(57) Реферат / Формула:
Раскрываются различные варианты осуществления для мониторинга напряженности поля электрических полей, генерируемых зондом направленного поверхностного волновода. Измеритель поля измеряет напряженность поля электромагнитного поля. Измеритель поля сообщает измеренную напряженность поля системе управления зондом, связанной с зондом направленного поверхностного волновода. Регулировки могут быть выполнены в отношении одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с измеренной напряженностью поля.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201890673 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.10.31
(22) Дата подачи заявки 2016.08.09
(51) Int. Cl.
H01Q13/20 (2006.01) H01Q13/26 (2006.01) G01V3/12 (2006.01)
(54)
МОНИТОРИНГ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
(31) 14/847,599
(32) 2015.09.08
(33) US
(86) PCT/US2016/046109
(87) WO 2017/044227 2017.03.16
(71) Заявитель:
СиПиДжи ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи. (US)
(72) Изобретатель:
Корум Джеймс Ф., Корум Кеннет Л., Лилли Джеймс Д., Пинзоун Джозеф Ф.
(US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Раскрываются различные варианты осуществления для мониторинга напряженности поля электрических полей, генерируемых зондом направленного поверхностного волновода. Измеритель поля измеряет напряженность поля электромагнитного поля. Измеритель поля сообщает измеренную напряженность поля системе управления зондом, связанной с зондом направленного поверхностного волновода. Регулировки могут быть выполнены в отношении одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с измеренной напряженностью поля.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-548640ЕА/019
МОНИТОРИНГ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] По данной заявке испрашивается приоритет и преимущество совместно рассматриваемой Патентной Заявки США № 14/847,599, озаглавленной "Field Strength Monitoring for Optimal Performance)), поданной 08 сентября 2015г., которая во свей совей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки.
[0002] Данная заявка является родственной для совместно рассматриваемой Обычной Патентной Заявки США, озаглавленной "Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media", которая была подана 07 марта 2013г., и которой присвоен Номер Заявки 13/789,538, и которая была опубликована 11 сентября 2014г. в качестве Номера Публикации US2014/0252886 А1, и которая во всей своей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки.
[0003] Данная заявка также является родственной для совместно рассматриваемой Обычной Патентной Заявки США, озаглавленной "Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media", которая была подана 07 марта 2013г., и которой присвоен Номер Заявки 13/789,525, и которая была опубликована 11 сентября 2014г. в качестве Номера Публикации US2014/0252865 А1, и которая во всей своей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки. Данная заявка дополнительно является родственной для совместно рассматриваемой Обычной Патентной Заявки США, озаглавленной "Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media", которая была подана 10 сентября 2014г., и которой присвоен Номер Заявки 14/483,089, и которая во всей своей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки. Данная заявка дополнительно является родственной для совместно рассматриваемой Обычной Патентной Заявки США, озаглавленной "Excitation and Use of Guided Surface Waves", которая была подана 02 июня 2 015г., и которой присвоен Номер Заявки 14/728,507, и которая во всей своей полноте включена в
настоящее описание посредством ссылки. Данная заявка дополнительно является родственной для совместно рассматриваемой Обычной Патентной Заявки США, озаглавленной "Excitation and Use of Guided Surface Waves", которая была подана 02 июня 2015г., и которой присвоен Номер Заявки 14/728,492, и которая во всей своей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] На протяжении более века передаваемые радиоволнами сигналы включали поля излучения, запущенные с использованием обычных антенных структур. В противоположность радио науке, системы распространения электрической мощности в последнее столетие включают передачу энергии, направляемой по электрическим проводникам. Это понимание различия между радиочастотной (RF) передачей и передачей мощности существует с начала 1900-х.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к системам и способам для мониторинга напряженности поля электромагнитных полей, генерируемых зондом направленного поверхностного волновода.
[0006] В одном варианте осуществления, среди прочих, система содержит систему управления зондом, которая связана с зондом направленного поверхностного волновода. Система управления зондом выполнена с возможностью регулирования одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода. Система дополнительно содержит множество измерителей поля, которые находятся на связи для передачи данных с системой управления зондом. Множество измерителей поля выполнены с возможностью измерения напряженности поля, ассоциированной с электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода, и сообщения информации о напряженности поля системе управления зондом, причем информация о напряженности поля включает в себя измеренную напряженность поля.
[0007] В другом варианте осуществления, среди прочих, способ, который содержит этапы, на которых: определяют, через
устройство измерения, частоту, ассоциированную с
электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода; измеряют, через устройство измерения, напряженность поля электромагнитного поля в соответствии с частотой; и представляют отчет, через устройство измерения, о напряженности поля системе управления зондом, ассоциированной с зондом направленного поверхностного волновода, причем система управления зондом выполнена с возможностью выполнения одной или более регулировок над зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с измеренной напряженностью поля.
[0008] В другом варианте осуществления, среди прочих,
способ, который содержит этапы, на которых: определяют, через
устройство измерения, частоту, ассоциированную с
электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода; измеряют, через устройство измерения, напряженность поля электромагнитного поля в соответствии с частотой; и представляют отчет, через устройство измерения, о напряженности поля системе управления зондом, ассоциированной с зондом направленного поверхностного волновода. В данном способе, система управления зондом выполнена с возможностью выполнения регулировок над зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с измеренной напряженностью поля.
[0009] Другие системы, способы, признаки, и преимущества настоящего раскрытия будут или станут очевидны специалисту в соответствующей области техники после изучения нижеследующих чертежей и подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки, и преимущества включены в данное описание, находятся в рамках объема настоящего раскрытия, и находятся в объеме охраны сопроводительной формулы изобретения.
[0010] Кроме того, все опциональные или предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления являются используемыми во всех аспектах всего раскрытия, описанного в данном документе. Кроме того, отдельные признаки зависимых пунктов формулы изобретения, а также опциональные и предпочтительные признаки и модификации описываемых вариантов
осуществления, являются комбинируемыми и взаимозаменяемыми друг с другом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[ООН] Многие аспекты настоящего раскрытия могут быть лучше понятны со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно приведены в масштабе, вместо этого особое внимание уделяется четкой иллюстрации принципов раскрытия. Более того, на чертежах подобные ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких видах.
[0012] Фиг. 1 является диаграммой, которая изображает напряженность поля в зависимости от расстояния для волноводного электромагнитного поля (поля в волноводе) и излучаемого электромагнитного поля.
[0013] Фиг. 2 является чертежом, который иллюстрирует границу раздела распространения с двумя областями, используемыми для передачи направляемой поверхностной волны в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0014] Фиг. 3 является чертежом, который иллюстрирует зонд
направленного поверхностного волновода, расположенный
относительно границы раздела распространения по Фиг. 2 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0015] Фиг. 4 является диаграммой примера амплитуд ближних и дальних асимптот функций Ханкеля первого порядка в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0016] Фиг. 5А и 5В являются чертежами, которые иллюстрируют комплексный угол падения электромагнитного поля, синтезированного с помощью зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0017] Фиг. б является графическим представлением, иллюстрирующим эффект возвышения зарядного терминала в местоположении, где электрическое поле по Фиг. 5А пересекается с проводящей средой с потерями под углом Брюстера, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0018] Фиг. 7 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0019] Фиг. 8А-8С являются графическими представлениями, иллюстрирующими примеры эквивалентных моделей мнимой плоскости зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 3 и 7 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0020] Фиг. 9А и 9В являются графическими представлениями, иллюстрирующими примеры моделей однопроводной линии передачи и классической линии передачи для эквивалентных моделей мнимой плоскости по Фиг. 8В и 8С в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0021] Фиг. 10 является блок-схемой последовательности
операций, иллюстрирующей пример регулирования зонда
направленного поверхностного волновода по Фиг. 3 и 7 для запуска направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды с потерями в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0022] Фиг. 11 является диаграммой, иллюстрирующей пример взаимосвязи между углом наклона волны и фазовой задержкой зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 3 и 7 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0023] Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей пример зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0024] Фиг. 13 является графическим представлением, иллюстрирующим падение синтезированного электромагнитного поля под комплексным углом Брюстера для согласования с модой направленного поверхностного волновода на расстоянии пересечения Ханкеля в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0025] Фиг. 14 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 12 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего
раскрытия.
[0026] Фиг. 15А включает в себя диаграммы примера мнимой и вещественной частей фазовой задержки (Фи) зарядного терминала Ti зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0027] Фиг. 15В является принципиальной схемой зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 14 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0028] Фиг. 16 является чертежом, который иллюстрирует пример зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0029] Фиг. 17 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 16 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0030] Фиг. 18А-18С изображают примеры принимающих структур, которые могут быть использованы для приема энергии, передаваемой в виде направляемой поверхностной волны, запущенной с помощью зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0031] Фиг. 18D является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей пример регулирования принимающей структуры в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0032] Фиг. 19 изображает пример дополнительной принимающей структуры, которая может быть использована, чтобы принимать энергию, передаваемую в виде направляемой поверхностной волны, запущенной зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0 033] Фиг. с 2 OA по 2 0Е изображают примеры различных схематичных символов в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 2 0А изображает пример
схематичного символа, который представляет собой зонд направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 2 0В изображает пример схематичного символа, который представляет собой структуру приема направляемой поверхностной волны в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 2°С изображает пример схематичного символа, который представляет собой линейный зонд, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 2 0D изображает пример схематичного символа, который представляет собой настроенный резонатор, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 2 0Е изображает пример схематичного символа, который представляет собой магнитную катушку, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0034] Фиг. с 21А по 21С изображают примеры местоположений измерителя поля относительно зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0035] Фиг. 22А является чертежом сетевой среды в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0036] Фиг. 22В является чертежом сетевой среды в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0037] Фиг. 23 и 24 являются блок-схемами, причем каждая иллюстрирует пример функциональности, реализуемой в качестве частей логики измерителя поля, исполняемой в вычислительной среде в сетевой среде Фиг. 22А в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0038] Фиг. 25 является блок-схемой, иллюстрирующей пример функциональности, реализуемой в качестве частей логики управления зондом, исполняемой в системе управления зондом сетевой среды Фиг. 22А-В в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0039] Фиг. 26 является блок-схемой, иллюстрирующей пример функциональности, реализуемой в качестве частей логики главного измерителя поля, исполняемой в главном измерителе поля сетевой среды Фиг. 22В в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0040] Для начала должна быть установлена некоторая терминология для обеспечения ясности в обсуждении описываемых ниже концепций. Во-первых, как рассматривается здесь, проводится формальное различие между излучаемыми электромагнитными полями и направляемыми (волноводными) электромагнитными полями.
[0041] Как рассматривается здесь, излучаемое
электромагнитное поле содержит электромагнитную энергию, которая испускается из структуры-источника в виде волн, которые не ограничены волноводом. Например, излучаемое электромагнитное поле является в целом полем, которое покидает электрическую структуру, такую как антенна, и распространяется через атмосферу или другую среду, и не ограничено какой-либо волноводной структурой. Как только излучаемые электромагнитные волны покидают электрическую структуру, такую как антенна, они продолжают распространяться в среде распространения (такой как воздух) независимо от их источника до тех пор, пока они не рассеиваются, независимо от того, продолжает ли источник работать. Как только электромагнитные волны излучаются, они не могут быть восстановлены до тех пор, пока не перехватываются, и, если не перехватываются, энергия, присущая излучаемым электромагнитным волнам, теряется навсегда. Электрические структуры, такие как антенны, разработаны для излучения электромагнитных полей при максимизации отношения сопротивления излучения к сопротивлению потерь структуры. Излучаемая энергия рассеивается в пространстве и теряется независимо от того, присутствует ли приемник. Плотность энергии излучаемых полей является функцией расстояния вследствие геометрического рассеивания. Соответственно понятие "излучать" во всех его формах, которые использованы здесь, относится к этой форме электромагнитного распространения.
[0042] Волноводное электромагнитное поле является
распространяющейся электромагнитной волной, энергия которой
концентрируется в пределах или рядом с границами между средами с
разными электромагнитными свойствами. В этом смысле волноводное
электромагнитное поле является таким полем, которое ограничено
волноводом и может быть охарактеризовано как переносимое током,
протекающем в волноводе. Если отсутствует нагрузка для приема
и/или рассеивания энергии, переносимой в направляемой
электромагнитной волне, то никакая энергия не теряется, за
исключением той, что рассеивается вследствие проводимости
направляющей среды. Иными словами, если отсутствует нагрузка для
направляемой электромагнитной волны, энергия не потребляется.
Таким образом, генератор или другой источник, генерирующий
волноводное электромагнитное поле, не доставляет реальной
мощности до тех пор, пока не присутствует резистивная нагрузка.
Таким образом, такой генератор или другой источник по сути
работает вхолостую до тех пор, пока не возникнет нагрузка. Это
похоже на запуск генератора для генерирования электромагнитной
волны в 60 Герц, которая передается по линии электропередачи, в
которой отсутствует электрическая нагрузка. Следует отметить,
что волноводное электромагнитное поле или волна является
эквивалентом того, что называется "модой линии передачи". Это
отличается от излучаемых электромагнитных волн, в которых
реальная мощность подается постоянно, чтобы генерировать
излучаемые волны. В отличие от излучаемых электромагнитных волн,
волноводная электромагнитная энергия не продолжает
распространяться по волноводу конечной длины после выключения источника энергии. Соответственно, понятие "волновод/направлять" и все его формы, используемые здесь, относятся к данной моде передачи электромагнитного распространения.
[0043] Теперь обратимся к Фиг. 1, где показана диаграмма 100 напряженности поля в децибелах (дБ) выше произвольного опорного значения в вольтах на метр в зависимости от расстояния в километрах на графике логарифмических дБ для дополнительной иллюстрации различия между излучаемыми и волноводными электромагнитными полями. Диаграмма 100 на Фиг. 1 изображает
кривую 103 напряженности волноводного поля, которая показывает напряженность поля для волноводного электромагнитного поля в зависимости от расстояния. Эта кривая 103 напряженности волноводного поля является по сути точно такой же, как мода линии передачи. Кроме того, диаграмма 100 на Фиг. 1 изображает кривую 106 напряженности излучаемого поля, которая показывает напряженность поля для излучаемого электромагнитного поля в зависимости от расстояния.
[0044] Представляют интерес формы кривых 103 и 106 для
распространения направляемой волны и для излучения,
соответственно. Кривая 106 напряженности излучаемого поля падает
в геометрической прогрессии (1/d, где d является расстоянием),
что изображено в виде прямой линии в двойном логарифмическом
масштабе. Кривая 103 напряженности волноводного поля, с другой
стороны, обладает характерным экспоненциальным затуханием вида
е ad/y[d и выражает отличительный излом 109 в двойном
логарифмическом масштабе. Кривая 103 напряженности волноводного
поля и кривая 106 напряженности излучаемого поля пересекаются в
точке 112, которая возникает на расстоянии пересечения. На
расстояниях меньше расстояния пересечения в точке 112
пресечения, напряженность поля для волноводного
электромагнитного поля значительно выше в большинстве местоположений, чем напряженность поля для излучаемого электромагнитного поля. На расстояниях больше расстояния пересечения, истинно обратное. Таким образом, кривые 103 и 106 напряженности волноводного и излучаемого поля дополнительно иллюстрируют фундаментальную разницу в распространении между волноводными и излучаемыми электромагнитными полями. Для неформального обсуждения разницы между волноводными и излучаемыми электромагнитными полями выполнена ссылка на документ Milligan, Т., "Modern Antenna Design", McGraw-Hill, loe издание, 1985, стр. 8-9, который во всей своей полноте включен сюда посредством ссылки.
[0045] Приведенное выше различие между излучаемыми и волноводными электромагнитными волнами легко выражается
формально и основано на строгом подходе. То, что два таких разных решения могут возникнуть из одного и того же линейного дифференциального уравнения с частными производными, волнового уравнения, аналитически следует из граничных условий, наложенных на задачу. Сама функция Грина для волнового уравнения содержит различие между природой излучаемых и направляемых волн.
[0046] В пустом пространстве волновое уравнение является дифференциальным оператором, собственные функции которого обладают непрерывным спектром собственных значений на комплексной плоскости волновых чисел. Это поперечное электромагнитное (ТЕМ) поле называется полем излучения, и такие распространяющиеся поля называются "волнами Герца". Однако, при наличии проводящей границы, волновое уравнение плюс граничные условия математически приводят к спектральному представлению волновых чисел, составленных из непрерывного спектра плюс сумма дискретных спектров. С этой целью выполнена ссылка на документ Sommerfeld А., "Uber die Ausbreitung der Wellen in der Drahtlosen Telegraphie", Annalen der Physik, Том 28, 1909, стр. 665-736. Также см. документы Sommerfeld A., "Problems of Radio", опубликованный как Глава б в Partial Differential Equations in Physics - Lectures on Theoretical Physics: Том VI, Academic Press, 1949, стр. 236-289, 295-296; Collin R. E., "Hertzian Dipole Radiating Over a Lossy Earth or Sea: Some Early and Late 20th Century Controversies)), IEEE Antennas and Propagation Magazine, Том 46, № 2, апрель 2004, стр. 64-79; и Reich Н. J., Ordnung P.F, Krauss H.L. и Skalnik J.G., "Microwave Theory and Techniques)), Van Nostrand, 1953, стр. 2 91-2 93, каждый из которых во всей своей полноте включен сюда посредством ссылки.
[0047] Понятия "земная волна" и "поверхностная волна" идентифицируют два совершенно разных физических явления распространения. Поверхностная волна возникает аналитически из отдельного полюса, дающего дискретную составляющую в спектре плоской волны. Смотри, например, документ "The Excitation of Plane Surface Waves" под авторством Cullen A.L., (Proceedings of the IEE (Британский), Том 101, Часть IV, август 1954, стр. 225235) . В этом контексте поверхностная волна рассматривается как
направляемая поверхностная волна. Поверхностная волна (в смысле направляемой волны Ценнека-Зоммерфельда) является физически и математически не той же самой, что и земная волна (в смысле Вейля-Нортона-ФКС), которая теперь хорошо известна из радиовещания. Эти два механизма распространения возникают из возбуждения разных типов спектров собственных значений (непрерывного или дискретного) в комплексной плоскости. Напряженность поля направляемой поверхностной волны экспоненциально уменьшается с расстоянием, как проиллюстрировано кривой 103 на Фиг. 1 (подобно распространению в волноводе с потерями) и напоминает распространение в радиальной линии передачи, в отличие от классического излучения Герца земной волны, которая распространяется сферически, обладает непрерывным множеством собственных значений, убывает геометрически, как проиллюстрировано кривой 106 на Фиг. 1, и является результатом интегралов с точками ветвления. Как экспериментально продемонстрировано C.R. Burrows в документах "The Surface Wave in Radio Propagation over Plane Earth", (Proceeding of the IRE, TOM 25, №2, февраль, 1937, стр. 219-229) и "The Surface Wave in Radio Transmission)) (Bell Laboratories Record, Том 15, июнь 1937, стр. 321-324), вертикальные антенны излучают земные волны, но не запускают направляемые поверхностные волны.
[0048] Подводя итог вышесказанному, во-первых, непрерывная часть спектра собственных значений волновых чисел, соответствующая интегралам с точками ветвления, создает поле излучения, а во-вторых, дискретные спектры и соответствующая остаточная сумма, возникающая из полюсов, заключенных в контур интегрирования, приводят к не-ТЕМ бегущим поверхностным волнам, которые экспоненциально затухают в направлении, поперечном распространению. Такие поверхностные волны являются модами направленной линии передачи. Для дальнейших объяснений выполнена ссылка на документ Friedman, В., "Principles and Techniques of Applied Mathematics)), Wiley, 1956, стр. 214, 283-286, 290, 298300 .
[0049] В свободном пространстве антенны возбуждают непрерывное множество собственных значений волнового уравнения,
которое является полем излучения, где распространяющаяся наружу РЧ-энергия с синфазными Ez и Нф теряется навсегда. С другой стороны, зонды волновода возбуждают дискретные собственные значения, которые приводят к распространению линии передачи. См. документ Collin R. Е., "Field Theory of Guided Waves", McGraw-Flill, I960, стр. 453, 474-477. В то время как теоретические анализы поддержали гипотетическую возможность запуска открытых поверхностных направляемых волн над плоскими или сферическими поверхностями однородных сред с потерями, более века не существовало известных структур в области инженерной техники для достижения этой цели с какой-либо практической эффективностью. К сожалению, с момента его появления в начале 1900-х годов, теоретический анализ, изложенный выше, по существу остался теорией, и не существовало известных структур для практического осуществления запуска открытых поверхностных направляемых волн над плоскими или сферическими поверхностями однородных сред с потерями.
[0050] В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия, описываются различные зонды направленного поверхностного волновода, которые выполнены с возможностью возбуждения электрических полей, которые вводятся в моду направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Такие волноводные электромагнитные поля по существу согласованы по моде по амплитуде и фазе с модой направляемой поверхностной волны на поверхности проводящей среды с потерями. Такую моду направляемой поверхностной волны также можно называть волноводной модой Ценнека. В силу того факта, что результирующие поля, возбуждаемые описанными здесь зондами направленного поверхностного волновода, по существу согласованы по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды с потерями, волноводное электромагнитное поле в виде направляемой поверхностной волны запускается вдоль поверхности проводящей среды с потерями. В соответствии с одним вариантом осуществления, проводящая среда с потерями представляет собой земную среду, такую как Земля.
