形条组和硬质声波反射基体由铝制材料制成；矩形条组和硬质声波反射基体的密度为2.7g/m³，杨氏模量为70GpPa，声速为6300m/s。在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，对f＝4000Hz～8000Hz的频率、多角度入射的声波进行调控，使反射波均匀散射。

请继续参阅图1和图2，本发明实施例的基元结构，其侧边与底边垂直；基元结构分别对齐紧密排列，并且与硬质声波反射基体的底边垂直，侧边平行。

本发明实施例的指向性函数包括入射声波的角度和频率，角度和频率为已知量，编码排布的相位信息为未知量；角度为0°、30°、45°、60°和70°，频率为4kHz-8kHz；以指向性函数作为目标函数并使之最大，以及将硬质声波反射基体的表面分为36块，每种基元结构的数据为9个作为约束函数，暂将多种基元结构按照未知排布放置在硬质声波反射基体的表面，利用指向性函数得到多种基元结构的最优编码排布。

具体地，本发明实施例的上述指向性函数包括：

式中，θ表示散射波仰角，表示散射波方位角，θ_i表示入射声波仰角，表示入射声波方位角，表示散射波的指向性函数，表示远场散射振幅，表示编码超表面的指向性函数，表示同尺寸的无结构光滑表面的指向性函数，σ_R表示编码超表面相比普通光滑表面的扩散性能，σ_R值越大表示散射效果越好，定义散射波的仰角为散射系数的计算公式为：

式中，D表示散射系数，L_i表示不同方向的远场的声压级数值，M表示选取角度的总数，i表示选取的方向。

本发明实施例基于阵列理论对远场散射幅值进行表达，其中：θ表示散射波仰角，表示散射波方位角，θ_i表示入射波仰角，表示入射波方位角，为一个元素的模式函数，在计算过程中可以忽略，为数组模式。假设声学编码超表面结构由一个包含N_x×N_y元素的数组组成，其大小为Λ。Φ(n,m)即Φ₀₀、Φ₀₁、Φ₁₀、Φ₁₁，表示四种基元结构的反射相位，将四种基元结构随机排列，可以得到均匀的散射效果。表达式为：

在上述计算基础上，本发明实施例引入指向性函数，具体而言，本发明实施例的指向性函数包含了入射声波的角度、频率，角度和频率为已知量，角度为0°、30°、45°、60°、70°、频率为4kHz-8kHz；以及编码排布的相位信息为未知量。本发明实施例的指向性函数表达了远场声波的散射效果，其值越大代表散射效果越好。本发明实施例以指向性函数作为目标函数并使之最大，将表面平均分为36块，每种基元结构的数量为9个，临时将这四种基元结构按照未知排布放置在表面上，利用优化算法得到四种基元的最优排布即得到编码排布的相位信息如图4所示。

结合图4，定义散射波的仰角为下式中表示编码超表面的指向性函数，表示同尺寸的无结构光滑表面的指向性函数，σ_R表示编码超表面相比于普通光滑表面的扩散性能，其值越大表示散射效果越好。

根据上式得到的编码基元结构，按照编码排布进行排布并仿真得到散射效果，如图7-图14所示，其中：从图11可以看出，在入射声波角度为0°时，编码超表面结构的散射系数有所提升；从图12可以看出，在入射声波角度为30°时，编码超表面结构的散射系数有所提升；从图13可以看出，在入射声波角度为45°时，编码超表面结构的散射系数有所提升；从图14可以看出，在入射声波角度为60°时，编码超表面结构的散射系数有所提升。

此外，本发明实施例引入散射系数，散射系数的计算公式如下：

式中，L_i表示不同方向远场的声压级数值，M表示选取角度的总数。

本发明实施例上述散射系数的大小反映出散射声场能量的均匀程度，高散射系数表明声能量被更均匀的散射到不同方向。与之相反的如果所有能量被镜像反射到一个方向则反射系数为0。仿真中采取2°的角度间隔方式选取声压级数值，M取值为90。

结合本发明实施例上述公开的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，提供如下实施例1-4：

实施例1：当声波频率f＝4.6kHz与8.4kHz，背景介质为空气，声波垂直于超表面入射，超表面结构参数与排布由指向性函数和优化算法计算可得，利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真计算。图7所示为实施例在入射声波频率4.6kHz与8.4kHz，入射声波角度0°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图，其中蓝线为超表面结构的外场声压级辐射方向图，绿线为平板结构的外场声压级辐射方向图。从图6可以看出，实施例1的声学编码超表面结构将垂直入射的声波较均匀的散射出去，图6的四种颜色分别对应图1的四种基元结构，四种颜色蓝、红、橙、绿分别对应相位由小到大的四种基元。因此，本发明实施例的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，通过简单的结构并将结构排布改变反射面的相位实现对反射声波角度的调控。

实施例2：当声波频率f＝4.6kHz与8.4kHz，背景介质为空气，声波垂直于超表面入射，超表面结构参数与排布由指向性函数和优化算法计算可得，利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真计算。图8为实施例在入射声波频率4.6kHz与8.4kHz，入射声波角度30°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图，其中蓝线为超表面结构的外场声压级辐射方向图，绿线为平板结构的外场声压级辐射方向图。从图8可以看出，实施例2的声学编码超表面结构将入射声波角度为30°的声波较均匀的散射出去。因此，本发明实施例的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，通过简单的结构并将结构排布改变反射面的相位实现对反射声波角度的调控。

