声学二极管是一种能够单向操纵声能量传输过程,使得声波从不同方向入射时分别形成导通和截止两种不同状态的器件。其对于反向声波的抑制能力,在医学超声成像、噪声控制、声学信号采集、微机电系统加工等领域极具应用价值,吸引了研究人员对于这一类器件的开发热情。本文通过对于不同非对称声传输器件的分析和归纳,总结了其设计思路,并在此基础上提出了一种基于声波导管结构的声学二极管模型。通过对于其工作机理以及理论计算和有限元仿真结果的分析,我们发现这种声二极管在其工作频率点附近同时具有较高的抑制比和正向传输效率,具有潜在的应用价值。本文的工作分为以下四个部分:在第一章绪论中,回顾了声学二极管的这一领域的发展历史,并分析和归纳了几种具有代表性的非对称声传输器件的设计思路和优缺点,明确了同时具备高抑制比与高正向传输效率是我们设计声学二极管的重要目标。第二章从对描述声波行为的Helmholtz方程的分析出发,发现可以利用声波导管对于高阶模式的传播模态具有截止频率这一特点,将其作为滤波器件使用,以此为核心可以构建出一种声学二极管。通过对半导体二极管的物理机制的简单分析,将描述微观粒子行为的定态薛定谔方程与Helmholtz方程进行类比,发现这一结构在工作机理上与半导体二极管是相似的。第三章中,在该模型中通过本征模式展开的方法进行了解析计算,多种材料参数下的计算结果说明了这一模型对于反向声波具有较强的抑制能力,同时还发现该模型具有较高的正向声能传输效率。有限元仿真的结果验证了解析计算的结论。第四章给出了总结与对下一步工作的展望。