[0051] Теперь обратимся к Фиг. 2, где показана граница раздела распространения, которая обеспечена для проверки решений уравнений Максвелла с граничными значениями, полученных в 1907 г. Джонатаном Ценнеком, как изложено в его статье Zenneck, J., "Оп the Propagation of Plane Electromagnetic Waves Along a Flat Conducting Surface and their Relation to Wireless Telegraphy", Annalen der Physik, Издание 4, Том 23, 20 сентября 1907, стр. 84 6-8 66. Фиг. 2 изображает цилиндрические координаты для радиально распространяющихся волн вдоль границы раздела между проводящей средой с потерями, указанной как Область 1, и диэлектриком, указанным как Область 2. Область 1 может содержать, например, любую проводящую среду с потерями. В одном примере такая проводящая среда с потерями может содержать земную среду, такую как Земля, или другую среду. Область 2 является второй средой, которая имеет совместную границу раздела сред с Областью 1 и имеет отличающиеся характеристические параметры относительно Области 1. Область 2 может содержать, например, любой диэлектрик, такой как атмосфера или другая среда. Коэффициент отражения такой границы раздела сред стремится к нулю только при падении под комплексным углом Брюстера. См. документ Stratton, J.A., "Electromagnetic Theory", McGraw-Hill, 1941, стр. 516.
[0052] В соответствии с различными вариантами осуществления, настоящее раскрытие излагает различные зонды направленного поверхностного волновода, которые генерируют электромагнитные поля, которые по существу согласованы по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды с потерями, содержащей Область 1. В соответствии с различными вариантами осуществления, такие электромагнитные поля по существу синтезируют волновой фронт, падающий под комплексным углом Брюстера для проводящей среды с потерями, что может привести к нулевому отражению.
[0053] Для дополнительного объяснения, в Области 2, где предполагается изменение ejrat поля и где р^0 и z> 0 (при этом z является вертикальной координатой, перпендикулярной к
поверхности Области 1, а р является радиальным размером в цилиндрических координатах), полученное Ценнеком точное решение уравнений Максвелла в замкнутом виде, удовлетворяющее граничным условиям вдоль границы раздела, выражается следующими составляющими электромагнитного поля и магнитного поля:
Н2ф=Ае-" H?\-jYp) (1)
= "Р <--1ГР-> (3)
[0054] В Области 1, где предполагается изменение поля ejrat и где р^О и z <0, полученное Ценнеком точное решение уравнений Максвелла в замкнутом виде, удовлетворяющее граничным условиям вдоль границы раздела, выражается следующими составляющими электромагнитного поля и магнитного поля:
Н1ф=Ае^г Н^{-}Ур) (4)
:5) и
:б)
[0055] В этих выражениях z является вертикальной координатой, перпендикулярной к поверхности Области 1, а р
является радиальной координатой, i.~)YP) является комплексным
аргументом функции Ханкеля второго рода и n-ого порядка, щ является постоянной распространения в положительном вертикальном (z) направлении в Области 1, \i2 является постоянной распространения в вертикальном (z) направлении в Области 2, о1 является удельной проводимостью Области 1, со равно 2л;/, где / является частотой возбуждения, s0 является диэлектрической
проницаемостью свободного пространства, Si является
диэлектрической проницаемостью Области 1, А является постоянной источника, присущей источнику, и у является постоянной радиального распространения поверхностной волны.
[0056] Постоянные распространения в направлениях ±z определяют путем разделения волнового уравнения выше и ниже
границы раздела между Областями 1 и 2 и наложения граничных условий. Этот пример дает в Области 2
и - -Jko
2 ^\+(гг-}х) (7)
и дает в Области 1 щ = -Щ(Ег -jx) (8)
Постоянная радиального распространения у задается как Y=jW+uj=j^ {9)f
что является комплексным выражением, где п является комплексным показателем преломления, заданным как
п = 4гг-}х (10)
Во всех вышеприведенных Уравнениях х - °л
(tm)?о (11) И
где sr обозначает относительную диэлектрическую проницаемость Области 1, о1 является удельной проводимостью Области 1, s0 является диэлектрической проницаемостью свободного пространства, а \х0 является диэлектрической проницаемостью свободного пространства. Таким образом, генерируемая поверхностная волна распространяется параллельно границе раздела и экспоненциально затухает вертикально ей. Это известно как исчезновение.
[0057] Таким образом, Уравнения (1)-(3) могут быть рассмотрены как цилиндрически-симметричная, радиально-распространяющаяся мода волновода. См. Barlow Н. М. и Brown J., "Radio Surface Waves", Oxford University Press, 1962, стр. 1012, 2 9-33. В настоящем раскрытии подробно описаны структуры, которые возбуждают эту "открытую граничную" моду волновода. В частности, в соответствии с различными вариантами осуществления, зонд направленного поверхностного волновода снабжен зарядным терминалом соответствующего размера, на который подается напряжение и/или ток, и который расположен определенным образом относительно границы раздела сред между Областью 2 и Областью 1.
Это может быть лучше понятно со ссылкой на Фиг. 3, которая показывает пример зонда 200а направленного поверхностного волновода, который включает в себя зарядный терминал Ti, приподнятый над проводящей средой 2 03 с потерями (например, Землей) вдоль вертикальной оси z, которая перпендикулярна плоскости, представленной проводящей средой 2 03 с потерями. Проводящая среда 203 с потерями составляет Область 1, а вторая среда 206 составляет Область 2 и имеет совместную границу раздела сред с проводящей средой 2 03 с потерями.
[0058] В соответствии с одним вариантом осуществления, проводящая среда 2 03 с потерями может содержать земную среду, такую как планета Земля. С этой точки зрения, такая земная среда содержит все структуры или образования, включенные в нее, природные или искусственные. Например, такая земная среда может содержать природные элементы, такие как скала, почва, песок, пресная вода, морская вода, деревья, растительность и все другие природные элементы, составляющие нашу планету. Кроме того, такая земная среда может содержать искусственные элементы, такие как бетон, асфальт, строительные материалы и прочие искусственные материалы. В других вариантах осуществления проводящая среда 203 с потерями может содержать некоторую среду, отличную от Земли, будь то природная или искусственная. В других вариантах осуществления проводящая среда 2 03 с потерями может содержать другие среды, такие как искусственные поверхности и конструкции, такие как автомобили, самолеты, искусственные материалы (такие как фанера, полимерная пленка или другие материалы), или другие среды.
[0059] В случае, когда проводящая среда 201 с потерями содержит земную среду или Землю, вторая среда 206 может содержать атмосферу над землей. Таким образом, атмосферу можно назвать "атмосферной средой", которая содержит воздух и другие элементы, которые составляют атмосферу Земли. Кроме того, возможно, что вторая среда 206 содержит другие среды относительно проводящей среды 2 03 с потерями.
[0060] Зонд 200а направленного поверхностного волновода включает в себя сеть 209 питания, которая связывает источник 212
возбуждения с зарядным терминалом Ti через, например, проводник вертикальной линии питания. В соответствии с различными вариантами осуществления, зарядному терминалу Ti сообщается заряд Qi, чтобы синтезировать электрическое поле, основанное на напряжении, приложенному к терминалу Ti в любой заданный момент времени. В зависимости от угла падения (0±) электрического поля
(Е) , можно по существу согласовать по моде электрическое поле с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 203 с потерями, содержащей Область 1.
[00 61] Рассматривая полученные Ценнеком решения Уравнений
(1)-(б) в замкнутом виде, граничное условие Леонтовича для импеданса между Областью 1 и Областью 2 может быть сформулировано как
zx/?2(p, где z является единичным вектором нормали в положительном
вертикальном (+z) направлении, а ^2 является напряженностью магнитного поля в Области 2, выраженной Уравнением (1) выше. Уравнение (13) подразумевает, что электрическое и магнитное поля, указанные в Уравнениях (1)-(3), могут привести к плотности радиального поверхностного тока вдоль границы раздела сред, где плотность радиального поверхностного тока может быть задана как
/р(р') =-A H[2\-jYp') (14),
где А является постоянной. Кроме того, следует отметить, что вблизи зонда 200 направленного поверхностного волновода (для р"Х) , вышеприведенное Уравнение (14) имеет вид
I (п'Л - ~^(J2) - _// _ !о J closed ) ~ n{_jYpl)- пф ~ 2пр, (15)
Знак минус означает, что, когда ток (10) источника протекает вертикально вверх, как проиллюстрировано на Фиг. 3, "ближний" ток заземления протекает радиально внутрь. При согласовании полей по Нф в "ближней зоне", может быть определено, что
А = -- = WQiY
4 4 (16),
где qi=CiVi в Уравнениях (1)-(б) и (14) . Вследствие этого плотность радиального поверхностного тока в Уравнении (14) может
быть переформулирована как JpW=^H?\-fYP') (17)
Поля, выраженные Уравнениями (1)-(б) и (17), имеют природу моды линии передачи, связанной с границей раздела с потерями, а не полями излучения, которые ассоциированы с распространением земной волны. См. документ Barlow, Н. М. и Brown, J., "Radio Surface Waves", Oxford University Press, 1962, стр. 1-5.
[0062] На этом этапе, для этих решений волнового уравнения предоставляется обзор природы функций Ханкеля, используемых в Уравнениях (1)-(б) и (17). Можно заметить, что функции Ханкеля первого и второго рода и n-ого порядка определены как комплексные комбинации стандартных функций Бесселя первого и второго родов
=;"(*)(18) и
H%\x}=Mx)-}Nn(x) (19)
Эти функции представляют собой цилиндрические волны,
распространяющиеся соответственно радиально внутрь \пп / и наружу
\пп ). Определение аналогично соотношению е JK cos x+j sin x. См., например, документ Harrington R.F., "Time-Harmonic Fields", McGraw-Hill, 1961, стр. 460-463.
[0063] To, что 71 v P"J является уходящей волной, может быть
распознано по ее асимптотическому поведению при больших
аргументах, которое получается непосредственно из
последовательных определений Jn(x) и Nn(x). Далеко от зонда направленного поверхностного волновода:
x^^nxJ ^nxJ (20а),
i/Vp,
которая при умножении на ejrat является распространяемой наружу цилиндрической волной вида ej с пространственной
вариацией 'Vr, Решение первого порядка (п=1) может быть определено из Уравнения (20а) как
:20Ь)
Близко к зонду направленного поверхностного волновода (для р"Х) функция Ханкеля первого порядка и второго рода ведет себя как
Я У 1 к х^Опх (21)
Отметим, что эти асимптотические выражения являются
комплексными величинами. Когда х является вещественной
величиной, Уравнения (20Ь) и (21) отличаются по фазе на > В, что соответствует дополнительному опережению по фазе или "фазовому усилению" в 45° или, эквивалентно, X/8. Ближние и дальние асимптоты функции Ханкеля первого порядка второго рода имеют "пересечение" Ханкеля или точку перехода, где они имеют равную величину (амплитуду) на расстоянии p=Rx.
[0064] Таким образом, за пределами точки пересечения Ханкеля "дальнее" представление преобладает над "ближним" представлением функции Ханкеля. Расстояние до точки пересечения Ханкеля (или расстояние пересечения Ханкеля) можно найти, приравняв Уравнения (20Ь) и (21) для - j ур и решив для Rx. При х=а/со?0 можно видеть, что дальние и ближние асимптоты функции Ханкеля являются частотно-зависимыми, с перемещением точки пересечения Ханкеля по мере снижения частоты. Также следует отметить, что асимптоты функции Ханкеля также могут меняться по мере того, как изменяется удельная проводимость (а) проводящей среды с потерями. Например, удельная проводимость почвы может меняться с изменениями погодных условий.
[00 65] Обратимся к Фиг. 4, где показан пример графика амплитуд функций Ханкеля первого порядка для Уравнений (20Ь) и (21) для удельной проводимости Области 1 а=0,010 мСм/м и относительной диэлектрической проницаемости sr=15 при рабочей частоте 1850 кГц. Кривая 115 является амплитудой дальней асимптоты Уравнения (20Ь), а кривая 118 является амплитудой ближней асимптоты Уравнения (21), с точкой 121 пересечения Ханкеля, возникающей на расстоянии Rx=54 фута. Хотя амплитуды равны, в точке 121 пересечения Ханкеля существует сдвиг фаз между двумя асимптотами. Также можно видеть, что расстояние
пересечения Ханкеля много меньше длины волны на рабочей частоте.
[0066] Рассматривая составляющие электрического поля, заданные Уравнениями (2) и (3) для решения Ценнека в замкнутом виде в Области 2, можно видеть, что отношение Ez и Ер асимптотически переходит в
^ = {Ж)^-т ^ rT~Z = n = tan0Ј
(22) ,
где п является комплексным показателем преломления по Уравнению (10), a 9i является углом падения электрического поля. Кроме того, вертикальная составляющая согласованного по моде электрического поля по Уравнению (3) асимптотически переходит в
Е2г^(Щ IE ,-^.г^2
Р^ОО \ ?0 /Л/87Т Jp (23),
что линейно пропорционально свободному заряду на изолированной составляющей емкости приподнятого зарядного
терминала при напряжении терминала qfree=CfreexVT.
[0067] Например, высота Hi приподнятого зарядного терминала Ti на Фиг. 3 влияет на величину свободного заряда на зарядном терминале Ti. Когда зарядный терминал Ti находится рядом с заземляющей плоскостью Области 1, большая часть заряда Qi на терминале "связана". По мере того, как зарядный терминал Ti приподнимается, связанный заряд уменьшается до тех пор, пока зарядный терминал Т1 не достигает высоты, на которой по существу весь изолированный заряд станет свободным.
[0068] Преимущество увеличенного емкостного подъема для зарядного терминала Т1 состоит в том, что заряд на приподнятом зарядном терминале Т1 дополнительно удаляется с заземляющей плоскости, что приводит к увеличенной величине свободного заряда qfree для ввода энергии в моду направленного поверхностного волновода. По мере того, как зарядный терминал Т1 перемещается от заземляющей плоскости, распределение заряда становится более однородно распределенным вокруг поверхности терминала. Величина свободного заряда связана с собственной емкостью зарядного терминала Т1.
[00 69] Например, емкость сферического терминала может быть
выражена как функция физической высоты над заземляющей плоскостью. Емкость сферы на физической высоте h над идеальной землей задается как
Сприподнятой сФеры=47Г80а (1+М+М2+М3+2М4+ЗМ5 +...) (24),
где диаметр сферы составляет 2а и где M=a/2h, при этом h является высотой сферического терминала. Как можно видеть, увеличение высоты h терминала уменьшает емкость С зарядного терминала. Можно показать, что для возвышений зарядного терминала Ti, которые по высоте примерно в четыре раза больше диаметра (4D=8a) или выше, распределение заряда является приблизительно однородным вокруг сферического терминала, что может улучшить ввод в моду направленного поверхностного волновода.
[0070] В случае достаточно изолированного терминала собственная емкость проводящей сферы может быть аппроксимирована
как С=4л8оа, где а является радиусом сферы в метрах, а собственная емкость диска может быть аппроксимирована как C=8soa, где а является радиусом диска в метрах. Зарядный терминал Т1 может иметь любую форму, такую как сфера, диск, цилиндр, конус, тор, колпак, одно или более колец, или любые другие случайные формы или сочетания форм. Для расположения зарядного терминала Т1 может быть определен и использован эквивалентный сферический диаметр.
[0071] Это можно дополнительно понять со ссылкой на пример по Фиг. 3, где зарядный терминал Ti приподнят на физическую высоту hp=Hi над проводящей средой 2 03 с потерями. Чтобы уменьшить эффекты "связанного" заряда, зарядный терминал Ti может быть расположен на физической высоте, которая по меньшей мере в четыре раза больше сферического диаметра (или эквивалентного сферического диаметра) зарядного терминала Ti, для уменьшения эффектов связанного заряда.
[0072] Обратимся далее к Фиг. 5А, где показана геометрическая оптическая интерпретация электрического поля, созданного приподнятым зарядом Q1 на зарядном терминале Ti по Фиг. 3. Как и в оптике, минимизация отражения падающего
электрического поля может усилить и/или максимизировать энергию, введенную в моду направленного поверхностного волновода проводящей среды 203 с потерями. Для электрического поля (^11), которое поляризовано параллельно плоскости падения (не границе раздела сред), степень отражения падающего электрического поля может быть определена с использованием коэффициента отражения Френеля, который может быть выражен как
Г (дл = ЕМ. = VieT-Jx)-sinz 6i-{sr-jx) cos 6j
11 ЕЦ V(Јr-;*)-sin2 e,+(er-/jc) cos 0f (25),
где 9i является обычным углом падения, измеренным относительно нормали к поверхности.
[0073] В примере по Фиг. 5А геометрическая оптическая интерпретация показывает падающее поле, поляризованное параллельно плоскости падения, с углом 0± падения, который измеряется относительно нормали {z) к поверхности. Отражение
падающего электрического поля будет отсутствовать, когда ^цС^) - 0 и, следовательно, падающее электрическое поле будет полностью введено в моду направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Можно видеть, что числитель Уравнения (25) превращается в ноль, когда угол падения составляет
Bt = arctan(7er -ух) = 6iB (26) f
где х=а/со?0. Этот комплексный угол падения (0i,B) называется углом Брюстера. Вновь обращаясь к Уравнению (22), можно видеть, что точно такое же соотношение комплексного угла (0±,в) Брюстера присутствует в обоих Уравнениях (22) и (26).
[0074] Как проиллюстрировано на Фиг. 5А, вектор Е электрического поля может быть изображен как падающая неоднородная плоская волна, поляризованная параллельно плоскости падения. Вектор Е электрического поля может быть создан из независимых горизонтальной и вертикальной составляющих как
E(di) = E0p + Ezz (27)
Геометрически иллюстрация на Фиг. 5А предполагает, что вектор Е электрического поля может быть задан как
Ep{p,z) = E(p,z) cos 6i (28a) и
fzCp, z) = E(p, z) cos ^ - 9^ = Ј"(p, z) sin 0;
(28b),
что означает, что отношение полей составляет
Ер _ 1
Ez tanfl; rt (29)
[0075] Обобщенный параметр W, называемый "наклоном волны", отмечается здесь как отношение горизонтальной составляющей электрического поля к вертикальной составляющей электрического поля, заданное как
Ez (30а) или
± = E* = tane=J_e-jv
W Ер \Щ {30Ъ)/
которое является комплексным и имеет как амплитуду, так и фазу. Для электромагнитной волны в Области 2, угол (?) наклона волны равен углу между нормалью к волновому фронту на границе раздела сред с Областью 1 и касательной к границе раздела сред. Это проще увидеть на Фиг. 5В, которая иллюстрирует эквифазные поверхности электромагнитной волны и их нормали для радиальной цилиндрической направляемой поверхностной волны. На границе раздела (z=0) сред с идеальным проводником нормаль к волновому фронту параллельна касательной к границе раздела сред, что приводит к W=0. Однако, в случае диэлектрика с потерями существует наклон W волны, поскольку нормаль к волновому фронту не параллельна касательной к границе раздела сред при z=0.
[0076] Применяя Уравнение (ЗОЬ) к направляемой поверхностной волне дает
tan 9i в = - = - = Jer - jx = n = - = т-,е~^
l'B Ep у V г } w \w\ (31)
Под углом падения, равном комплексному углу (0i,B) Брюстера, коэффициент отражения Френеля по Уравнению (25) обращается в 0, как показано
^(ЕТ-}Х)-sin2 б;-(Јr-jx)cos б(
x)-sm2-ei+{Јr-jx)cQsei fl._fl.n . _0.
ai-tti,B (32)
За счет регулирования комплексного отношения полей по Уравнению (22) падающее поле может быть синтезировано так, чтобы
оно падало под комплексным углом, при котором отражение уменьшается или исключается. Установление этого отношения как
п = yjer - jx
приводит к синтезированному электрическому полю, которое падает под комплексным углом Брюстера, делая отражения пренебрежимо малыми.
[0077] Концепция электрической эффективной высоты может
обеспечить дальнейшее понимание синтезирования электрического
поля с комплексным углом падения с помощью зонда 2 00
направленного поверхностного волновода. Электрическая
эффективная высота (heff) была определена как
e?i i0Jo w (33)
для монополя с физической высотой (или длиной) hp. Поскольку выражение зависит от амплитуды и фазы распределения источника вдоль структуры, эффективная высота (или длина) является в общем случае комплексной. Интегрирование распределенного тока I(z) структуры выполняется по физической высоте (hp) структуры и нормируется по току (10) заземления, протекающему вверх через основу (или ввод) структуры. Распределенный ток вдоль структуры может быть выражен как
'О) = 1С cos(jS0z) (34),
где Ро является коэффициентом распространения тока, распространяющего по структуре. В примере по Фиг. 3 1С является током, который распределяется по вертикальной структуре зонда 200а направленного поверхностного волновода.
[0078] Например, рассмотрим сеть 209 питания, которая включает в себя катушку с низкими потерями (например, спиральную катушку) в нижней части структуры и проводник вертикальной линии питания, подсоединенный между катушкой и зарядным терминалом Ti. Фазовая задержка, обусловленная катушкой (или спиральной линией задержки), составляет 9С=РР1С при физической длине 1С и коэффициенте распространения
о _ 2гг _ 2п
V Ар vfk0 (35) f
где V/ является коэффициентом скорости на структуре, Х0
является длиной волны на подаваемой частоте, а Хр является длиной волны распространения, получаемой из коэффициента V/ скорости. Фазовая задержка измеряется относительно тока 1о заземления (стержня).