实施例3：当声波频率f＝4.6kHz与6.3kHz，背景介质为空气，声波垂直于超表面入射，超表面结构参数与排布由指向性函数和优化算法计算可得，利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真计算。图9为实施例3在入射声波频率4.6kHz与6.3kHz，入射声波角度45°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图，其中蓝线为超表面结构的外场声压级辐射方向图，绿线为平板结构的外场声压级辐射方向图。从图9可以看出，实施例3的声学编码超表面结构将入射角度为45°的声波较均匀的散射出去。因此，本发明实施例的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，通过简单的结构并将结构排布改变反射面的相位实现对反射声波角度的调控。

实施例4：当声波频率为f＝4.7kHz与6kHz，背景介质为空气，声波垂直于超表面入射，超表面结构参数与排布由指向性函数和优化算法计算可得，利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真计算。图10为实施例4在入射声波频率4.7kHz与6kHz，入射声波角度60°时的平板与编码超表面散射效果对比示意图，其中蓝线为超表面结构的外场声压级辐射方向图，绿线为平板结构的外场声压级辐射方向图。从图10可以看出，实施例4的声学编码超表面结构将入射角度为60°的声波较均匀的散射出去。因此，本发明实施例的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，通过简单的结构并将结构排布改变反射面的相位实现对反射声波角度的调控。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，包括：多种基元结构、供所述基元结构垂直放置的硬质声波反射基体，多种所述基元结构基于指向性函数进行编码排布；

每种所述基元结构分别包括：赫姆霍兹腔和矩形条组，所述赫姆霍兹腔为横排并列排放；所述矩形条组垂直添加于所述赫姆霍兹腔的内部形成所述基元结构，所述矩形条组用于增大声程差；

在二维结构和与二维有着相同横截面三维结构下，声波传播的传播特性相同，故声学编码超表面结构中所述基元结构的横截面及二维设计如下：

每个所述基元结构垂直于所述硬质声波反射基体的长边进行放置，所述矩形条组包括上部矩形条、中间位置矩形条、中部矩形条和端部矩形条；所述上部矩形条的长边平行于声波反射基体放置，所述中间位置矩形条的长边垂直于所述上部矩形条的中心放置、短边平行于所述声波反射基体放置，两者形成T状结构；所述中部矩形条分成两组垂直所述上部矩形条、以及平行所述中间位置矩形条设置，多个所述中部矩形条位于所述中间位置矩形条两侧，所述端部矩形条位于所述声波反射基体的长边两端；

贴敷在所述硬质声波反射基体的所述矩形条组之间形成赫姆霍兹腔与迷宫结构共同作用的效果，中间位置矩形条和中部矩形条固定形成类山状结构；

多种所述基元结构中，位于所述硬质声波反射基体上中间位置的矩形条数量和贴敷位置不同。

2.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，对应不同的频率范围，调节多个端部矩形条的数量以及端部矩形条之间的距离，进而调节所述基元结构的相位响应，使多种所述基元结构在下，相位响应差为。

3.根据权利要求2所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，所述基元结构为4种，每种所述基元结构的数量为9个；

36个所述基元结构基于指向性函数进行编码排布之后，垂直于所述硬质声波反射基体进行排布。

4.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，基元结构的尺寸按照所需要的声波波长的十分之一到五分之一设置，声学编码超表面作用范围为：4000Hz~8000Hz，对应在空气声中的波长为42mm~85mm；

单个基元结构尺寸设置为：宽度为23mm，厚度为6mm，其厚度为作用频率对应波长的十分之一到五分之一；

所述矩形条组中，上部矩形条的宽度为17mm，厚度为1mm；中间位置矩形条的高度为5mm，宽度为1mm；中部矩形条的高度为4mm，宽度为1mm；端部矩形条的高度为6mm，宽度为1mm；

所述硬质声波反射基体的长度为23mm，宽度为6mm，厚度为10mm，所述硬质声波反射基体为同样的横截面尺寸。

5.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，所述基元结构有四种，对应相位由小到大分成第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构和第四基元结构；

在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构中，基元结构排列方式为：

第一基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第二基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第一基元结构、第四基元结构、第三基元结构、第二基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构、第三基元结构、第四基元结构、第一基元结构、第三基元结构。

6.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，所述基元结构的侧边与其底边垂直；

所述基元结构分别对齐紧密排列，并且与所述硬质声波反射基体的底边垂直、侧边平行。

7.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，所述矩形条组和所述硬质声波反射基体均由铝制材料制成；

所述矩形条组和所述硬质声波反射基体的密度为2.7g/m³，杨氏模量为70GpPa，声速为6300m/s。

8.根据权利要求1或5所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，对的频率、多角度入射的声波进行调控，使反射波均匀散射。

9.根据权利要求1所述的一种在宽频任意角度入射下均匀散射声学编码超表面结构，其特征在于，所述指向性函数包括入射声波的角度和频率，角度和频率为已知量，编码排布的相位信息为未知量；角度为0°、30°、45°、60°、70°，频率为4kHz-8kHz；

以所述指向性函数作为目标函数并使之最大，以及将所述硬质声波反射基体的表面分为36块，每种所述基元结构的数据为9个作为约束函数；

暂将多种所述基元结构按照未知排布放置在所述硬质声波反射基体的表面，利用所述指向性函数得到多种所述基元结构的最优编码排布。