[0079] Кроме того, пространственная фазовая задержка вдоль длины lw проводника вертикальной линии питания может быть задана как 9y=|3wlw, где pw является постоянной фазы распространения для проводника вертикальной линии питания. В некоторых реализациях пространственная фазовая задержка может быть аппроксимирована как 9y=pwlp, поскольку разница между физической высотой hp зонда 200а направленного поверхностного волновода и длиной lw проводника вертикальной линии питания много меньше длины (Хо) волны на подаваемой частоте. В результате суммарная фазовая задержка через катушку и проводник вертикальной линии питания составляет Ф=9С+9У, а ток, подаваемый в верхнюю часть катушки из нижней части физической структуры, составляет
1с(вс + ву) = /0е> ф (3б)
с суммарной фазовой задержкой Ф, измеренной относительно тока ±о заземления (стержня). Следовательно, электрическая эффективная высота зонда 200 направленного поверхностного волновода может быть аппроксимирована как - 1 Г*Р г 0гФ,
h*ff = t V 7°е'Ф €0 <М dz = hpei*
:з7)
для случая, когда физическая высота hp < < Х0. Комплексная эффективная высота пе??=пр монополя под углом (или фазовом сдвиге) Ф может быть отрегулирована, чтобы обеспечивать согласование полей источника с модой направленного поверхностного волновода и обеспечивать запуск направляемой поверхностной волны на проводящей среде 2 03 с потерями.
[008 0] В примере на Фиг. 5А для иллюстрирования комплексной угловой тригонометрии падающего электрического поля (Е) с комплексным углом падения (0I,B) Брюстера на расстоянии (Rx) 121 пересечения Ханкеля используется геометрическая (лучевая) оптика. Напомним из Уравнения (2 6), что для проводящей среды с
потерями угол Брюстера является комплексным и задается как
tan6iiB = er-j- = n
сога
В электрическом смысле геометрические параметры связаны с электрической эффективной высотой (heff) зарядного терминала Ti как
RxtanipiB = RxxW = heff = hpeJ* (3Q) ^
где v|/i,B= (тг/2) - 9i,B является углом Брюстера, измеренным от поверхности проводящей среды с потерями. Для ввода в моду направленного поверхностного волновода, наклон волны электрического поля на расстоянии пересечения Ханкеля может быть выражен как отношение электрической эффективной высоты и расстояния пересечения Ханкеля
^ = tan\biB = WRx
RX ri,H НХ (40)
Поскольку как физическая высота (hp), так и расстояние (Rx) пересечения Ханкеля являются вещественными величинами, угол (?) требуемого наклона направляемой поверхностной волны на расстоянии (Rx) пересечения Ханкеля равен фазе (Ф) комплексной эффективной высоты (heff) . Это означает, что изменяя фазу в точке подачи питания катушки, и, следовательно фазовый сдвиг в Уравнении (37), можно манипулировать фазой Ф комплексной эффективной высоты для согласования с углом наклона волны ? волноводной моды поверхностного волновода в точке 122 пересечения Ханкеля: Ф=1Р.
[0081] На Фиг. 5А изображен правый треугольник со смежной стороной длины Rx вдоль поверхности проводящей среды с потерями и комплексным углом v|/i,B Брюстера, измеряемым между лучом 12 4, проходящим между точкой 121 пересечения Ханкеля при Rx и центром зарядного терминала Ti, и поверхностью 127 проводящей среды с потерями между точкой 121 пересечения Ханкеля и зарядным терминалом Ti. При зарядном терминале Ti, расположенном на физической высоте hp и возбужденном зарядом с соответствующей фазовой задержкой Ф, результирующее электрическое поле падает на границу раздела проводящей среды с потерями на расстоянии Rx
пересечения Ханкеля и под углом Брюстера. При этих условиях мода направленного поверхностного волновода может возбуждаться без отражения или с по существу незначительным отражением.
[0082] Если физическая высота зарядного терминала Ti уменьшается без изменения фазового сдвига Ф эффективной высоты (heff), результирующее электрическое поле пересекает проводящую среду 2 03 с потерями под углом Брюстера на уменьшенном расстоянии от зонда 200 направленного поверхностного волновода. Фиг. б графически иллюстрирует влияние уменьшения физической высоты зарядного терминала Ti на расстояние, когда электрическое поле падает под углом Брюстера. По мере того, как высота уменьшается от h3 через h2 до hlf точка, где электрическое поле пересекается с проводящей средой с потерями (например, Землей) под углом Брюстера, приближается к положению зарядного терминала. Однако, как указывает Уравнение (39), высота (Фиг. 3) зарядного терминала Т1 должна быть на или выше физической высоты (hp) , чтобы возбуждать дальнюю составляющую функции Ханкеля. При зарядном терминале Т1г расположенном на или выше эффективной высоты (heff) , проводящая среда 2 03 с потерями может облучаться под углом падения (\|/i,B= (л/2) - 0i,B) Брюстера на или за пределами расстояния 121 (Rx) пересечения Ханкеля, как проиллюстрировано на Фиг. 5А. Чтобы уменьшить или минимизировать связанный заряд на зарядном терминале Т1г высота должна быть по меньшей мере в четыре раза больше сферического диаметра (или эквивалентного сферического диаметра) зарядного терминала Ti, как упомянуто выше.
[0083] Зонд 200 направленного поверхностного волновода может быть выполнен с возможностью создания электромагнитного поля с наклоном волны, который соответствует волне, облучающей поверхность проводящей среды 2 03 с потерями под комплексным углом Брюстера, тем самым возбуждая радиальные поверхностные токи при по существу согласовании по моде с модой направляемой поверхностной волны в (или за пределами) точки 121 пересечения Ханкеля при Rx.
[0084] Обратимся к Фиг. 7, где показано графическое
представление примерного зонда 200Ь направленного поверхностного волновода, который включает в себя зарядный терминал Ti. В качестве источника возбуждения для зарядного терминала Ti действует источник 212 переменного тока (АС), который соединен с зондом 200Ь направленного поверхностного волновода через сеть 209 питания (Фиг. 3), содержащую катушку 215, такую как, например, спиральная катушка. В других реализациях источник 212 АС может быть индуктивно связан с катушкой 215 через первичную катушку. В некоторых вариантах осуществления может быть включена сеть согласования импедансов для улучшения или максимизирования связывания источника 212 АС с катушкой 215.
[0085] Как показано на Фиг. 7, зонд 200Ь направленного поверхностного волновода может включать в себя верхний зарядный терминал Т1 (например, сферу на высоте hp) , который расположен вдоль вертикальной оси z, которая по существу перпендикулярна плоскости, представленной проводящей средой 2 03 с потерями. Над проводящей средой 203 с потерями располагается вторая среда 206. Зарядный терминал Т1 имеет собственную емкость Ст. Во время работы терминалу Т1 сообщается заряд С^ в зависимости от напряжения, подаваемого на терминал Т1 в любой заданный момент времени.
[008 6] В примере по Фиг. 7 катушка 215 связана с заземляющим стержнем 218 на первом конце и зарядным терминалом Тг через проводник 221 вертикальной линии питания. В некоторых реализациях соединение катушки с зарядным терминалом Тг может регулироваться с использованием отвода 224 катушки 215, как показано на Фиг. 7. На катушку 215 может подаваться напряжение с рабочей частотой источником 212 АС через отвод 227 в нижней части катушки 215. В других реализациях источник 212 АС может быть индуктивно связан с катушкой 215 через первичную катушку.
[0087] Конструкция и регулирование зонда 2 00 направленного поверхностного волновода основаны на различных рабочих условиях, таких как частота передачи, условия проводящей среды с потерями (например, удельной проводимости о почвы и относительной диэлектрической проницаемости sr) и размер зарядного терминала
Ti. Показатель преломления может быть вычислен из Уравнений (10) и (11) как
П = VЈr ~ )х (41) ,
где х=а/со?о с со=2тс/. Удельная проводимость о и относительная диэлектрическая проницаемость sr могут быть определены с помощью тестовых измерений проводящей среды 2 03 с потерями. Комплексный угол (6ifB) Брюстера, измеренный по нормали к поверхности, также может быть определен из Уравнения (2 6) как
вив = arctan^iV ~jx) (4 2)
или измерен от поверхности, как показано на Фиг. 5А, как tPi.B=^~ei.B (43)
Наклон волны на расстоянии (WRx) пересечения Ханкеля также может быть найден с использованием Уравнения (40).
[0088] Расстояние пересечения Ханкеля также можно найти, приравнивая величины Уравнений (20Ь) и (21) для - jур и решая для Rx, как проиллюстрировано на Фиг. 4. Электрическая эффективная высота затем может быть определена из Уравнения (39) с использованием расстояния пересечения Ханкеля и комплексного угла Брюстера как
Kff = VJ* = Rx ^п $i* f (44)
Как можно видеть из Уравнения (44), комплексная эффективная высота (heff) включает в себя величину, которая ассоциирована с физической высотой (hp) зарядного терминала Ti и фазовой задержкой (Ф), которая должна быть ассоциирована с углом (?) наклона волны на расстоянии (Rx) пересечения Ханкеля. С этими переменными и выбранной конфигурацией зарядного терминала Ti можно определить конфигурацию зонда 2 00 направленного поверхностного волновода.
[008 9] При зарядном терминале Ti, расположенном на или выше физической высоты (hp) , сеть 209 питания (Фиг. 3) и/или вертикальная линия питания, соединяющая сеть питания с зарядным терминалом Т1г может быть отрегулирована для согласования фазы (Ф) заряда Qi на зарядном терминале Т1 с углом (?) наклона (W)
волны. Размер зарядного терминала Ti может быть выбран для обеспечения достаточно большой поверхности для заряда Qi, сообщаемого терминалам. В целом желательно сделать зарядный терминал Ti настолько большим, насколько возможно. Размер зарядного терминала Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или искрению вокруг зарядного терминала.
[0090] Фазовая задержка 9С спирально-намотанной катушки может быть определена по уравнениям Максвелла, как обсуждалось в документе Corum K.L. и J.F. Corum, "RF-Coils, Helical Resonators and Voltage Magnification by Coherent Spatial Modes," Microwave Review, Том 7, № 2, сентябрь 2001, стр. 36-45, который во всей своей полноте включен сюда посредством ссылки. Для спиральной катушки с H/D > 1, отношение скорости (и) распространения волны вдоль продольной оси катушки к скорости (с) света или "коэффициент скорости" задается как
> с
Ы \л0) (45)/
где Н является осевой длиной соленоидной спирали, D является диаметром катушки, N является числом витков катушки, s=H/N является интервалом между витками (или шагом спирали) катушки и Хо является длиной волны в свободном пространстве. На основании этого соотношения, электрическая длина или фазовая задержка спиральной катушки задается как
ес = R н = ^-н = -^-н
Принцип является таким же, если спираль намотана спирально или является короткой и толстой, но V/ и 9С проще получить путем экспериментального измерения. Выражение для характеристического (волнового) импеданса спиральной линии передачи также было выведено как
с vfL \ D ) J (47)
[0091] Пространственная фазовая задержка 9У структуры может быть определена с использованием фазовой задержки бегущей волны
проводника 221 вертикальной линии питания (Фиг. 7). Емкость цилиндрического вертикального проводника над идеальной заземляющей плоскостью может быть выражена как
Q _ 27TЈ0flw
^(а)-1 Фарад (48), где hw является вертикальной длиной (или высотой) проводника и а является радиусом (в единицах системы МКС) . Как и в случае спиральной катушки, фазовая задержка бегущей волны проводника вертикальной линии питания может быть задана как
ву =PwhW=- hW=-hW (4g^
где pw является постоянной фазы распространения для проводника вертикальной линии питания, hw является вертикальной длиной (или высотой) проводника вертикальной линии питания, Vw является коэффициентом скорости на проводе, Х0 является длиной волны на подаваемой частоте и Xw является длиной волны распространения, получаемой из коэффициента Vw скорости. Для однородного цилиндрического проводника коэффициент скорости является постоянным с Vw " 0,94 или в диапазоне от около 0,93 до около 0,98. Если мачта рассматривается как однородная линия передачи, ее средний характеристический импеданс может быть аппроксимирован как
w Vw L \а) J (50), где Vw " 0,94 для однородного цилиндрического проводника и а является радиусом проводника. Альтернативное выражение, которое было использовано в любительской литературе по радиосвязи для характеристического импеданса однопроводной линии питания, может быть задано как
Zw = 138 log С'123 VwXo)
w V \ 2па ) (51
Уравнение (51) означает, что Zw для однопроводного устройства питания изменяется с частотой. Фазовая задержка может быть определена на основе емкости и характеристического импеданса.
[0092] С помощью зарядного терминала Ti, расположенного над
проводящей средой 203 с потерями, как показано на Фиг. 3, сеть 2 09 питания может быть отрегулирована для возбуждения зарядного терминала Ti с фазовым сдвигом (Ф) комплексной эффективной высоты (heff) г равным углу (?) наклона волны на расстоянии пересечения Ханкеля или Ф=1Р. Когда это условие удовлетворяется, электрическое поле, создаваемое колебательным зарядом Q1 на зарядном терминале Ti, вводится в моду направленного поверхностного волновода, бегущую вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Например, если угол (0i,B) Брюстера, фазовая задержка (9У) , ассоциированная с проводником 221 вертикальной линии питания (Фиг. 7), и конфигурация катушки 215 (Фиг. 7) известны, тогда положение отвода 224 (Фиг. 7) может быть определено и отрегулировано для сообщения колебательного заряда Qi зарядному терминалу Ti с фазой Ф=1Р. Положение отвода 224 может быть отрегулировано для максимизации ввода бегущих поверхностных волн в моду направленного поверхностного волновода. Избыточная длина катушки за пределами положения отвода 22 4 может быть удалена для уменьшения емкостных эффектов. Вертикальная высота провода и/или геометрические параметры спиральной катушки также могут варьироваться.
[0093] Ввод в моду направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями может быть улучшен и/или оптимизирован путем настройки зонда 2 00 направленного поверхностного волновода на резонанс стоячей волны относительно комплексной мнимой плоскости, ассоциированной с зарядом Qi на зарядном терминале Ti. При этом рабочие характеристики зонда 200 направленного поверхностного волновода могут быть отрегулированы с обеспечением увеличенного и/или максимального напряжения (и, следовательно, заряда Qi) на зарядном терминале Ti. Обратимся вновь к Фиг. 3, где влияние проводящей среды 2 03 с потерями в Области 1 может быть исследовано с использованием анализа методом изображений.
[0094] С физической точки зрения приподнятый заряд QLF помещенный над идеально проводящей плоскостью, притягивает свободный заряд на идеально проводящей плоскости, который затем
"накапливается" в области под приподнятым зарядом Q1. Результирующее распределение "связанного" электричества на идеально проводящей плоскости подобно колоколообразной кривой. Наложение потенциала приподнятого заряда Qi на потенциал наведенного "накопленного" заряда под ним выводит нулевую эквипотенциальную поверхность для идеально проводящей плоскости. Решение задачи с граничными значениями, которое описывает поля в области над идеально проводящей плоскостью, может быть получено с использованием классического понятия отображенных зарядов, где поле от приподнятого заряда накладывается на поле от соответствующего "отображенного" заряда под идеально проводящей плоскостью.
[0095] Этот анализ также может быть использован в отношении
проводящей среды 2 3 с потерями в предположении присутствия
эффективного отображенного (зеркального) заряда Qi' под зондом
200 направленного поверхностного волновода. Эффективный
отображенный (зеркальный) заряд Qi' совпадает с зарядом Q1 на
зарядном терминале Т1 относительно проводящей мнимой заземляющей
плоскости 130, как проиллюстрировано на Фиг. 3. Однако,
отображенный заряд Qi' не просто расположен на некоторой реальной
глубине и на 18 0° не в фазе с зарядом Q1 первичного источника на
зарядном терминале Ti, как это было бы в случае идеального
проводника. Скорее, проводящая среда 203 с потерями (например,
земная среда) представляет сдвинутое по фазе изображение. Т.е.
отображенный заряд находится на комплексной глубине ниже
поверхности (или физической границы) проводящей среды 2 03 с потерями. Для обсуждения комплексной глубины отображения стоит обратиться к документу Wait J. R., "Complex Image Theory-Revisited", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Том 33, № 4, август 1991, стр. 27-29, который во всей своей полноте включен сюда посредством ссылки.
[0096] Вместо отображенного заряда Qi', находящегося на глубине, которая равна физической высоте (Hi) заряда Qlf проводящая мнимая заземляющая (экранирующая) плоскость 130 (представляющая идеальный проводник) располагается на
комплексной глубине z=-d/2 и отображенный заряд Qi' появляется на комплексной глубине (т.е. "глубина" обладает как амплитудой, так и фазой), заданной как -D^- (d/2 + d/2+H!) Ф Ег. Для вертикально поляризованных источников над Землей
d = -^Ц- * - = dr + jdt = \d\Z.Q
Ye Ve Г (52) ,
где
y^i^-wVi (53) и
ka - 0)y/fioEo (5 4 ) f
как указано в Уравнении (12) . Комплексное расстояние от отображенного заряда, в свою очередь, означает, что внешнее поле будет испытывать дополнительные фазовые сдвиги, которые не встречаются, когда граница раздела является либо диэлектриком, либо идеальным проводником. В проводящей среде с потерями нормаль к волновому фронту параллельна касательной к проводящей мнимой заземляющей плоскости 130 при z=-d/2, но не к границе раздела сред между Областями 1 и 2.
[0097] Рассмотрим случай, иллюстрируемый на Фиг. 8А, где проводящая среда 2 03 с потерями является конечно проводящей Землей 133 с физической границей 136. Конечно проводящая Земля 133 может быть заменена идеально проводящей мнимой заземляющей плоскостью 139, как показано на Фиг. 8В, которая расположена на комплексной глубине z1 ниже физической границы 13 6. Это эквивалентное представление демонстрирует такой же импеданс, если смотреть вниз на границу раздела на физической границе 13 6. Эквивалентное представление по Фиг. 8В может быть смоделировано в качестве эквивалентной линии передачи, как показано на Фиг. 8С. Поперечное сечение эквивалентной структуры представляется как (z-направленная) нагруженная на концах линия передачи, с импедансом идеально проводящей мнимой плоскости, представляющим короткое замыкание (zs=0). Глубина z1 может быть определена путем приравнивания импеданса волны ТЕМ, если смотреть вниз на Землю, и импеданс zin мнимой заземляющей плоскости, если смотреть на линию передачи по Фиг. 8С.
[0098] В случае Фиг. 8А, постоянная распространения и
присущий волне импеданс в верхней области 142 (воздух; представляют собой
Yo = j <0^fios0 = 0+jjSo (55 >
Yo ч-о ( 5 g -
В Земле 133 с потерями постоянная распространения и присущий волне (собственный) импеданс представляют собой
Ye = VM*iOi + j <*> e1) (57
Ze =
Ye (58)
Для нормального падения эквивалентное представление по Фиг. 8В является эквивалентом линии передачи ТЕМ, характеристический импеданс (z0) которой является таким, как у воздуха, с постоянной Уо распространения, и длина которой составляет z1. Таким образом, импеданс Zin мнимой заземляющей плоскости, видимый на границе раздела для короткозамкнутой линии передачи по Фиг. 8С задается как
Zin = Z0 tannO^) (59)
Приравнивая импеданс Zin мнимой заземляющей плоскости, ассоциированный с эквивалентной моделью по Фиг. 8С, к импедансу нормально падающей волны по Фиг. 8А и решая для zlf получаем расстояние до короткого замыкания {идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости 139) в виде
zt = ^tanh"1 (Щ = itanh"1 p^U i
Yo \Z0J y0 \ye/ ye ( 60) ,
где только первый член разложения в ряд для ареатангенса рассматривается для этой аппроксимации. Отметим, что в воздушной области 142 постоянной распространения является у0=j Р0 /• так что 2±п=jZotanPoZi (что является исключительно мнимой величиной для вещественной z-i) , но ze является комплексным значением, если о Ф 0. Вследствие этого Zin=Ze только когда Zi является комплексным расстоянием.
[0099] Поскольку эквивалентное представление по Фиг. 8В включает в себя идеально проводящую мнимую заземляющую плоскость 139, глубина отображения для заряда или тока, находящегося на
поверхности Земли (физической границе 13 6), равна расстоянию z1 на другой стороне мнимой заземляющей плоскости 139 или d=2 х z1 ниже поверхности Земли (которая расположена при z=0). Таким образом, расстояние до идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 может быть аппроксимировано как
d = 2zi ~ -
Ye (61)
Дополнительно, "отображенный заряд" будет "равен и противоположен" действительному заряду, так что потенциал идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 на глубине Zi=-d/2 будет нулевым.
[0100] Если заряд приподнят на расстояние над
поверхностью Земли, как проиллюстрировано на Фиг. 3, тогда отображенный заряд Qi' находится на комплексном расстоянии Di=d+Hi ниже поверхности или на комплексном расстоянии d/2+Hi ниже мнимой заземляющей плоскости 130. Зонд 200Ь направленного поверхностного волновода на Фиг. 7 может быть смоделирован в качестве эквивалентной модели мнимой плоскости однопроводной линии передачи, которая может быть основана на идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 по Фиг. 8В. Фиг. 9А показывает пример эквивалентной модели мнимой плоскости однопроводной линии передачи, а Фиг. 9В иллюстрирует пример эквивалентной модели классической линии передачи, включающей в себя короткозамкнутую линию передачи по Фиг. 8С.
[0101] В эквивалентных моделях мнимой плоскости по Фиг. 9А и 9В, Ф=9У+9С является фазовой задержкой бегущей волны зонда 200 направленного поверхностного волновода относительно Земли 133 (или проводящей среды 2 03 с потерями), 9с=РрН является электрической длиной катушки 215 (Фиг. 7) для физической длины Н, выраженной в градусах, 9y=P"hw является электрической длиной проводника 221 вертикальной линии питания (Фиг. 7) для физической длины hw, выраженной в градусах, и 9d=p0d/2 является фазовым сдвигом между мнимой заземляющей плоскостью 139 и физической границей 136 Земли 133 (или проводящей среды 203 с потерями) . В примере по Фиг. 9А и 9В Zw является
характеристическим импедансом надземного проводника 221 вертикальной линии питания в омах, Zc является характеристическим импедансом катушки 215 в омах, a Z0 является характеристическим импедансом свободного пространства.
[0102] У основания зонда 200 направленного поверхностного волновода импеданс, видимый при "взгляде вверх" на структуру, составляет Zt=Zbase. При импедансе нагрузки:
Z = -
L }ОУСт (62),
где Ст является собственной емкостью зарядного терминала Т1г
импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник 221
вертикальной линии питания (Фиг. 7), задается как:
2 _2 ZL+ZwtanhQT^ftw) _ ZL+ZWtanh(jgy) 2 ~ w zw+ZL tanhOШ _ W ZW+ZL tanh(j0y) ( g 3 )
и импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку 215 (Фиг. 7), задается как:
_ Z2+Zc tanh(jftpHj _ z2+Ze tanh(;9c) base с Zc+z2 t &nh{jfivH) c Zc+Z2 tanhO'Sc) (64)
У основания зонда 200 направленного поверхностного
волновода импеданс, видимый при "взгляде вниз" на проводящую
среду 203 с потерями, составляет Z^=Zin, который задается как:
in 0 z0+zstanh[;^0{d/2)] 0 4 aj (65), где Zs=0.
[0103] Пренебрегая потерями, эквивалентная модель мнимой плоскости может быть настроена на резонанс, когда Z^+Zt=0 на физической границе 13 6. Или, в случае низких потерь, X^+Xt=0 на физической границе 136, где X является соответствующей реактивной составляющей. Таким образом, импеданс на физической границе 13 6, при "взгляде вверх" на зонд 2 00 направленного поверхностного волновода, является сопряжением импеданса на физической границе 13 6 при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями. Регулируя импеданс ZL нагрузки зарядного терминала Т1 при сохранении фазовой задержки Ф бегущей волны, равной углу наклона ? волны среды, так что Ф=?, что улучшает и/или максимизирует ввод электрического поля зонда в моду
направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли), эквивалентные модели мнимой плоскости по Фиг. 9А и 9В могут быть настроены на резонанс относительно мнимой замеляющей плоскости 139. Таким образом, импеданс эквивалентной модели комплексной мнимой плоскости является чисто резистивным, что сохраняет наложенную стоячую волну на структуре зонда, которая максимизирует напряжение и приподнятый заряд на терминале Ti, и, согласно уравнений (1)-(3) и (16), максимизирует распространяющуюся поверхностную волну.
[0104] Из решений Ханкеля следует, что направляемая поверхностная волна, возбужденная зондом 200 направленного поверхностного волновода, является распространяемой наружу бегущей волной. Распределение источника по сети 2 09 питания между зарядным терминалом 11 и заземляющим стержнем 218 зонда 2 00 направленного поверхностного волновода (Фиг. 3 и 7) фактически составлено из наложения бегущей волны плюс стоячей волны по структуре. При зарядном терминале Т1г расположенном на или выше физической длины hp, фазовая задержка бегущей волны, перемещающейся посредством сети 209 питания, согласуется с углом наклона волны, ассоциированным с проводящей средой 2 03 с потерями. Это согласование по моде позволяет запускать бегущую волну по проводящей среде 2 03 с потерями. Как только фазовая задержка была установлена для бегущей волны, импеданс ZL нагрузки зарядного терминала Т1 регулируется, чтобы привести структуру зонда в резонанс стоячей волны относительно мнимой заземляющей плоскости (130 по Фиг. 3 или 139 по Фиг. 8), которая находится на комплексной глубине -d/2. В этом случае импеданс, видимый от мнимой заземляющей плоскости, обладает нулевым реактивным сопротивлением и заряд на зарядном терминале Ti максимизирован.
[0105] Различие между явлением бегущей волны и явлением
стоячей волны состоит в том, что (1) фазовая задержка бегущих
волн (9=(3d) в секции линии передачи длиной d (иногда именуемой
"линией задержки") обусловлена задержками времени
распространения; тогда как (2) позиционно зависимая фаза стоячих
волн (которые составлены из распространяющихся вперед и назад волн) зависит как от задержки времени распространения по длине линии, так и переходов импеданса между секциями линии с разными характеристическими импедансами. В дополнение к фазовой задержке, которая возникает из-за физической длины секции линии передачи, работающей в синусоидальном установившемся состоянии, существует дополнительная фаза коэффициента отражения при разрывах непрерывности импеданса, которые обусловлены отношением Zoa/Zob/ где Zoa и Zob являются характеристическими импедансами двух секций линии передачи, таких как, например, секция спиральной катушки с характеристическим импедансом Zoa=Zc (Фиг. 9В) и прямая секция проводника вертикальной линии питания с характеристическим импедансом Zob=Zw (Фиг. 9В).
[0106] В результате этого явления, для обеспечения очень большого фазового сдвига могут использоваться две относительно короткие секции линии передачи с сильно различающимся характеристическим импедансом. Например, для обеспечения фазового сдвига в 90°, который эквивалентен резонансу 0,25 X, может быть изготовлена структура зонда, составленного из двух секций линии передачи, одна с низким импедансом и одна с высоким импедансом, вместе суммарно физической длины, скажем, 0,05 X. Это обусловлено большим скачком характеристических импедансов. Таким образом, физически короткая структура зонда может быть электрически длиннее двух объединенных физических длин. Это проиллюстрировано на Фиг. 9А и 9В, где разрывы непрерывности в соотношениях импедансов обеспечивают большие скачки по фазе. Разрыв непрерывности (неоднородность) импеданса обеспечивает по существу фазовый сдвиг, когда секции соединяются вместе.
[0107] Обратимся к Фиг. 10, где показана блок-схема 150, иллюстрирующая пример регулирования зонда 2 00 направленного поверхностного волновода (Фиг. 3 и 7) для по существу согласования по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды с потерями, который запускает направляемую поверхностную бегущую волну вдоль поверхности проводящей среды 203 с потерями (Фиг. 3). Начиная с
этапа 153, зарядный терминал Ti зонда 2 00 направленного поверхностного волновода располагается на определенной высоте над проводящей средой 2 03 с потерями. Используя характеристики проводящей среды 203 с потерями и рабочую частоту зонда 200 направленного поверхностного волновода, расстояние пересечения Ханкеля также можно находить, приравнивая величины Уравнений
(20Ь) и (21) для - jур и решая для Rx, как проиллюстрировано Фиг. 4. Комплексный коэффициент (п) преломления можно определить, используя Уравнение (41), и комплексный угол (9ijB) Брюстера затем может быть определен из Уравнения (42) . Физическая длина (hp) зарядного терминала Т1 затем может быть определена из Уравнения
(44). Зарядный терминал Т1 должен находиться на или выше физической высоты (hp) , чтобы возбуждать дальнюю составляющую функции Ханкеля. Эта зависимость от высоты исходно учитывается при запуске поверхностных волн. Чтобы уменьшить или минимизировать связанный заряд на зарядном терминале Т1г высота должна быть по меньшей мере в четыре раза больше сферического диаметра (или эквивалентного сферического диаметра) зарядного терминала Т1.
[0108] На этапе 156 электрическая фазовая задержка Ф приподнятого заряда Qi на зарядном терминале Т1 согласовывается с комплексным углом ? наклона волны. Фазовая задержка (9С) спиральной катушки и/или фазовая задержка (9У) проводника вертикальной линии питания могут быть отрегулированы, чтобы сделать Ф равным углу (?) наклона (W) волны. На основании Уравнения (31), угол (?) наклона волны может быть определен по: W = ^ = ^- = -= \W\eW
ЕГ tan0f,B п ( б б)
Электрическая фаза Ф затем может быть согласована с углом наклона волны. Эта угловая (или фазовая) взаимосвязь далее учитывается при запуске поверхностных волн. Например, электрическая фазовая задержка Ф=9С+9У может быть отрегулирована посредством варьирования геометрических параметров катушки 215 (Фиг. 7) и/или длины (или высоты) проводника 221 вертикальной линии питания (Фиг. 7) . При согласовании Ф=? электрическое поле
может быть установлено на или за пределами расстояния (Rx) пересечения Ханкеля с комплексным углом Брюстера на границе раздела сред для возбуждения моды поверхностного волновода и запуска бегущей волны вдоль проводящей среды 2 03 с потерями.
[0109] Далее на этапе 159 импеданс нагрузки зарядного терминала Ti настраивается на резонанс эквивалентной модели мнимой плоскости зонда 200 направленного поверхностного волновода. Глубину (d/2) проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 по Фиг. 9А и 9В (или 130 на Фиг. 3) можно определить, используя Уравнения (52), (53) и (54) и значения проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли), которые могут быть измерены. Используя эту длину, фазовый сдвиг (0d) между мнимой заземляющей плоскостью 139 и физической границей 13 6 проводящей среды 203 с потерями можно определить, используя 9d=p0d/2. Импеданс (Zin), который виден при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями, затем можно определить, используя Уравнение (65) . Эта зависимость резонанса может быть учтена для максимизации запущенных поверхностных волн.
[ОНО] На основании отрегулированных параметров катушки 215 и длины проводника 221 вертикальной линии питания, коэффициент скорости, фазовая задержка и импеданс катушки 215 и проводника 221 вертикальной линии питания могут быть определены с использованием Уравнений (45)-(51). Кроме того, собственная емкость (Ст) зарядного терминала Ti может быть определена с использованием, например, Уравнения (24) . Коэффициент (РР) распространения катушки 215 может быть определен с использованием Уравнения (35), а постоянная (Pw) фазы распространения для проводника 221 вертикальной линии питания может быть определена с использованием Уравнения (49). Используя собственную емкость и определенные значения для катушки 215 и проводника 221 вертикальной линии питания, импеданс (Zbase) зонда 200 направленного поверхностного волновода, который виден при "взгляде вверх" на катушку 215, может быть определен с использованием Уравнений (62), (63) и (64).
[0111] Эквивалентная модель мнимой плоскости зонда 2 00
направленного поверхностного волновода может быть настроена на резонанс путем регулирования импеданса ZL нагрузки так, что реактивная составляющая Xbase для Zbase сопротивления (импеданса) аннулирует реактивную составляющую Xin для Zin, или Xbase+Xin=0. Таким образом, импеданс на физической границе 13 6 при "взгляде вверх" на зонд 200 направленного поверхностного волновода является сопряжением импеданса на физической границе 13 6 при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями. Импеданс ZL нагрузки может быть отрегулирован путем варьирования емкости (Ст) зарядного терминала Ti без изменения электрической фазовой задержки Ф=9С+9У зарядного терминала Т1. Может быть применен итерационный подход, чтобы настроить импеданс ZL нагрузки на резонанс эквивалентной модели мнимой плоскости относительно проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 (или 130) . Таким образом, ввод электромагнитного поля в моду направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли) может быть улучшен и/или максимизирован.
[0112] Это можно лучше понять при иллюстрации этой ситуации с помощью численного примера. Рассмотрим зонд 2 00 направленного поверхностного волновода, содержащий нагруженный сверху вертикальный шлейф физической высоты hp с зарядным терминалом Тг на верху, где зарядный терминал Т1 возбуждается через спиральную катушку и проводник вертикальной линии питания при рабочей
частоте (/о) 1,85 МГц. При высоте (Hi) 16 футов и проводящей среде 2 03 с потерями (например, Земле) с относительной диэлектрической проницаемостью sr=15 и удельной проводимостью <3i=0,010 мСм/м, некоторые параметры распространения поверхностной волны могут быть вычислены для /0=1, 850 МГц. При этих условиях может быть найдено, что расстояние пересечения Ханкеля составляет Rx=54,5 фута с физической высотой hp=5,5 фута, что значительно ниже фактической высоты зарядного терминала Ti. Несмотря на то, что может быть использована высота зарядного терминала ^=5,5 футов, более высокая конструкция зонда уменьшает связанную емкость, допуская больший процент свободного заряда на
зарядном терминале Ti, обеспечивая более высокую напряженность поля и возбуждение бегущей волны.
[0113] Длина волны может быть определена как:
Л0 = f = 162,162
То метра {61) ,
где с является скоростью света. Комплексный показатель преломления составляет:
п = yjEr -jx = 7,529 -j 6,546 (б8)
из Уравнения (41), где x=Gi/cos0 с ш=2л/0, а комплексный угол Брюстера составляет:
6iB = arctan(^fr - jx) = 85,6 -7 3,744е
(69)
из Уравнения (42). Используя Уравнение (66), значения наклона волны могут быть определены как:
W = = - = \W\ei4J = ОДОЫ40*6140
tan 9 is п (70)
Таким образом, спиральная катушка может быть отрегулирована для согласования O=vF=40, 614°
[0114] Коэффициент скорости для проводника вертикальной
линии питания (аппроксимированного до однородного
цилиндрического проводника диаметром 0,2 7 дюйма) может быть задан как Vw " 0,93. Поскольку hp < < \0, постоянная фазы распространения для проводника вертикальной линии питания может быть аппроксимирована как:
Aw vwAo (71) Из уравнения (49) фазовая задержка проводника вертикальной линии питания составляет:
ву = Pwhw ~ Pwhv = 11,640° ^72^
За счет регулирования фазовой задержки спиральной катушки так, что 9С=28, 974°=40, 614° - 11, 640°, Ф будет равно с согласованием с модой направленного поверхностного волновода. Чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между Ф и ?, Фиг. 11 показывает график как той, так и другой величины по диапазону частот. Поскольку как Ф, так и ? зависят от частоты, можно
видеть, что их соответствующие кривые пересекают друг друга при приблизительно 1,8 5 МГц.
[0115] Для спиральной катушки с диаметром проводника 0,08 81 дюйма, диаметром катушки (D) 3 0 дюймов и интервалом (s) между витками 4 дюйма, коэффициент скорости для катушки может быть определен с использованием Уравнения (45) в виде:
Vf = 1 = 0,069
< (73),
и коэффициент распространения из Уравнения (35) составляет
Bv= - = 0,564 m"
:74)
При 9С=28,974° осевая длина соленоидной спирали (Н) может быть определена с использованием Уравнения (46), так что:
Н = у = 35,2732
"Р дюйма (75)
Эта высота определяет местоположение на спиральной катушке, в котором подсоединен проводник вертикальной линии питания, что приводит к катушке с 8,818 витками (N=H/s).
[0116] При фазовой задержке бегущей волны и проводника
вертикальной линии питания, отрегулированными для согласования с
углом наклона волны (Ф=9С+9У=Ч/) , импеданс (ZL) нагрузки зарядного
терминала Ti может быть отрегулирован для резонанса стоячей волны
эквивалентной модели мнимой плоскости зонда 2 00 направляемой
поверхностной волны. Из измеренной диэлектрической
проницаемости, удельной проводимости и проницаемости Земли, радиальная постоянная распространения может быть определена с использованием Уравнения (57)
уе = ^Jjoyu^iox + }о)ег) = 0,25 + j 0,292 m_1 (7б)
а комплексная глубина проводящей мнимой заземляющей плоскости может быть аппроксимирована из Уравнения (52) как:
d " - = 3,364 + j 3,963
Ye метров (77)
с соответствующим фазовым сдвигом между проводящей мнимой заземляющей плоскостью и физической границей Земли, заданным как:
0d=A(d/2)= 4,015-; 4,73° (78)
Используя Уравнение (65), импеданс, видимый при "взгляде вниз" на проводящую среду 203 с потерями (т.е. Землю), может быть определен как:
Zin=Z0tanh(jed) = Rin+jXin = 31Д91+У26,27 0м (79)
[0117] За счет согласования реактивной составляющей (Xin) ,
видимой при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями, с
реактивной составляющей (Xbase) , видимый при "взгляде вверх" на
зонд 2 00 направляемой поверхностной волны, ввод в моду
направленного поверхностного волновода может быть
максимизирован. Это может быть осуществлено за счет регулирования емкости зарядного терминала Т1 без изменения фазовых задержек бегущей волны у катушки и проводника вертикальной линии питания. Например, за счет регулирования емкости (Ст) зарядного терминала до 61,8126 пФ, импеданс нагрузки из Уравнения (62) составляет:
Z, = - =-} 1392
}о> ст ' Ом (8 0) ,
и реактивные составляющие на границе согласованы. [0118] Используя Уравнение (51), импеданс проводника вертикальной линии питания (с диаметром (2а) в 0,27 дюйма) задается как
Zw = 138 log (1 1223^Я°) = 537,534
Ом (81),
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник вертикальной линии питания, задается Уравнением (63) как:
Z2=ZwZL+Zwt^je/\ = -j 835,438
w Zw+ZLtanh(jey) J Ом (82)
Используя Уравнение (47), характеристический импеданс спиральной катушки задается как
Zc=^[/n(^)- 1027] = 1446
Ом (83),
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку у
основания, задается Уравнением (64) как:
7 _ 7 Z2+Zctanh(j9c) _ . " - "71
ease с zc+Z2tanh При сравнении с решением Уравнения (79), можно видеть, что реактивные составляющие являются противоположными и приблизительно равными, и, следовательно, являются сопряженными друг с другом. Таким образом, импеданс (Zip), видимый при "взгляде вверх" на эквивалентную модель мнимой плоскости по Фиг. 9А и 9В от идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости, является только резистивным или Zip=R+jO.
[0119] Когда электрические поля, создаваемые зондом 200 направленного поверхностного волновода (Фиг. 3), создаются при согласовании фазовой задержки бегущей волны для сети питания с углом наклона волны и структура зонда является резонирующей относительно идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости на комплексной глубине z=-d/2, поля по существу согласованы по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды с потерями, направляемая поверхностная бегущая волна запускается вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, кривая 103 напряженности волноводного поля для волноводного электромагнитного поля имеет
характерное экспоненциальное затухание е ad/yfd и демонстрирует отличительный излом 109 в двойном логарифмическом масштабе.
[0120] Суммируя, как аналитически, так и экспериментально, составляющая бегущей волны в структуре зонда 2 00 направленного поверхностного волновода имеет фазовую задержку (Ф) в его верхнем терминале, которая согласуется с углом (?) наклона волны для поверхностной бегущей волны (Ф=1Р) . При этом условии поверхностный волновод может рассматриваться как "согласованный по моде". Кроме того, резонансная составляющая стоячей волны в структуре зонда 200 направленного поверхностного волновода имеет VMAX на зарядном терминале Т1 и VMIN внизу на мнимой плоскости 139 (Фиг. 8В) , где Zip=Rip+j0 на комплексной глубине z=-d/2, но не на соединении на физической границе 136 проводящей среды 203 с потерями (Фиг. 8В) . Наконец, зарядный терминал Т1 находится на достаточной высоте Hi по Фиг. 3 (h> Rxtan\|/ijB) так, что электромагнитные волны, падающие на проводящую среду 2 03 с потерями под комплексным углом Брюстера, делают это на
расстоянии (> RX), где преобладает член 1/л/т". Цепи приема могут быть использованы с одним или более зондами направленного поверхностного волновода, чтобы способствовать системам беспроводной передачи и/или доставки питания.
[0121] Вновь обратимся к Фиг. 3, где работа зонда 200 направленного поверхностного волновода может управляться для регулирования вариаций в рабочих условиях, ассоциированных с зондом 200 направленного поверхностного волновода. Например, для управления сетью 2 09 питания и/или зарядным терминалом Тг может быть использована адаптивная система 230 управления зондом, чтобы управлять работой зонда 200 направленного поверхностного волновода. Рабочие условия могут включать в себя, но не ограничиваются этим, вариации характеристик проводящей среды 2 03 с потерями (например, удельной проводимости о и относительной диэлектрической проницаемости sr), вариации напряженности поля и/или вариации в нагрузке зонда 200 направленного поверхностного волновода. Как можно видеть из Уравнений (31), (41) и (42), на показатель (п) преломления, комплексный угол (6j_,B) Брюстера и наклон (|W|ej4/) волны могут влиять изменения в удельной проводимости и диэлектрической проницаемости почвы, являющиеся результатом, например, погодных условий.
[0122] Для контроля изменений рабочих условий и предоставления информации о текущих рабочих условиях для адаптивной системы 230 управления зондом могут быть использовано оборудование, такое как зонды для измерения электрической проводимости, датчики диэлектрической проницаемости, средства измерения параметров заземления, средства измерения поля, средства контроля тока и/или приемники нагрузки. Система 230 управления зондом затем может выполнять одну или более регулировок зонда 200 направленного поверхностного волновода для поддержания заданных рабочих условий для зонда 2 00 направленного поверхностного волновода 200. Например, по мере того, как изменяется влажность и температура, удельная проводимость почвы также будет изменяться. Зонды для измерения электрической проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут
располагаться в нескольких местоположениях вокруг зонда 200 направленного поверхностного волновода. В целом желательным будет контроль удельной проводимости и/или диэлектрической проницаемости на или около расстояния Rx пересечения Ханкеля для рабочей частоты. Зонды для измерения электрической проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут располагаться в нескольких местоположениях (например, в каждом квадранте) вокруг зонда 200 направленного поверхностного волновода.
[0123] Зонды для измерения электрической проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут быть выполнены с возможностью оценки удельной проводимости и/или диэлектрической проницаемости на периодической основе и сообщения информации системе 230 управления зондом. Информация может быть сообщена системе 230 управления зондом через сеть, такую как, но не ограничиваясь этим, LAV, WLAN, сотовая сеть или другая проводная или беспроводная сеть связи. На основании полученной в результате контроля удельной проводимости и/или диэлектрической проницаемости, система 230 управления зондом может оценивать изменение показателя (п) преломления, комплексного угла (6j_,B) Брюстера и/или наклона (|W|ejip) волны и регулировать зонд 2 00 направленного поверхностного волновода для поддержания фазовой задержки (Ф) сети 209 питания, равной углу (?) наклона волны, и/или поддержания резонанса эквивалентной модели мнимой плоскости зонда 200 направленного поверхностного волновода. Это может быть осуществлено за счет регулирования, например, 9У, 9С и/или Ст. Например, система 230 управления зондом может регулировать собственную емкость зарядного терминала Ti и/или фазовую задержку (9У, 9С) , применяемую к зарядному терминалу Т1г для поддержания эффективности электрического запуска направляемой поверхностной волны на или около ее максимума. Например, собственная емкость зарядного терминала Ti может изменяться за счет изменения размера терминала. Распределение заряда также может быть улучшено за счет увеличения размера зарядного терминала Т1г что может уменьшить вероятность электромагнитного разряда с зарядного терминала Т1. В других
вариантах осуществления зарядный терминал Ti может включать в себя переменную катушку индуктивности, которая может быть отрегулирована, чтобы менять импеданс ZL нагрузки. Фаза, применяемая к зарядному терминалу Ti может быть отрегулирована за счет варьирования положения отвода на катушке 215 (Фиг. 7), и/или за счет включения множества заданных отводов по катушке 215 и переключения между разными заданными местоположениями отвода, чтобы максимизировать эффективность запуска.
[0124] Средства измерения поля или напряженности поля (FS) могут быть распределены вокруг зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, чтобы измерять напряженность поля полей, ассоциированных с направляемой поверхностной волной. Средства измерения поля или FS могут быть выполнены с возможностью детектировать напряженность поля и/или изменения напряженности поля (например, напряженность электромагнитного поля) и сообщать эту информацию системе 230 управления зондом. Информация может быть сообщена системе 230 управления зондом посредством сети, такой как, но не ограничиваясь этим, LAN, WLAN, сотовая сеть или другая соответствующая сеть связи. По мере того, как изменяется или изменяется нагрузка и/или условия окружающей среды во время работы, зонд 2 00 направленного поверхностного волновода может быть отрегулирован, чтобы обеспечивать указанную напряженность(и) поля в местоположениях средства измерения FS, чтобы гарантировать соответствующую передачу мощности к приемникам и/или нагрузке, которые они поддерживают.
[0125] Например, фазовая задержка (Ф=9У+9С), применяемая к зарядному терминалу Ti, может быть отрегулирована для согласования с углом (?) наклона волны. За счет регулирования одной или обеих фазовых задержек, зонд 2 00 направленного поверхностного волновода может быть отрегулирован, чтобы гарантировать, что наклон волны соответствует комплексному углу Брюстера. Это может быть осуществлено за счет регулирования положения отвода на катушке 215 (Фиг. 7) для изменения фазовой задержки, подводимой к зарядному терминалу Ti. Уровень
напряжения, подаваемого на зарядный терминал Ti, также может быть увеличен или уменьшен для регулирования напряженности электромагнитного поля. Это может быть осуществлено за счет регулирования выходного напряжения источника 212 возбуждения или за счет регулирования или переконфигурирования сети 2 09 питания. Например, положение отвода 227 (Фиг. 7) для источника 212 АС может быть отрегулировано для увеличения напряжения, если смотреть со стороны зарядного терминала Ti. Поддержание уровней напряженности поля в рамках заданных диапазонов может улучшить связывание посредством приемников, уменьшить потери тока заземления и избежать взаимных помех с передачами от других зондов 200 направленного поверхностного волновода.
[0126] Система 230 управления зондом может быть реализована с помощью аппаратного обеспечения, встроенного программного обеспечения, программного обеспечения, исполняемого аппаратным обеспечением, или их сочетания. Например, система 230 управления зондом может включать в себя схему обработки, включающую в себя процессор и память, оба из которых могут быть связаны с локальным интерфейсом, таким как, например, шина передачи данных с сопроводительной шиной управления/адреса, как будет понятно специалистам в данной области техники. Приложение управления зондом может быть исполнено процессором для регулирования работы зонда 200 направленного поверхностного волновода на основании полученных в результате контроля условий. Система 230 управления зондом также может включать в себя один или более сетевых интерфейсов для осуществления связи с различными устройствами контроля. Связи могут осуществляться через сеть, такую как, но не ограничиваясь этим, LAN, WLAN, сотовая сеть или другая соответствующая сеть связи. Система 230 управления зондом может содержать, например, компьютерную систему, такую как сервер, настольный компьютер, переносной компьютер, или другую систему с подобной возможностью.
[0127] Вновь обратимся к примеру по Фиг. 5А, где тригонометрия комплексного угла показана для интерпретации геометрической оптики падающего электромагнитного поля (Е)
зарядного терминала Ti с комплексным углом (Э±,в) Брюстера на расстоянии (Rx) пересечения Ханкеля. Напомним, что применительно к проводящей среде с потерями, угол Брюстера является комплексным и задается уравнением (38) . Электрически, геометрические параметры связаны электрической эффективной высотой (heff) зарядного терминала Ti посредством уравнения (39) . Поскольку как физическая высота (hp) , так и расстояние (Rx) пересечения Ханкеля являются вещественными величинами, угол требуемого наклона (WRx) направляемой поверхностной волны на расстоянии пересечения Ханкеля равен фазе (Ф) комплексной эффективной высоты (heff) . При зарядном терминале Т1г расположенном на физической высоте hp и возбуждаемом зарядом с соответствующей фазой Ф, результирующее электрическое поле падает на границу раздела проводящей среды с потерями на расстоянии Rx пересечения Ханкеля и под углом Брюстера. При этих условиях мода направленного поверхностного волновода может быть возбуждена без отражения или по существу с пренебрежимо малым отражением.
[0128] Однако, Уравнение (39) означает, что физическая высота зонда 200 направленного поверхностного волновода может быть относительно небольшой. Несмотря на то, что это будет возбуждать моду направленного поверхностного волновода, это может привести к чрезмерно большому связанному заряду с небольшим свободным зарядом. Для компенсации зарядный терминал Ti может быть поднят на соответствующее возвышение, чтобы увеличить величину свободного заряда. В качестве одного примера эмпирического правила, зарядный терминал Ti может быть расположен на возвышении примерно в 4-5 раз (или более) больше эффективного диаметра зарядного терминала Ti. Фиг. б иллюстрирует эффект подъема зарядного терминала Ti выше физической высоты (hp) , показанной на Фиг. 5А. Увеличенное возвышение вызывает перемещение расстояния, на котором наклон волны падает на проводящую среду с потерями, за пределы точки 121 пересечения Ханкеля (Фиг. 5А) . Чтобы улучшить ввод в моду направленного поверхностного волновода, и, следовательно, обеспечить более
высокую эффективность запуска направляемой поверхностной волны, может быть использован нижний компенсационный терминал Т2 для регулирования суммарной эффективной высоты (пТЕ) зарядного терминала Ti так, чтобы наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля находился под углом Брюстера.
[0129] Обратимся к Фиг. 12, где показан пример зонда 200с направленного поверхностного волновода, который включает в себя приподнятый зарядный терминал Ti и нижний компенсационный терминал Т2, которые расположены вдоль вертикальной оси z, которая перпендикулярна плоскости, представленной проводящей средой 2 03 с потерями. В этом отношении зарядный терминал Ti помещен непосредственно над компенсационным терминалом Т2, несмотря на то, что существует возможность того, что может быть использована некоторая другая компоновка двух или более зарядных и/или компенсационных терминалов TN. Зонд 2 0 0с направленного поверхностного волновода располагается над проводящей средой 203 с потерями в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Проводящая среда 2 03 с потерями составляет Область 1 со второй средой 206, которая составляет Область 2, совместно использующую границу раздела сред с проводящей средой 2 03 с потерями.
[0130] Зонд 200с направленного поверхностного волновода включает в себя цепь 209 связывания, которая связывает источник 212 возбуждения с зарядным терминалом Тг и компенсационным терминалом Т2. В соответствии с различными вариантами осуществления, соответствующим зарядному и компенсационному терминалам Ti и Т2 могут быть сообщены заряды Qi и Q2, в зависимости от напряжений, подаваемых на терминалы Ti и Т2 в любой заданный момент времени. 11 является током проводимости, подающим заряд Q1 на зарядный терминал Ti через ввод терминала, а ±2 является током проводимости, подающим заряд Q2 на компенсационный терминал Т2 через ввод терминала.
[0131] В соответствии с вариантом осуществления по Фиг. 12, зарядный терминал Ti расположен над проводящей средой 2 03 с потерями на физической высоте Hi, а компенсационный терминал Т2 расположен непосредственно под Ti по вертикальной оси z на
физической высоте Н2, где Н2 меньше Hi. Высота h структуры передачи может быть вычислена как h=Hi - Н2. Зарядный терминал Ti имеет изолированную (или собственную) емкость Ci, и компенсационный терминал Т2 имеет изолированную (или собственную) емкость С2. Между Терминалами Ti и Т2 в зависимости от расстояния между ними также может существовать взаимная емкость См. Во время работы зарядному терминалу Ti и компенсационному терминалу Т2 сообщаются заряды Q1 и Q2, соответственно, в зависимости от напряжений, подаваемых на зарядный терминал Ti и компенсационный терминал Т2 в любой заданный момент времени.
[0132] Далее обратимся к Фиг. 13, где показана интерпретация геометрической оптики эффектов, создаваемых приподнятым зарядом Q1 на зарядном терминале Ti и компенсационном терминале Т2 по Фиг. 12. При зарядном терминале Т1г приподнятом на высоту, где луч пересекается с проводящей средой с потерями под углом Брюстера на расстоянии большем, чем точка 121 пересечения Ханкеля, как проиллюстрировано линией 163, компенсационный терминал Т2 может быть использован для регулирования hTE с помощью компенсации увеличенной высоты. Влияние компенсационного терминала Т2 состоит в уменьшении электрической эффективной высоты зонда направленного поверхностного волновода (или эффективном подъеме границы раздела среды с потерями) так, что наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля находится под углом Брюстера, как проиллюстрировано линией 166.
[0133] Суммарная эффективная высота может быть записана как наложение верхней эффективной высоты (hUE) , ассоциированной с зарядным терминалом Ti, и нижней эффективной высоты (hLE) , ассоциированной с компенсационным терминалом Т2, так, что
hTE = hUE + hLE = hve№hv+*u) + hdeMh*+*J = RxxW (85) f
где Фи является фазовой задержкой, применяемой к верхнему зарядному терминалу Ti, Фь является фазовой задержкой, применяемой к нижнему компенсационному терминалу Т2, Р=2л/Яр является коэффициентом распространения из Уравнения (35), hp является физической высотой зарядного терминала Ti, a hd является
физической высотой компенсационного терминала Т2. Если принимаются во внимание дополнительные длины вводов, они могут быть учтены за счет сложения длины z ввода зарядного терминала с физической высотой hp зарядного терминала Ti и длины у ввода компенсационного терминала с физической высотой hd компенсационного терминала Т2, как показано в
hTE = (hp + z)e^hv+z> ^ + (hd + у^ак^+эО+ф*) = RxxW {Q6)
Нижняя эффективная высота может быть использована, чтобы регулировать суммарную эффективную высоту (hTE) до комплексной эффективной высоты (heff) по Фиг. 5А.
(r)u(hd) = -R(hp + z) -j In [ ^ J
[0134] Уравнения (85) или (8 6) могут быть использованы для определения физической высоты нижнего диска компенсационного терминала Т2 и углов фазы для подачи на терминалы, чтобы получать требуемый наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля. Например, Уравнение (8 6) может быть перезаписано как фазовый сдвиг, применяемый к зарядному терминалу Ti, в зависимости от высоты (hd) компенсационного терминала, чтобы дать
(87)
[0135] Чтобы определить расположение компенсационного терминала Т2, могут быть использованы рассмотренные выше зависимости. Во-первых, суммарная эффективная высота (пТЕ) является наложением комплексной эффективной высоты (hUE) верхнего зарядного терминала Т1 и комплексной эффективной высоты (hLE) нижнего компенсационного терминала Т2, как выражено в Уравнении (8 6). Далее, касательная угла падения может быть выражена геометрически как
r Rx (88),
что равно определению угла наклона W. В заключении, при требуемом расстоянии Rx пересечения Ханкеля, hTE может быть отрегулирована, делая наклон волны падающего луча согласованным с комплексным углом Брюстера в точке 121 пересечения Ханкеля. Это может быть осуществлено за счет регулирования hp, Фи и/или hd.
[013 6] Данные концепции могут быть лучше поняты при
обсуждении в контексте примера зонда направленного поверхностного волновода. Обратимся к Фиг. 14, где показано графическое представление примера зонда 200d направленного поверхностного волновода, включающего верхний зарядный терминал Ti (например, сфера на высоте hT) и нижний компенсационный терминал Т2 (например, диск на высоте hd) , которые расположены по вертикальной оси z, которая по существу перпендикулярна плоскости, представленной проводящей средой 2 03 с потерями. Во время работы зарядному и компенсационному терминалам Ti и Т2 сообщаются заряды Q1 и Q2, соответственно, в зависимости от напряжений, подаваемых на терминалы Ti и Т2 в любой заданный момент времени.
[0137] В качестве источника возбуждения для зарядного терминала Т1 действует источник 212 АС, который связан с зондом 200d направленного поверхностного волновода через цепь 209 связывания, содержащую катушку 215, такую как, например, спиральная катушка. Источник 212 АС может быть подсоединен через нижнюю часть катушки 215 через отвод 227, как показано на Фиг. 14, или может быть индуктивно связан с катушкой 215 посредством первичной катушки. Катушка 215 может быть связана с заземляющим стержнем 218 на первом конце и зарядным терминалом Тг на втором конце. В некоторых реализациях соединение с зарядным терминалом Ti может быть отрегулировано с использованием отвода 224 на втором конце катушки 215. Компенсационный терминал Т2 расположен над и по существу параллельно проводящей среде 2 03 с потерями (например, поверхности земли или Земле), и на него подается напряжение через отвод 233, связанный с катушкой 215. Расположенный между катушкой 215 и заземляющим стержнем 218 амперметр 23 6 может быть использован для выдачи указания величины электрического тока (1о) на основании зонда направленного поверхностного волновода. В качестве альтернативы, для получения указания на величину электромагнитного тока (1о) могут быть использованы токоизмерительные клещи вокруг проводника, связанного с заземляющим стержнем 218.
[0138] В примере по Фиг. 14 катушка 215 связана с заземляющим стержнем 218 на первом конце и зарядным терминалом Ti
на втором конце через проводник 221 вертикальной линии питания. В некоторых реализациях соединение с зарядным терминалом Ti может быть отрегулировано с использованием отвода 224 на втором конце катушки 215, как показано на Фиг. 14. На катушку 215 может быть подано напряжение при рабочей частоте источником 212 АС через отвод 227 в нижней части катушки 215. В других реализациях источник 212 АС может быть индуктивно связан с катушкой 215 через первичную катушку. На компенсационный терминал Т2 подается напряжение через отвод 233, связанный с катушкой 215. Расположенный между катушкой 215 и заземляющим стержнем амперметр 23 6 может быть использован для выдачи указания на величину электрического тока на основании зонда 200d направленного поверхностного волновода. В качестве альтернативы, для получения указания на величину электрического тока могут быть использованы токоизмерительные клещи вокруг проводника, связанного с заземляющим стержнем 218. Компенсационный терминал Т2 расположен над и по существу параллельно проводящей среде 2 03 с потерями (например, поверхности земли).
[0139] В примере по Фиг. 14 подсоединение с зарядным терминалом Тг расположено на катушке 215 выше точки подсоединения отвода 233 для компенсационного терминала Т2. Такое регулирование позволяет подавать увеличенное напряжение (и, следовательно, более высокий заряд С^) на верхний зарядный терминал Т1. В других вариантах осуществления точки подсоединения для зарядного терминала Т1 и компенсационного терминала Т2 могут быть инвертированы. Существует возможность регулирования суммарной эффективной высоты (hTE) зонда 200d направленного поверхностного волновода для возбуждения электрического поля с наклоном направляемой поверхностной волны на расстоянии Rx пересечения Ханкеля. Расстояние пересечения Ханкеля также может быть найдено при приравнивании величин уравнений (20Ь) и 21 для -jур и решении для Rx, как проиллюстрировано Фиг. 4. Показатель (п) преломления, комплексный угол (0i,B и Ч^в) Брюстера, наклон (|W|ejip) волны и комплексная эффективная высота (heff=hpej <1)) могут быть определены, как описано в отношении Уравнений (41) - (44) выше.
ФД(Ц = -Л(^,+У)-ЛП^ )
[014 0] При выбранной конфигурации зарядного терминала Ti может быть определен сферический диаметр (или эффективный сферический диаметр). Например, если зарядный терминал Ti не выполнен в виде сферы, конфигурация терминала может быть смоделирована в виде сферической емкости с эффективным сферическим диаметром. Размер зарядного терминала Ti может быть выбран для обеспечения достаточно большой поверхности для заряда Qi, сообщаемого терминалам. В целом желательно сделать зарядный терминал Ti настолько большим, насколько это практически возможно. Размер зарядного терминала Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или искрению вокруг зарядного терминала. Чтобы уменьшить объем связанного заряда на зарядном терминале Т1г требуемое возвышение для обеспечения свободного заряда на зарядном терминале 11 для запуска направляемой поверхностной волны, должно быть по меньшей мере в 4-5 раз больше эффективного сферического диаметра над проводящей среды с потерями (например, Земли). Компенсационный терминал Т2 может быть использован для регулирования суммарной эффективной высоты (hTE) зонда 200d направленного поверхностного волновода, чтобы возбуждать электрическое поле с наклоном направляемой поверхностной волны при Rx. Компенсационный терминал Т2 может быть расположен под зарядным терминалом Тг на hd=hT - hp, где hT является суммарной физической высотой зарядного терминала Т1. При фиксированном положении компенсационного терминала Т2 и фазовой задержке Фи, приложенной к верхнему зарядному терминалу Ti, фазовая задержка Фь, прилагаемая к нижнему компенсационному терминалу Т2, может быть определена с использованием взаимосвязей по Уравнению (86), так что:
(89)
В альтернативных вариантах осуществления компенсационный терминал Т2 может быть расположен на высоте hd, где 1т{Фь}=0. Это графически проиллюстрировано на Фиг. 15А, которая показывает графики 172 и 175 мнимой и вещественной частей Фи,
соответственно. Компенсационный терминал Т2 расположен на высоте hd, где 1т{Фи}=0, как графически проиллюстрировано на графике 172. На этой фиксированной высоте фаза Фи катушки может быть определена из Re{Ou}, как графически проиллюстрировано на графике 175.
[0141] За счет источника 212 АС, связанного с катушкой 215 (например, при точке 50 Ом, чтобы максимизировать связывание), положение отвода 233 может быть отрегулировано на параллельный резонанс компенсационного терминала Т2 с по меньшей мере частью катушки при частоте работы. Фиг. 15В показывает принципиальную схему общей электрической принципиальной схемы по Фиг. 14, в которой Vi является напряжением, которое подается на нижнюю часть катушки 215 от источника 212 АС через отвод 227, V2 является напряжением на отводе 224, которое подается на верхний зарядный терминал Tlr a V3 является напряжением, которое подается на нижний компенсационный терминал Т2 через отвод 233. Сопротивления Rp и Rd представляют собой сопротивления возврата через заземление для зарядного терминала Т1 и компенсационного терминала Т2, соответственно. Зарядный и компенсационный терминалы Тг и Т2 могут быть выполнены в виде сфер, цилиндров, торов, колец, колпаков или любого другого сочетания емкостных структур. Размер зарядного и компенсационного терминалов Тг и Т2 может быть выбран для обеспечения достаточно большой поверхности для зарядов Qi и Q2, сообщаемых терминалам. В целом желательно делать зарядный терминал Ti настолько большим, насколько это практически возможно. Размер зарядного терминала Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или искрению вокруг зарядного терминала. Собственная емкость Ср и Cd зарядного и компенсационного терминалов Ti и Т2, соответственно, могут быть определены с использованием, например, уравнения (24) .
[0142] Как можно видеть на Фиг. 15В, посредством по меньшей мере части индуктивности катушки 215, собственной емкости Cd компенсационного терминала Т2 и сопротивления Rd возврата по
заземлению, ассоциированного с компенсационным терминалом Т2, сформирован резонансный контур. Параллельный резонанс может быть установлен за счет регулирования напряжения V3, подаваемого на компенсационный терминал Т2 (например, за счет регулирования положения отвода 233 на катушке 215) или за счет регулирования высоты и/или размера компенсационного терминала Т2 для регулирования Cd- Положение отвода 233 катушки может быть отрегулировано для параллельного резонанса, который приведет к току заземления через заземляющий стержень 218 и через амперметр 23 6, достигающий максимальной точки. После того, как был установлен параллельный резонанс компенсационного терминала Т2, положение отвода 227 для источника 212 АС может быть отрегулировано до точки 50 Ом на катушке 215.
[0143] Напряжение V2 от катушки 215 может быть подано на зарядный терминал 11, а положение отвода 22 4 может быть отрегулировано так, что фаза (Ф) суммарной эффективной высоты (hTE) приблизительно равна углу наклона (WRx) направляемой поверхностной волны на расстоянии (Rx) пересечения Ханкеля. Положение отвода 224 катушки может регулироваться до тех пор, пока не достигается эта рабочая точка, которая приводит к увеличению до максимума заземляющего тока через амперметр 23 6. В этой точке результирующие поля, возбуждаемые зондом 2 0 0d направленного поверхностного волновода, по существу согласованы по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями, приводя к запуску направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Это может быть проверено измерением напряженности поля по радиусу, проходящему из зонда 2 00 направленного поверхностного волновода.
[0144] Резонанс цепи, включающей в себя компенсационный терминал Т2, может меняться при присоединении зарядного терминала Ti и/или при регулировке напряжения, которое подается на зарядный терминал Ti через отвод 224. Несмотря на то, что регулирование цепи компенсационного терминала на резонанс способствует последующей регулировке подсоединения зарядного терминала,
необходимо создать наклон (WRx) направляемой поверхностной волны на расстоянии (Rx) пересечения Ханкеля. Система может быть дополнительно отрегулирована для улучшения связывания за счет итерационного регулирования положения отвода 227 для источника 212 АС, чтобы он находился в точке 50 Ом на катушке 215, и регулирования положения отвода 233, чтобы максимизировать ток заземления через амперметр 23 6. Резонанс цепи, включающей в себя компенсационный терминал Т2, может дрейфовать по мере того, как регулируются положения отводов 227 и 233, или когда другие компоненты присоединяются к катушке 215.
[0145] В других реализациях напряжение V2 от катушки 215 может быть подано на зарядный терминал Ti, а положение отвода 233 может регулироваться так, что фаза (Ф) суммарной эффективной
высоты (hTE) приблизительно равна углу (?) наклона направляемой поверхностной волны при Rx. Положение отвода 224 катушки может регулироваться до тех пор, пока не достигается рабочая точка, приводящая к по существу достижению максимума заземляющего тока через амперметр 23 6. Результирующие поля по существу согласованы по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями и направляемая поверхностная волна запускается вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Это может быть проверено за счет измерения напряженности поля по радиусу, проходящему из зонда 2 00 направленного поверхностного волновода. Система может быть дополнительно отрегулирована для улучшения связывания за счет итерационного регулирования положения отвода 227 для источника 212 АС, чтобы он находился в точке 50 Ом на катушке 215, и регулирования положения отвода 224 и/или 233, чтобы максимизировать ток заземления через амперметр 23 6.
[0146] Обращаясь вновь к Фиг. 12, может осуществляться управление работой зонда 200 направленного поверхностного волновода, чтобы регулировать вариации рабочих условий, ассоциированных с зондом 2 00 направленного поверхностного волновода. Например, для управления цепью 209 связывания и/или расположением зарядного терминала Ti и/или компенсационного
терминала Т2 с управлением работой зонда 200 направленного поверхностного волновода может быть использована система 230 управления зондом. Рабочие условия могут включать в себя, но не ограничиваются этим, вариации характеристик проводящей среды 2 03 с потерями (например, удельной проводимости о и относительной диэлектрической проницаемости sr), вариации напряженности поля и/или вариации нагрузки зонда 200 направленного поверхностного волновода. Как можно видеть из Уравнений (41)-(44), на показатель (п) преломления, комплексный угол (0±,в и Ч^в) Брюстера, наклон (|W|ejip) волны и комплексная эффективная высота (heff=hpejtI)) могут влиять изменения удельной проводимости и диэлектрической проницаемости почвы, являющиеся результатом, например, погодных условий.
[0147] Для контроля изменений рабочих условий и выдачи информации о текущих рабочих условиях системе 230 управления зондом может быть использовано оборудование, такое как, например, зонды для измерения электрической проводимости, датчики диэлектрической проницаемости, средства измерения параметров заземления, средства измерения поля, средства контроля тока и/или приемники нагрузки. Система 230 управления зондом затем может выполнять одну или более регулировок зонда 200 направленного поверхностного волновода, чтобы поддерживать заданные рабочие условия для зонда 2 00 направленного поверхностного волновода. Например, по мере того, как изменяется влажность и температура, удельная проводимость почвы также будет изменяться. Зонды для измерения электрической проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут располагаться в нескольких местоположениях вокруг зонда 200 направленного поверхностного волновода. В целом желательным будет контроль удельной проводимости и/или диэлектрической проницаемости на или около расстояния Rx пересечения Ханкеля для рабочей частоты. Зонды для измерения электрической проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут располагаться в нескольких местоположениях (например, в каждом квадранте) вокруг зонда 200 направленного поверхностного волновода.
[014 8] Теперь обратимся к Фиг. 16, где показан пример зонда 200е направленного поверхностного волновода, который включает в себя зарядный терминал Ti и зарядный терминал Т2, которые расположены по вертикальной оси z. Зонд 200е направленного поверхностного волновода расположен над проводящей средой 2 03 с потерями, которая составляет Область 1. Кроме того, вторая среда 206 имеет совместную границу раздела с проводящей средой 2 03 с потерями и составляет Область 2. Зарядные терминалы Ti и Т2 расположены над проводящей средой 2 03 с потерями. Зарядный терминал Ti расположен на высоте Hi, а зарядный терминал Т2 расположен непосредственно под Ti по вертикальной оси z на высоте Н2, где Н2 меньше Hi. Высота h структуры передачи, представленной зондом 200е направленного поверхностного волновода, составляет h=Hi - Н2. Зонд 200е направленного поверхностного волновода включает в себя сеть 209 питания, которая связывает источник 212 возбуждения с зарядными терминалами Тг и Т2.
[014 9] Зарядные терминалы Тг и/или Т2 включают в себя проводящую массу, которая может удерживать электрический заряд, размер которой может быть задан, чтобы удерживать настолько большой заряд, насколько это практически возможно. Зарядный терминал Ti имеет собственную емкость Ci, а зарядный терминал Т2 имеет собственную емкость С2, которая может быть определена с использованием, например, уравнения (24). В силу размещения зарядного терминала Ti непосредственно над зарядным терминалом Т2, между зарядными терминалами Тг и Т2 создается взаимная емкость См. Отметим, что не требуется, чтобы зарядные терминалы Ti и Т2 были идентичными, и каждый может иметь отдельный размер и форму и может включать в себя разные проводящие материалы. В конечном счете, напряженность поля направляемой поверхностной волны, запускаемой зондом 200е направленного поверхностного волновода, является прямо пропорциональной величине заряда на терминале Ti. Заряд Q1 является, в свою очередь, пропорциональным собственной емкости Ci, ассоциированной с зарядным терминалом Ti, поскольку Qi=CiVi, где V является напряжением, сообщаемым зарядному терминалу Ti.
[0150] При правильном регулировании для работы на заданной
рабочей частоте, зонд 200е направленного поверхностного волновода генерирует направляемую поверхностную волну вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Источник 212 возбуждения может генерировать электрическую энергию на заданной частоте, которая подается на зонд 200е направленного поверхностного волновода для возбуждения структуры. Когда электромагнитные поля, генерируемые зондом 200е направленного поверхностного волновода, по существу согласованы по моде с проводящей средой 2 03 с потерями, электромагнитные поля по существу синтезируют волновой фронт, падающий под комплексным углом Брюстера, что приводит к небольшому отражению или его отсутствию. Таким образом, зонд 200е поверхностного волновода не создает излучаемой волны, а запускает направляемую поверхностную бегущую волну вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Энергия от источника 212 возбуждения может быть передана в качестве поверхностных токов Ценнека в один или более приемников, которые расположены в пределах эффективного диапазона передачи зонда 200е направленного поверхностного волновода.
[0151] Можно определить асимптоты радиального
поверхностного тока Jp(p) Ценнека на поверхности проводящей среды 203 с потерями как ближнюю Ji(p) и дальнюю J2 (р) , где
(p Ближняя ' 2*Р Ч (90) и
(р"Ш):/р(р)~/2=^Х |ixЈ_^
Дальняя 9 4 \* (91),
7Qi
заданная как \~"Р Р, которая следует из граничного условия
где Ii является током проводимости, подающим заряд Q1 на первый зарядный терминал Ti, а 12 является током проводимости, подающим заряд Q2 на второй зарядный терминал Т2. Заряд Q1 на верхнем зарядном терминале Ti определяется как Qi=CiVi, где Ci является изолированной емкостью зарядного терминала Ti. Отметим, что присутствует третья составляющая для JLR изложенная выше,
как (Яр0Ар,
Леонтовича и является вкладом радиального тока в проводящую среду 2 03 с потерями, который нагнетается квази-статичным полем
приподнятого колебательного заряда на первом зарядном терминале Qi. Величина Zp=jco|j,o/Ye является радиальным импедансом проводящей среды с потерями, где уе= (j(Ј> \x1o1 - co2|j,iSi) 1/2.
[0152] Асимптоты, представляющие собой радиальный ближний и дальний ток, как изложено уравнениями (90) и (91), являются комплексными величинами. В соответствии с различными вариантами осуществления, синтезируется физический поверхностный ток J(p), чтобы быть согласованным, насколько это возможно, с асимптотами тока по величине и фазе. Т.е. ближний |J(p)I должен быть касательной к |J1 | , а дальний |J(p) | должен быть касательной к IJ21 . Также, в соответствии с различными вариантами осуществления, фаза J(p) должна переходить из фазы ближнего Ji к фазе дальнего J2.
[0153] Для того, чтобы согласовать моду направляемой поверхностной волны на месте передачи, чтобы запускать направляемую поверхностную волну, фаза дальнего поверхностного тока |J21 должна отличаться от фазы ближнего поверхностного тока I Ji I на фазу распространения, соответствующую e-iP^Pz-Pi) плюс постоянная приблизительно 45 градусов или 225 градусов. Это обусловлено тем, что существует два корня для V7, один около тс/4, а другой около 5тс/4. Правильно отрегулированный искусственный радиальный поверхностный ток составляет
;р(АФ,о)=^я;2)(-уур) (92)
Отметим, что это согласуется с уравнением (17) . Исходя из уравнений Максвелла, такой поверхностный ток J(p) автоматически создает поля, которые подчиняются
Нф==^е-^ Н[2\ЧГР) (93),
Р 4 1 v JLHJ (94) и
:95)
Таким образом, разность по фазе между дальним поверхностным током | J2 | и ближним поверхностным током | J11 для моды направляемой поверхностной волны, которая должна быть
согласована, обусловлена характеристиками функций Ханкеля в уравнениях (93)-(95), которые согласуются с уравнениями (1)-(3). Важно признать, что поля, выраженные уравнениями (1)-(б) и (17) и уравнениями (92)-(95), имеют природу моды линии передачи, связанной с границей раздела с потерями, а не излучаемых полей, которые ассоциированы с распространением земной волны.
[0154] Для того, чтобы получить соответствующие величины и
фазы напряжения для заданной конструкции зонда 2 0 0е
направленного поверхностного волновода в заданном
местоположении, может быть использован итерационный подход. В частности, может быть выполнен анализ заданного возбуждения и конфигурации зонда 200е направленного поверхностного волновода с учетом подаваемых токов на терминалы Ti и Т2, зарядов на зарядных терминалах Тг и Т2 и их отображений в проводящей среде 2 03 с потерями, чтобы определить генерируемую плотность радиального поверхностного тока. Этот процесс может выполняться итерационно до тех пор, пока не будут определены оптимальная конфигурация и возбуждение для заданного зонда 200е направленного поверхностного волновода на основании требуемых параметров. Чтобы способствовать определению, работает ли заданный зонд 200е направленного поверхностного волновода на оптимальном уровне, может быть сгенерирована кривая 103 напряженности волноводного поля (Фиг. 1) с использованием уравнений (1)-(12) на основании значений для удельной проводимости (oi) Области 1 и диэлектрической проницаемости (si) Области 1 в местоположении зонда 200е направленного поверхностного волновода. Такая кривая 103 напряженности волноводного поля может обеспечивать критерий работы так, что для определения того, достигнута ли оптимальная передача, измеренные напряженности поля могут сравниваться с величинами, указанными кривой 103 напряженности волноводного поля.
[0155] Для достижения оптимизированного условия могут быть отрегулированы различные параметры, ассоциированные с зондом 200е направленного поверхностного волновода. Одним параметром, который может быть изменен для регулирования зонда 2 0 0е
направленного поверхностного волновода, является высота одного или обоих из зарядных терминалов Ti и Т2 относительно поверхности проводящей среды 203 с потерями. Кроме того, расстояние или промежуток между зарядными терминалами Ti и Т2 также может быть отрегулированы. Как можно понять, делая так, можно минимизировать или иным образом изменить взаимную емкость См или любые связанные емкости между зарядными терминалами Ti и Т2 и проводящей средой 2 03 с потерями. Размер соответствующих зарядных терминалов Ti и/или Т2 также может быть отрегулирован. Как можно понять, за счет изменения размера зарядных терминалов Ti и/или Т2, будут меняться соответствующие собственные емкости Ci и/или С2, и взаимная емкость См.
[0156] Еще дополнительно, другим параметром, который может быть отрегулирован, является сеть 209 питания, ассоциированная с зондом 200е направленного поверхностного волновода. Это может быть осуществлено с помощьюрегулирования величины индуктивных и/или емкостных реактивных сопротивлений, которые составляют сеть 2 09 питания. Например, когда такие индуктивные реактивные сопротивления содержат катушки, число витков в таких катушках может быть отрегулировано. В конечном счете регулировки сети 2 09 питания могут быть выполнены для изменения электрической длины сети 2 09 питания, тем самым оказывая влияние на амплитуды и фазы напряжения на зарядных терминалах Тг и Т2.
[0157] Отметим, что, как можно понять, итерации передачи, выполняемые при осуществлении различных регулировок, могут быть реализованы с использованием компьютерных моделей или за счет регулирования физических структур. Выполняя вышеприведенные регулировки, можно создать соответствующий "ближний" поверхностный ток J1 и "дальний" поверхностный ток J2, которые аппроксимируют одни и те же токи J(p) моды направляемой поверхностной волны, указанные в Уравнениях (90) и (91), изложенных выше. Тем самым результирующие электромагнитные поля будут по существу или приблизительно согласованы по моде с модой направляемой поверхностной волны на поверхности проводящей среды 203 с потерями.
[0158] Несмотря на то, что не показано в примере по Фиг. 16, работа зонда 200е направленного поверхностного волновода может управляться для регулирования вариаций рабочих условий, ассоциированных с зондом 2 00 направленного поверхностного волновода. Например, система 230 управления зондом, показанная на Фиг. 12, может использоваться для управления цепью 209 связывания, а/или расположение и/или размер зарядных терминалов Ti и/или Т2 - для управления работой зонда 200е направленного поверхностного волновода. Рабочие условия могут включать в себя, но не ограничиваются этим, вариации характеристик проводящей среды 2 03 с потерями (например, удельной проводимости о и относительной диэлектрической проницаемости sr) , вариации напряженности поля и/или вариации нагрузки зонда 2 0 0е направленного поверхностного волновода.
[0159] Обратимся теперь к Фиг. 17, где показан пример зонда 200е направленного поверхностного волновода по Фиг. 16, обозначенного здесь как зонд 200f направленного поверхностного волновода. Зонд 200f направленного поверхностного волновода включает в себя зарядные терминалы Тг и Т2, которые расположены по вертикальной оси z, которая по существу перпендикулярна плоскости, представленной проводящей средой 2 03 с потерями (например, Землей). Вторая среда 206 находится над проводящей средой 2 03 с потерями. Зарядный терминал Т1 имеет собственную емкость Ci, а зарядный терминал Т2 имеет собственную емкость С2. Во время работы зарядным терминалам Ti и Т2 сообщаются заряды Q1 и Q2, соответственно, в зависимости от напряжений, которые подаются на зарядные терминалы Ti и Т2 в любой заданный момент времени. Между зарядными терминалами Ti и Т2 в зависимости от расстояния между ними может существовать взаимная емкость См. Кроме того, между соответствующими зарядными терминалами Ti и Т2 и проводящей средой 2 03 с потерями в зависимости от высот соответствующих зарядных терминалов Ti и Т2 относительно проводящей среды 2 03 с потерями могут существовать связанные емкости.
[0160] Зонд 200f направленного поверхностного волновода
включает в себя сеть 209 питания зонда, которая содержит индуктивный импеданс, содержащий катушку Lia с парой выводов, которые связаны с соответствующими зарядными терминалами Ti и Т2. В одном варианте осуществления катушка Lia задана имеющей электрическую длину, которая составляет одну вторую (1/2) длины волны на рабочей частоте зонда 200f направленного поверхностного зонда.
[0161] В то время, как электрическая длина катушки Lia задана как приблизительно одна вторая (1/2) длины волны на рабочей частоте, следует понимать, что катушка Lia может быть задана с электрической длиной на других значениях. В соответствии с одним вариантом осуществления, тот факт, что катушка Lia имеет электрическую длину приблизительно в одну вторую длины волны на рабочей частоте, обеспечивает преимущество в том, что на зарядных терминалах 11 и Т2 создается максимальная разность потенциалов. Тем не менее, длина или диаметр катушки Lla могут быть увеличены или уменьшены при регулировании зонда 2 00f направленного поверхностного волновода, чтобы получать оптимальное возбуждение моды направляемой поверхностной волны. Регулировка длины катушки может предусматриваться за счет отводов, расположенных на одном или обоих концах катушки. В других вариантах осуществления может случиться так, что индуктивный импеданс задается имеющим электрическую длину, которая значительно меньше или больше 1/2 длины волны на рабочей частоте зонда 200f направленного поверхностного волновода.
[0162] Источник 212 возбуждения может быть связан с сетью 209 питания путем магнитного связывания. В частности, источник 212 возбуждения связан с катушкой LP, которая индуктивно связана с катушкой Lia. Как можно понять, это может быть выполнено за счет связывания с линией, катушки с отводами, переменного реактивного сопротивления или других подходов связывания. Тем самым, как можно понять, катушка LP действует в качестве первичной, а катушка Lia действует в качестве вторичной.
[0163] Для того, чтобы отрегулировать зонд 200f направленного поверхностного волновода на передачу требуемой направляемой поверхностной волны, высоты соответствующих
зарядных терминалов Ti и Т2 могут быть изменены относительно проводящей среды 2 03 с потерями и относительно друг друга. Также размеры зарядных терминалов Ti и Т2 могут быть изменены. Кроме того, размер катушки Lia может быть изменен за счет добавления или исключения витков или за счет изменения некоторого другого размера катушки Lia. Катушка Lia также может включать в себя один или более отводов для регулирования электрической длины, как показано на Фиг. 17. Положение отвода, соединенного с любым зарядным терминалом Ti и Т2, также может быть отрегулировано.
[0164] Обратимся далее к Фиг. 18А, 18В, 18С и 19, где показаны примеры обобщенных цепей приема для использования поверхностно-направляемых волн в системах беспроводной подачи питания (мощности). Фиг. 18А и 18В-18С включают в себя линейный зонд 303 и настроенный резонатор 306, соответственно. Фиг. 19 является магнитной катушкой 309 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В соответствии с различными вариантами осуществления, каждый из линейного зонда 303, настроенного резонатора 306 и магнитной катушки 309 может быть использован для приема мощности, передаваемой в виде направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями в соответствии с различными вариантами осуществления. Как упомянуто выше, в одном варианте осуществления проводящая среда 2 03 с потерями содержит наземную среду (например, Землю).
[0165] С конкретной ссылкой на Фиг. 18А напряжение терминала при разомкнутой цепи на выходных выводах 312 линейного зонда 303 зависит от эффективной высоты линейного зонда 303. При этом напряжение точки терминала может быть вычислено как
где Einc является напряженностью падающего электрического поля, индуцированного на линейном зонде 303, в Вольтах на метр, dl является подынтегральным выражением по направлению линейного зонда 303 и he является эффективной высотой линейного зонда 303. Электрическая нагрузка 315 связана с выходными выводами 312 через сеть 318 согласования импедансов.
[0166] Когда линейный зонд 303 подвергается воздействию направляемой поверхностной волны, которая описана выше, на выходных выводах 312 создается напряжение, которое может быть подано на электрическую нагрузку 315 через сопряженную сеть 318 согласования импедансов в зависимости от обстоятельств. Чтобы способствовать потоку мощности к электрической нагрузке 315, электрическая нагрузка 315 должна быть по существу согласована по импедансу с линейным зондом 3 03, как будет описано ниже.
[0167] Обратимся к Фиг. 18В, где возбужденная заземляющим током катушка 306а, обладающая фазовым сдвигом, равным наклону волны в направляемой поверхностной волне, включает в себя зарядный терминал TR, который приподнят (или подвешен) над проводящей средой 2 03 с потерями. Зарядный терминал TR имеет собственную емкость CR. Кроме того, также может быть связанная емкость (не показана) между зарядным терминалом TR и проводящей средой 2 03 с потерями в зависимости от высоты зарядного терминала TR над проводящей средой 2 03 с потерями. Связанная емкость предпочтительно должна быть минимизирована настолько, насколько это практически возможно, хотя это может быть совершенно не обязательно в каждом случае.
[0168] Настроенный резонатор 306а также включает в себя сеть приемника, содержащую катушку LR с фазовым сдвигом Ф. Один конец катушки LR связан с зарядным терминалом TR, а другой конец катушки LR связан с проводящей средой 2 03 с потерями. Сеть приемника может включать в себя проводник вертикальной линии питания, который связывает катушку LR с зарядным терминалом TR. При этом катушка LR (которую также можно назвать настроенным резонатором LR-CR) содержит регулируемый последовательно резонатор, когда зарядный терминал CR и катушка LR располагаются последовательно. Фазовая задержка катушки LR может быть отрегулирована за счет изменения размера и/или высоты зарядного терминала TR, и/или регулирования размера катушки LR так, чтобы фаза Ф структуры была по существу равной углу наклона ? волны. Фазовая задержка вертикальной линии питания также может быть отрегулирована за счет, например, изменения длины проводника.
[0169] Например, реактивное сопротивление, представленное собственной емкостью CR, вычисляется как l/jcoCR. Отметим, что суммарная емкость структуры 3 0 6а также может включать в себя емкость между зарядным терминалом TR и проводящей средой 2 03 с потерями, где суммарная емкость структуры ЗОба, как можно понять, может быть вычислена как из собственной емкости CR, так и любой связанной емкости. В соответствии с одним вариантом осуществления, зарядный терминал TR может быть приподнят на высоту для по существу уменьшения или исключения любой связанной емкости. Существование связанной емкости может быть определено из измерений емкости между зарядным терминалом TR и проводящей средой 2 03 с потерями, как обсуждалось ранее.
[0170] Индуктивное реактивное сопротивление, представленное катушкой LR дискретных элементов, может быть вычислено как jcoL, где L является индуктивностью сосредоточенных элементов катушки LR. Если катушка LR является распределенным элементом, ее эквивалентное индуктивное реактивное сопротивление в точке вывода может быть определено с помощью обычных подходов. Чтобы настроить структуру ЗОба, требуется сделать регулировки так, чтобы фазовая задержка была равна наклону волны в целях согласования по моде с поверхностным волноводом при частоте работы. При этом условии принимающая структура может быть рассмотрена как "согласованная по моде" с поверхностным волноводом. Между зондом и электрической нагрузкой 327 может быть вставлена линия преобразователя вокруг структуры и/или сети 324 согласования импедансов, чтобы связать мощность с нагрузкой. Вставка сети 324 согласования импедансов между выводами 321 зонда и электрической нагрузкой 32 7 может привести к условию сопряжения-согласования для максимального переноса мощности к электрической нагрузке 327.
[0171] При размещении при наличии поверхностных токов на рабочих частотах, мощность будет доставляться от поверхностной направляемой волны к электрической нагрузке 327. При этом электрическая нагрузка 327 может быть связана со структурой ЗОба путем магнитного связывания, емкостного связывания или
проводящего (непосредственный отвод) связывания. Как можно понять, элементы связывающей сети могут быть сосредоточенными компонентами или распределенными элементами.
[0172] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 18В, используется магнитное связывание, когда катушка Ls располагается в качестве вторичной относительно катушки LR, действующей в качестве первичного преобразователя. Как можно понять, катушка Ls может быть связанной через линию с катушкой LR за счет геометрической намотки ее вокруг той же самой структуры сердечника и регулирования связанного магнитного потока. Кроме того, в то время как принимающая структура ЗОба содержит последовательно настроенный резонатор, также может быть использован параллельно настроенный резонатор или даже резонатор распределенных элементов с соответствующей фазовой задержкой.
[0173] Несмотря на то, что принимающая структура, погруженная в электромагнитное поле, может связывать энергию из поля, следует иметь в виду, что согласованные по поляризации структуры работают наилучшим образом при максимизировании связывания, и следует соблюдать обычные правила для связывания зонда с модами волновода. Например, зонд волновода ТЕ2о (поперечная электрическая мода) может быть оптимальным для извлечения энергии из обычного волновода, возбужденного в моде ТЕ2о- Подобным образом, в этих случаях, согласованная по моде и согласованная по фазе структура может быть оптимизирована для ввода мощности из поверхностно-направляемой волны. Направляемая поверхностная волна, возбуждаемая зондом 200 направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями, может считаться модой волновода для открытого волновода. Исключая потери волновода, энергия источника может быть полностью получена обратно. Используемыми принимающими структурами могут быть связанные по Е-полю, связанные по Н-полю или возбуждаемые поверхностным током.
[0174] Принимающая структура может быть отрегулирована, чтобы увеличивать или максимизировать связывание с направляемой поверхностной волной на основании локальных характеристик проводящей среды 2 03 с потерями в окрестностях принимающей
структуры. Для осуществления этого, фазовая задержка (Ф) принимающей структуры может быть отрегулирована для согласования с углом (?) наклона волны для поверхностной бегущей волны на принимающей структуре. При выполнении надлежащим образом, принимающая структура затем может быть настроена на резонанс относительно идеальной проводящей мнимой заземляющей плоскости на комплексной глубине z=-d/2.
[0175] Например, рассмотрим принимающую структуру, содержащую настроенный резонатор ЗОба по Фиг. 18В, включающий катушку LR и вертикальную линию питания, подсоединенную между катушкой LR и зарядным терминалом TR. При зарядном терминале TR, расположенном на определенной высоте над проводящей средой 2 03 с потерями, суммарный фазовый сдвиг Ф катушки LR и вертикальной линии питания может быть согласован с углом (?) наклона волны в местоположении настроенного резонатора ЗОба. Из Уравнения (22) можно видеть, что наклон волны асимптотически подходит к
W = \W\e^
(97) ,
где sr представляет сбой относительную диэлектрическую проницаемость, а о1 является удельной проводимостью проводящей среды 2 03 с потерями в местоположении принимающей структуры, s является диэлектрической проницаемостью свободного пространства, а ш=2л/, где / является частотой возбуждения. Таким образом, угол (?) наклона волны может быть определен из Уравнения (97).
[0176] Суммарный фазовый сдвиг (Ф=9С+9У) настроенного резонатора ЗОба включает в себя как фазовую задержку (9С) через катушку LR, так и фазовую задержку (9У) вертикальной линии питания. Пространственная фазовая задержка по длине lw проводника вертикальной линии питания может быть задана как 9y=|3wlw, где |3W является постоянной фазы распространения для проводника вертикальной линии питания. Фазовая задержка, обусловленная катушкой (или линией спиральной задержки), составляет 9с=Рр1с, с физической длиной 1С и коэффициентом распространения в виде
R - - - 2тг
p яр vfXo (98) ,
где V/ является коэффициентом скорости в структуре, Хо является длиной волны при подводимой частоте, а Хр является длиной волны распространения, получаемой в результате коэффициента V/ скорости. Одна или обе из фазовых задержек (9С+9У) могут быть отрегулированы для согласования фазового сдвига Ф с углом (?) наклона волны. Например, для регулирования фазовой задержки (9С) катушки, чтобы согласовать суммарный фазовый сдвиг с углом наклона волны (Ф=1Р),может быть отрегулировано положение отвода на катушке LR по Фиг. 18В. Например, можно обойти часть катушки за счет подсоединения отвода, как проиллюстрировано на Фиг. 18В. Проводник вертикальной линии питания также может быть соединен с катушкой LR через отвод, чье положение на катушке может быть отрегулировано для согласования суммарного фазового сдвига с углом наклона волны.
[0177] Как только фазовая задержка (Ф) настроенного резонатора ЗОба была отрегулирована, импеданс зарядного терминала TR затем может быть отрегулирован для настройки на резонанс относительно идеально проводящей мнимой заземляющей плоскости на комплексной глубине z=-d/2. Это может быть осуществлено за счет регулирования емкости зарядного терминала Т1 без изменения фазовых задержек бегущей волны у катушки LR и вертикальной линии питания. Регулировки являются сходными с теми, что описаны в отношении Фиг. 9А и 9В.
[017 8] Импеданс, видимый при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями на комплексную отображенную плоскость, задается как:
2 in = Rin +jXtn = Z0 tanh(/0o(d/2)) {99) /
где @° ~ ^yffto^o _ Для вертикально поляризованных источников через Землю глубина комплексной мнимой плоскости может быть задана как:
d/2 " 1/V; где является проницаемостью проводящей среды 2 03 с
потерями и Si=srSo •
[0179] У основания настроенного резонатора ЗОба импеданс, видимый при "взгляде вверх" на принимающую структуру, составляет Zt=Zbase/ как проиллюстрировано на Фиг. 9А. При импедансе терминала в виде:
Z = -
R ) <*CR (101),
где CR является собственной емкостью зарядного терминала TR,
причем импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник
вертикальной линии питания настроенного резонатора ЗОба,
задается как:
2 _7 ZR+ZW tanhQ-ffwftw) _ ^ ZR+ZW tanh(;gy) 2 _ W ZW+ZR tanh(jpwhw) ~ W ZW+ZR tanh(j6y) ц02) ,
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку LR настроенного резонатора ЗОба, задается как:
Z2+ZR tanhpffptt) _ z2+ZR tanhQSJ ' ZR+Z2 tanh(jPpH) C ZR+Z2 tanhOej (ЮЗ)
'-•base - nbase ~ J^base ~ 7 , 7 M"L/: n u\ ~ Ac
За счет согласования реактивной составляющей (Xin) , видимой при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями, с реактивной составляющей (Xbase) , видимой при "взгляде вверх" на настроенный резонатор ЗОба, ввод в моду направленного поверхностного волновода может быть максимизирован.
[0180] Обратимся далее к Фиг. 18С, где показан пример настроенного резонатора ЗОба, который не включает в себя зарядный терминал TR в верхней части принимающей структуры. В этом варианте осуществления настроенный резонатор ЗОбЬ не включает в себя вертикальную линию питания, подсоединенную между катушкой LR и зарядным терминалом TR. Таким образом, суммарный фазовый сдвиг (Ф) настроенного резонатора ЗОбЬ включает в себя только фазовую задержку (9С) через катушку LR. Как при настроенном резонаторе ЗОба по Фиг. 18В, фазовая задержка 9С катушки может быть отрегулирована для согласования угла (?) наклона волны, определенного из Уравнения (97), что приводит к Ф=1Р. Несмотря на то, что с помощью принимающей структуры возможно извлечение мощности, введенной в моду поверхностного волновода, сложно отрегулировать принимающую структуру, чтобы
максимизировать связывание с направляемой поверхностной волной без переменной реактивной нагрузки, предоставленной зарядным терминалом TR.
[0181] Обратимся к Фиг. 18D, где показана блок-схема 180, иллюстрирующая пример регулирования принимающей структуры для по существу согласования по моде с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями. Начиная с этапа 181, если принимающая структура включает в себя зарядный терминал TR (например, настроенный резонатор ЗОба по Фиг. 18В), тогда зарядный терминал TR располагается на определенной высоте над проводящей средой 2 03 с потерями на этапе 184. Как только поверхностная направляемая волна была создана зондом 200 направленного поверхностного волновода, физическая высота (hp) зарядного терминала TR может находиться ниже эффективной высоты. Физическая высота может быть выбрана для уменьшения или минимизирования связанного заряда на зарядном терминале TR (например, в четыре раза больше сферического диаметра зарядного терминала). Если принимающая структура не включает в себя зарядный терминал TR (например, настроенного резонатора ЗОбЬ по Фиг. 18С), тогда путь переходит к этапу 187.
[0182] На этапе 187 электрическая фазовая задержка Ф принимающей структуры согласуется с комплексным углом ? наклона волны, определяемым локальными характеристиками проводящей среды 2 03 с потерями. Фазовая задержка (9С) спиральной катушки и/или фазовая задержка (9У) вертикальной линии питания может быть отрегулирована, делая Ф равной углу (?) наклона (W) волны. Угол (?) наклона волны может быть определен из Уравнения (8 6). Затем электрическая фаза Ф может быть согласована с углом наклона волны. Например, электрическая фазовая задержка Ф=9С+9У может быть отрегулирована за счет изменения геометрических параметров катушки LR и/или длины (или высоты) проводника вертикальной линии питания.
[0183] Далее на этапе 190 импеданс нагрузки зарядного терминала TR может быть настроен на резонанс с эквивалентной
моделью мнимой плоскости настроенного резонатора ЗОба. Глубина (d/2) проводящей мнимой заземляющей плоскости 139 (Фиг. 9А) ниже принимающей структуры может быть определена с использованием Уравнения (100) и значения проводящей среды 203 с потерями (например, Земли) на принимающей структуре, которые могут быть измерены локально. Используя данную комплексную глубину, фазовый сдвиг (0d) между мнимой заземляющей плоскостью 139 и физической границей 136 (Фиг. 9А) проводящей среды 203 с потерями, может быть определен с использованием 0d=Po d/2. Импеданс (Zin), видимый при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями, затем может быть определен с использованием Уравнения (99). Эта резонансная взаимосвязь может быть рассмотрена, чтобы максимизировать связывание с направляемыми поверхностными волнами.
[0184] На основании отрегулированных параметров катушки LR и длины проводника вертикальной линии питания, могут быть определены коэффициент скорости, фазовая задержка и импеданс катушки LR и вертикальной линии питания. Кроме того, собственная емкость (CR) зарядного терминала TR может быть определена с использованием, например, Уравнения (24) . Коэффициент (РР) распространения для катушки LR может быть определен с использованием Уравнения (98), и постоянная (Pw) фазы распространения для вертикальной линии питания может быть определена с использованием Уравнения (49) . Используя собственную емкость и определенные значения катушки LR и вертикальной линии питания, импеданс (Zbase) настроенного резонатора ЗОба, видимый при "взгляде вверх" на катушку LR, может быть определен с использованием Уравнений (101), (102), и (103).
[0185] Эквивалентная модель мнимой плоскости по Фиг. 9А также применяется к настроенному резонатору ЗОба по Фиг. 18В. Настроенный резонатор ЗОба может быть настроен на резонанс относительно комплексной мнимой плоскости за счет регулирования импеданса ZR нагрузки зарядного терминала TR так, что реактивная составляющая Xbase для Zbase аннулирует реактивную составляющую Xin для Zin или Xbase+Xin=0. Таким образом, импеданс на физической
границе 13 6 (Фиг. 9А) при "взгляде вверх" на катушку настроенного резонатора ЗОба сопрягается с импедансом на физической границе 13 6 при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями. Импеданс ZR нагрузки может быть отрегулирован за счет изменения емкости (CR) зарядного терминала TR без изменения электрической фазовой задержки Ф=9С+9У, видимой зарядным терминалом TR. Может быть предпринят итерационный подход для настройки импеданса ZR нагрузки на резонанс эквивалентной модели мнимой плоскости относительно проводящей мнимой заземляющей плоскости 139. Таким образом, ввод электрического поля в моду направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли) может быть улучшен и/или максимизирован.
[018 6] Обратимся к Фиг. 19, где магнитная катушка 309 содержит цепь приема, которая связана через сеть 333 согласования импедансов с электрической нагрузкой 33 6. Чтобы способствовать приему и/или извлечению электромагнитной мощности из направляемой поверхностной волны, магнитная катушка 309 может быть расположена так, что магнитный поток Нф направляемой поверхностной волны проходит через магнитную катушку 309, тем самым возбуждая ток в магнитной катушке 309 и создавая напряжение точки вывода на ее выходных выводах 330. Магнитный поток направляемой поверхностной волны, связанной с катушкой с единственным витком, выражен как
T = ffAcsWoH-MA {104)/
где Т является связанным магнитным потоком, \хг является эффективной относительной диэлектрической проницаемостью сердечника магнитной катушки 309, \х0 является диэлектрической
проницаемостью свободного пространства, И является вектором напряженности падающего магнитного поля, п является единичным вектором нормали к площади поперечного сечения витков и Acs является площадью, заключенной каждой петлей. Для N-витковой магнитной катушки 309, ориентированной на максимальное связывание с падающим магнитным полем, которое является
однородным по площади поперечного сечения магнитной катушки 309, индуцированное напряжение разомкнутой цепи, возникающее на выходных выводах 33 0 магнитной катушки 30 9, составляет
V=-N-"-j где переменные определяются выше. Магнитная катушка 309 может быть настроена на частоту направляемой поверхностной волны либо в качестве распределенного резонатора, либо с помощью внешнего конденсатора через ее выходные выводы 330, в зависимости от обстоятельств, и затем согласована по импедансу с внешней электрической нагрузкой 33 6 через сопряженную сеть 333 согласования импедансов.
[0187] Предполагая, что результирующая цепь, представленная магнитной катушкой 309 и электрической нагрузкой 336, является правильно отрегулированной и согласованной по сопряженному импедансу, через сеть 333 согласования импедансов, ток, индуцированный в магнитной катушке 309, может быть использован для оптимального запитывания электрической нагрузки 33 6. Цепь приема, представленная магнитной катушкой 309, обеспечивает преимущество в том, что не требуется, чтобы она была физически соединена с заземлением.
[0188] Со ссылкой на Фиг. 18А, 18В, 18С и 19, цепи приема, представленные линейным зондом 303, согласованной по моде структурой 30 6 и магнитной катушкой 309, каждая способствует приему электрической мощности, передаваемой от зонда 2 00 направленного поверхностного волновода по любому из вышеописанных вариантов осуществления. При этом, как можно понять, принимаемая энергия может быть использована для подачи питания к электрической нагрузке 315/327/336 через сопряженную цепь согласования. Это контрастирует с сигналами, которые могут быть приняты в приемнике, которые были переданы в виде излучаемого электромагнитного поля. Такие сигналы обладают очень низкой доступной мощностью, и приемники таких сигналов не нагружают передатчики.
[0189] Для настоящих направляемых поверхностных волн, генерируемых с использованием вышеописанных зондов 2 00
направленного поверхностного волновода, также характерно то, что цепи приема, представленные линейным зондом 3 03, согласованной по моде структурой 30 6 и магнитной катушкой 309, будут нагружать источник 212 возбуждения (например, Фиг. 3, 12 и 16), который применяется к зонду 200 направленного поверхностного волновода, тем самым генерируя направляемую поверхностную волну, действию которой подвергаются такие цепи приема. Это отражает факт того, что направляемая поверхностная волна, генерируемая данным вышеописанным зондом 200 направленного поверхностного волновода, содержит моду линии передачи. Для сравнения, источник питания, который приводит в действие излучающую антенну, которая генерирует излучаемую электромагнитную волну, не нагружается приемниками, независимо от числа используемых приемников.
[0190] Таким образом, вместе один или более зондов 200 направленного поверхностного волновода и одна или более цепей приема в виде линейного зонда 303, настроенной согласованной по моде структуры 30 6 и/или магнитной катушки 309, могут составлять систему беспроводного распределения. При условии, что расстояние передачи направляемой поверхностной волны с использованием зонда 200 направленного поверхностного волновода, как изложено выше, зависит от частоты, возможно достижение беспроводного распределения мощности (питания) по широким зонам и даже глобально.
[0191] Обычные системы беспроводной передачи/распределения
мощности, широко исследуемые в настоящее время, включают в себя
"сбор энергии" из полей излучения, а также связывание датчика с
индуктивными или реактивными ближними полями. В
противоположность, настоящая беспроводная система питания не растрачивает энергию в виде излучения, которое, если не перехватывается, теряется навсегда. Также раскрываемая в настоящем беспроводная система питания не ограничивается очень короткими диапазонами, как при обычных взаимно связанных по реактивному сопротивлению системах ближнего поля. Раскрываемая здесь беспроводная система питания связывается зондами с новой поверхностно-направляемой модой линии передачи, что эквивалентно доставке мощности к нагрузке за счет волновода или нагрузке,
непосредственно связанной проводами с удаленным генератором мощности. Не считая мощности, требуемой для поддержания напряженности поля передачи, плюс той, которая рассеивается в поверхностном волноводе, что при крайне низких частотах является незначительным относительно потерь на передачу в обычных высоковольтных линиях мощности при 60 Гц, вся мощность генератора поступает только на требуемую электрическую нагрузку. Когда потребность в электрической нагрузке прекращается, генерирование мощности источником относительно неактивно.
[0192] Обращаясь далее к Фиг. 2 0А-Е, показаны примеры различных схематичных символов, которые используются со ссылкой на обсуждение, которое следует ниже. При конкретном обращении к Фиг. 2 OA, показан символ, который представляет собой любой из зондов 200а, 200b, 200с, 200е, 200d, или 200f направленного поверхностного волновода; или любых их вариации. В нижеследующих чертежах и обсуждении, изображение данного символа будет именоваться как зонд Р направленного поверхностного волновода. Для простоты в нижеследующем обсуждении, любая ссылка на зонд Р направленного поверхностного волновода является ссылкой на любой из зондов 200а, 200b, 200с, 200е, 200d, или 200f направленного поверхностного волновода; или их вариации.
[0193] Сходным образом, со ссылкой на Фиг. 2 0В, показан символ, который представляет собой структуру приема направляемой поверхностной волны, которая может содержать любое из линейного зонда 303 (Фиг. 18А), настроенного резонатора 306 (Фиг. 18В-18С), или магнитной катушки 309 (Фиг. 19). В нижеследующих чертежах и обсуждении, изображение данного символа будет именоваться структурой R приема направляемой поверхностной волны. Для простоты в нижеследующем обсуждении, любая ссылка на структуру R приема направляемой поверхностной волны является ссылкой на любое из линейного зонда 303, настроенного резонатора 30 6, или магнитной катушки 309; или их вариации.
[0194] Кроме того, со ссылкой на Фиг. 20С, показан символ, который в частности представляет собой линейный зонд 303 (Фиг. 18А). В нижеследующих чертежах и обсуждении, изображение данного символа будет именоваться структурой RP приема направляемой
поверхностной волны. Для простоты в нижеследующем обсуждении, любая ссылка на структур RP приема направляемой поверхностной волны является ссылкой на линейный зонд 3 03 или его вариации.
[0195] Кроме того, со ссылкой на Фиг. 2 0D, показан символ, который в частности представляет собой настроенный резонатор 306 (Фиг. 18В-18С). В нижеследующих чертежах и обсуждении, изображение данного символа будет именоваться структурой RR приема направляемой поверхностной волны. Для простоты в нижеследующем обсуждении, любая ссылка на структуру RR приема направляемой поверхностной волны является ссылкой на настроенный резонатор 306 или его вариации.
[0196] Кроме того, со ссылкой на Фиг. 2 0Е, показан символ, который в частности представляет собой магнитную катушку 309 (Фиг. 19). В нижеследующих чертежах и обсуждении, изображение данного символа будет именоваться структурой RM приема направляемой поверхностной волны. Для простоты в нижеследующем обсуждении, любая ссылка на структуру RM приема направляемой поверхностной волны является ссылкой на магнитную катушку 309 или ее вариации.
[0197] Обращаясь теперь к Фиг. с 21А по 21С, показаны примеры измерителей 2103 поля, рассредоточенных в зоне относительно зонда 200 направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В то время как Фиг. с 21А по 21С иллюстрируют местоположения измерителей 2103 поля относительно зонда 200 направленного поверхностного волновода, следует отметить, что сходная технология и логика могут быть использованы в любом типе устройства измерения условия, таких как, например, зонды измерения проводимости, датчики диэлектрической проницаемости, измерители параметра заземления, средства мониторинга тока, приемники нагрузки, и/или любой другой тип устройства, который может осуществлять мониторинг и/или обнаруживать изменения рабочих условий и предоставлять информацию касательно рабочих условий адаптивной системе 230 управления зондом.
[0198] Измерители 2103 поля выполнены с возможностью измерения условия сигналов, генерируемых одним или более зондами
Р направленного поверхностного волновода. В различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, измерители 2130 поля представляют отчет об измеренной силе сигнала обратно системе 230 управления зондом соответствующего зонда 200 направленного поверхностного волновода, так что регулировки могут быть выполнены через систему 230 управления зондом над зондом 2 00 направленного поверхностного волновода, соответственно.
[0199] Измерители 2103 поля могут быть стационарными и/или мобильными. Мобильные измерители 2103 поля могут быть содержать обычный измеритель поля и/или могут быть сконфигурированы внутри мобильного устройства, такого как, например, сотовый телефон, планшет, компьютер класса лэптоп, и/или любое другое мобильное устройство. Фиг. 21А показывает пример измерителей 2103 поля, рассредоточенных в неоднородных местоположениях вокруг зонда 2 00 направленного поверхностного волновода. Неоднородность может быть вызвана измерителями 2103 поля, которые в настоящее время перемещаются по зоне. Например, измерители 2103 поля могут находиться внутри едущего транспортного средства, которое перемещается по общей зоне.
[0200] В некоторых вариантах осуществления, измерители 2103 поля могут быть стационарными. Фиг. 21В показывает пример стационарных измерителей 2103a-i поля, которые, по сути, однородно рассредоточены. Несмотря на то, что измерители 2103 поля на Фиг. 21В однородно рассредоточены, измерители 2103 поля могут находиться в стационарных положениях и неравномерно разнесены. Измерители 2103 поля могут быть надежно расположены в конкретном местоположении, чтобы последовательно измерять напряженность поля в конкретной зоне для одного или более зондов Р направленного поверхностного волновода, как можно понять. В других вариантах осуществления, измерители 2103 поля содержат как стационарные, так и мобильные измерители 2103 поля.
[0201] В некоторых вариантах осуществления, измерители 2103 поля индивидуально передают результаты измерения системе 230 управления зондом. В других вариантах осуществления, измерители 2103 поля могут передавать результаты измерения главному измерителю 2106М поля (Фиг. 2С) . Главный измеритель 2106М поля
может оценивать измерения от одного или более подчиненных измерителей 2103 поля и затем отправлять полезные результаты системе 230 управления зондом, как можно понять.
[02 02] Фиг. 21С является другим примером измерителей поля, рассредоточенных по зоне в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 21С отличается от Фиг. 21А и 21С тем, что Фиг. 21С включает в себя как подчиненные измерители 2103а-д поля, так и главный измеритель 2106М поля. Главный измеритель 2106М поля выполнен с возможностью приема измеренной силы сигнала от подчиненных измерителей 2103 поля и представления отчета о соответствующих измерениях зонду 200 направленного поверхностного волновода.
[0203] Обращаясь теперь к Фиг. 22А, показана сетевая среда 2200 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Сетевая среда 2200 включает в себя систему 230 управления зондом зонда 200 управляемого поверхностного волновода и один или более измерители 2103 поля, которые находятся на связи для передачи данных через сеть 2203. Сеть 2203 включает в себя, например, Интернет, интрасети, экстрасети, глобальные сети (WAN), локальные сети (LAN), проводные сети, беспроводные сети, сотовые сети, или другие подходящие сети, и т.д., или любое сочетание двух или более таких сетей.
[0204] Система 230 управления зондом может содержать одно или более вычислительные устройства, выполненные с возможностью выполнения одной или более регулировок зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, чтобы поддерживать указанные рабочие условия для зонда 200 направленного поверхностного волновода. Одно или более вычислительные устройства включают в себя, по меньшей мере, одну цепь процессора, например, с процессором и памятью.
[02 05] Различные приложения и/или другая функциональность может быть исполнена в системе 2 30 управления зондом в соответствии с различными вариантами осуществления. Также, различные данные хранятся в хранилище 22 0 9 данных, которое является доступным системе 230 управления зондом. Хранилище 2209 данных может представлять собой множество хранилищ 22 0 9 данных,
как можно понять. Данные, хранящиеся в хранилище 2209 данных, например, ассоциированы с работой различных прикладных и/или функциональных объектов, описываемых ниже.
[0206] Компоненты, исполняемые системой 230 управления зондом, включают в себя приложение 22 0 6 управления зондом и другие приложения, услуги, процессы, системы, машины, или функциональность, которая не обсуждается в данном документе подробно. Приложение 22 0 6 управления зондом может быть исполнено, чтобы оценивать данные измеренных сил сигнала и/или другие данные параметра, и выполнять регулировки зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, как можно понять, чтобы поддерживать указанные рабочие условия для зонда 2 00 направленного поверхностного волновода.
[02 07] Измеритель 2103 поля представляет собой множество измерителей 2103 поля, которые могут быть связаны с сетью 2203. Измерители 2103 поля могут содержать, например, основанную на процессоре систему, такую как компьютерная система. Такая компьютерная система может быть воплощена в виде портативного устройства, такого как система планшетного компьютера, web-панель, персональный цифровой помощник, сотовый телефон, интеллектуальный телефон, обычный измеритель поля, или другое портативное устройство с подобной возможностью. В качестве альтернативы, измеритель 2103 поля также может быть воплощен в виде других компьютерных систем, таких как настольный компьютер, компьютер класса лэптоп, web-панели, системы планшетного компьютера, или другие устройства с подобной возможностью.
[0208] Измеритель 2103 поля может содержать приложение 2212 измерителя поля. Приложение 2212 измерителя поля может быть исполнено, чтобы измерять напряженность поля и/или любой другой соответствующий условный параметр, как можно понять. Приложение 2212 измерителя поля дополнительно выполнено с возможностью обеспечения передачи измеренных условных данных системе 230 управления зондом.
[0209] Далее, со ссылкой на Фиг. 22В, показана сетевая среда 2200 в соответствии с другим вариантом осуществления. Фиг. 22В отличается от Фиг. 22А тем, что измерители 2203 поля
работают в качестве одного или более подчиненных измерителей 2103 поля на связи с главным измерителем 2106М поля. Главный измеритель 2106М поля и один или более подчиненные измерители 2103 поля находятся на связи для передачи данных друг с другом и системой 230 управления зондом через сеть 2203.
[0210] Главный измеритель 2106М поля и один или более подчиненные измерители 2103 поля могут содержать, например, основанную на процессоре систему, такую как компьютерная система. Такая компьютерная система может быть воплощена в виде портативного устройства, такого как система планшетного компьютера, web-панель, персональный цифровой помощник, сотовый телефон, интеллектуальный телефон, обычный измеритель поля, или другое портативное устройство с подобной возможностью. В качестве альтернативы, измеритель поля также может быть воплощен в виде других компьютерных систем, таких как настольный компьютер, компьютер класса лэптоп, web-панели, системы планшетного компьютера, или другие устройства с подобной возможностью.
[0211] Подчиненный измеритель 2103 поля может включать в себя приложение 2215 подчиненного измерителя поля, которое выполнено с возможностью измерения напряженности поля и/или другого соответствующего условного параметра, как можно понять. Приложение 2215 подчиненного измерителя поля может быть дополнительно выполнено с возможностью обеспечения передачи измеренных условных данных главному измерителю 2106М поля.
[0212] Главный измеритель 2106М поля может включать в себя приложение 2218 главного измерителя поля. Приложение 2218 главного измерителя поля может быть исполнено, чтобы измерять напряженность поля и/или другой соответствующий условный параметр, как можно понять. Приложение 2218 главного измерителя поля дополнительно может обеспечивать прием и/или оценку измерений, полученных от одного или более подчиненных измерителей 2103 поля. Приложение 2218 главного измерителя поля может быть дополнительно выполнено с возможностью обеспечения передачи соответствующих измерений системе 230 управления зондом. Соответствующие измерения могут быть переданы
индивидуально или в качестве массива измерении напряженности поля.
[0213] Обращаясь далее к Фиг. 23, показана блок-схема, которая предоставляет пример работы, по меньшей мере, части приложения 2212 измерителя поля или приложения 2215 подчиненного измерителя поля в соответствии с различными вариантами осуществления. Следует понимать, что блок-схема Фиг. 2 3 предоставляет лишь пример многих разных типов функциональных компоновок, которые могут быть использованы, чтобы реализовывать работу приложения 2212 измерителя поля или приложения 2215 подчиненного измерителя поля, как описывается в данном документе. В качестве альтернативы, блок-схема Фиг. 23 может быть рассмотрена, как изображающая пример элементов способа, реализуемого в измерителе 2103 поля, в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[0214] Фиг. 23 предоставляет пример функциональности, которая может быть выполнена измерителем 2103 поля или подчиненным измерителем 2103 поля в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Измеритель 2103 поля может измерять напряженность поля и/или другие соответствующие условные данные и передавать измеренные данные системе 230 управления зондом так, что система 230 управления зондом может выполнять соответствующие регулировки работы зонда 200 направленного поверхностного волновода, как можно понять. В некоторых вариантах осуществления, измеритель 2103 поля измеряет напряженность поля в ответ на прием запроса и/или ввода, предписывающего измерителю 2103 поля измерять напряженность поля и/или другие условные данные параметра. В других вариантах осуществления, измеритель 2103 поля измеряет напряженность поля периодически без приема конкретного запроса на измерение напряженности поля.
[0215] Начиная с блока 2303, может быть определена соответствующая частота, на которой измерять напряженность поля. Частота относится к частоте работы зонда 200 направленного поверхностного волновода. Частота, на которой измерять, может быть определена на основании, частично, предварительно
определенной частоты, цикла частот, ранее измеренных частот, и т.д. В некоторых вариантах осуществления, запрос может быть принят от системы 230 управления зондом или главного измерителя 2106М поля, запрашивающего измерения напряженности поля и/или другие соответствующие условные данные измерения. Запрос может дополнительно содержать частоту, на которой у измерителя 2103 запрашивается измерение. В других вариантах осуществления, может быть принят ввод вручную, предписывающий измерителю 2103 поля измерять напряженность поля и/или другие условные данные параметра, как можно понять. Ввод вручную может быть предоставлен через интерфейс пользователя в измерителе 2103 поля. Ввод вручную может дополнительно включать в себя конкретную частоту, на которой измерять.
[0216] В блоке 230 6, напряженность поля может быть измерена, как можно понять, и местоположение измерителя 2103 поля может быть определено в блоке 2309. Местоположение измерителя 2103 поля может быть определено через глобальную систему позиционирования (GPS), триангуляцию точек доступа Wi-Fi, и т.д. В блоке 2312, измерение и местоположение могут быть отправлены системе 230 управления зондом или главному измерителю 2106М поля. В блоке 2315, может быть определено, присутствуют ли другие частоты для измерения. Если приложение 2212 измерителя поля или приложение 2215 подчиненного измерителя поля определяет, что присутствуют другие частоты для измерения, поток переходит к блоку 2303, где вновь начинается определение частоты. В противном случае, поток заканчивается.
[0217] Продолжая с Фиг. 24, показана блок-схема, которая предоставляет другой пример работы части приложения 2212 измерителя поля или приложения 2215 подчиненного измерителя поля в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Следует понимать, что блок-схема Фиг. 2 4 предоставляет лишь пример многих разных типов функциональных компоновок, которые могут быть использованы, чтобы реализовывать работу измерителя 2103 поля, как описывается в данном документе. В качестве альтернативы, блок-схема Фиг. 24 может быть рассмотрена, как изображающая пример элементов способа,
реализуемого в измерителе 2103 поля в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[0218] Фиг. 24 предоставляет пример функциональности, которая может быть выполнена измерителем 2103 поля или подчиненным измерителем 2103 поля в отношении обеспечения данных измерения для нескольких зондов 200 направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Измеритель 2103 поля может определять, какому зонду 200 направленного поверхностного волновода передавать измеренные данные, на основании частично, местоположения измерителя 2103 поля относительно местоположения соответствующего зонда 200 направленного поверхностного волновода.
[0219] Начиная с блока 2403, может быть определено, наступило ли время, чтобы начать измерение напряженности поля и/или другого параметра условия. Например, измеритель 2103 поля может быть выполнен с возможностью измерения напряженности поля периодически (например, ежечасно, ежедневно, еженедельно, и т.д.) . Соответственно, приложение 2212 измерителя поля или приложение 2215 подчиненного измерителя поля может точно определять конкретное время, чтобы измерять напряженность поля частично в период времени. В других вариантах осуществления, приложение 2212 измерителя поля или приложение 2215 подчиненного измерителя поля может определять, что наступило время, чтобы измерять напряженность поля, в ответ на прием запроса на измерение напряженности поля. Запрос может содержать ввод вручную в измеритель 2103 поля. В других вариантах осуществления, запрос может быть принят от системы 230 управления зондом или главного измерителя 2106М поля по одному или более зондам Р направленного поверхностного волновода.
[0220] По определению того, что наступило время, чтобы измерять напряженность поля, поток переходит к блоку 2406, где может быть определено местоположение измерителя 2103 поля. Местоположение измерителя 2103 поля может быть определено через глобальную систему позиционирования (GPS), триангуляцию точек доступа Wi-Fi, и т.д. В блоке 2409, определяется, какой системе
230 управления зондом или главному измерителю 2106М поля отправлять данные измерения на основании, частично, местоположения измерителя 2103 поля или подчиненного измерителя 2103 поля. Например, предполагая, что присутствует два разных зонда Р направленного поверхностного волновода внутри конкретной зоны и что измеритель 2103 поля ближе по расстоянию к первому зонду 200 направленного поверхностного волновода, чем к другому. На основании местоположения измерителя 2103 поля, измерение напряженности поля может быть неактуальным для зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, который дальше. Соответственно, приложение 2212 измерителя поля или приложение 2215 подчиненного измерителя поля может определять, что данные измерения должны быть переданы первому зонду 2 00 направленного поверхностного волновода, а не другому. Тем не менее, если расстояние между измерителем 2103 поля или подчиненным измерителем 2103 поля и вторым зондом 200 направленного поверхностного волновода находится в рамках предварительно определенного расстояния, измеренные данные могут быть полезными. Раз так, то приложение 2212 измерителя поля или приложение 2215 подчиненного измерителя поля может определять отправлять измеренные данные обоим зондам Р направленного поверхностного волновода.
[0221] В блоке 2412, измеритель 2103 поля измеряет напряженность поля и/или другие условные данные параметра, как можно понять. В блоке 2415, измеренные данные и местоположение отправляются главным измерителям 2106М поля или системам 230 управления зондом соответствующих зондов Р направленного поверхностного волновода, как определено.
[0222] Обращаясь далее к Фиг. 25, показана блок-схема, которая предоставляет пример работы, по меньшей мере, части приложения 2218 главного измерителя поля в соответствии с различными вариантами осуществления. Следует понимать, что блок-схема Фиг. 25 предоставляет лишь пример многих разных типов функциональных компоновок, которые могут быть использованы, чтобы реализовывать работу приложения 2218 главного измерителя поля, как описывается в данном документе. В качестве
альтернативы, блок-схема Фиг. 25 может быть рассмотрена, как изображающая пример элементов способа, реализуемого в главном измерителе 2106М поля в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[0223] Фиг. 25 предоставляет пример функциональности, которая может быть выполнена приложением 2218 главного измерителя поля в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Приложение 2218 главного измерителя поля может быть выполнено с возможностью обеспечения приема данных от одного или более подчиненных измерителей 2103 поля и передачи собранных данных измерения системе 230 управления зондом.
[0224] Начиная в блоке 2503, запрос может быть отправлен одному или более подчиненным измерителям 2103 поля в отношении данных измерения. Запрос может быть отправлен периодически или в ответ на событие. Одно такое событие может включать в себя запрос вручную, чтобы регулировать зонд 2 00 направленного поверхностного волновода. В некоторых вариантах осуществления, один или более подчиненные измерители 2103 поля являются подмножеством подчиненных измерителей 2103 поля в предварительно определенной зоне вблизи зонда 200 направленного поверхностного волновода. В блоке 2 506, данные измерения могут быть получены от, по меньшей мере, одного из одного или более подчиненных измерителей 2103 поля. Данные измерения могут содержать измерения напряженности поля, местоположение соответствующего подчиненного измерителя 2103 поля, время измерения, и/или любой другой подходящий тип данных измерения. В блоке 2 506, данные измерения могут быть добавлены в массив измерения. Массив измерения может содержать данные измерения, ассоциированные с одним или более измерениями, соответствующими одному или более подчиненным измерителям 2103 поля.
[0225] В блоке 2512, может быть определено, содержит ли массив измерения предварительно определенное пороговое число измерений. Если массив измерения содержит предварительно определенное пороговое число измерений, поток переходит к блоку 2515. В противном случае, поток переходит к блоку 2506. В блоке
2515, массив измерения может быть отправлен системе 230 управления зондом.
[0226] Обращаясь далее к Фиг. 26, показана блок-схема, которая предоставляет один пример работы, по меньшей мере, части приложения 22 0 6 управления зондом в соответствии с различными вариантами осуществления. Следует понимать, что блок-схема на Фиг. 2 6 предоставляет лишь пример многих разных типов функциональных компоновок, которые могут быть использованы, чтобы реализовывать работу приложения 22 0 6 управления зондом, как описывается в данном документе. В качестве альтернативы, блок-схема Фиг. 2 6 может быть рассмотрена, как изображающая пример элементов способа, реализуемого в системе 230 управления зондом, в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[0227] Фиг. 2 6 предоставляет пример функциональности, которую может обеспечивать приложение 22 0 6 управления зондом в ответ на прием данных измерения от измерителя 2103 поля и/или главного измерителя 2103 поля в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Приложение 22 0 6 управления зондом оценивает принятые данные измерения от одного или более измерителей 2103 поля, чтобы определять соответствующие регулировки, которые могут потребоваться, для работы зонда 200 направленного поверхностного волновода, как можно понять.
[0228] Начиная с блока 2603, определяется частота. Частота зависит от рабочей частоты, на которой осуществляет передачу зонд 200 направленного поверхностного волновода. Тем не менее, поскольку зонд 200 направленного поверхностного волновода может работать на нескольких частотах, конкретная частота может быть выбрана для соответствующих регулировок. Например, если система 230 управления зондом регулирует рабочие параметры зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, работающего на частоте НОкГц, тогда приложение 22 0 6 управления зондом будет способствовать определению, что частота составляет НОкГц.
[0229] В блоке 2606, данные измерения принимаются от источника. Источник может содержать один или более измерителей
2103 поля и/или один или более главных измерителей 2106М поля. Например, в некоторых вариантах осуществления, данные измерения могут содержать индивидуальные данные напряженности поля от соответствующих измерителей 2103 поля или главного измерителя 2106М напряженности поля. Данные измерения также могут содержать информацию о местоположении. В других вариантах осуществления, данные измерения могут содержать массив данных измерения, ассоциированных с несколькими измерителями 2103 поля. Массив данных измерения может содержать массив измерения от одного или более измерителей 2103 поля за конкретный период времени и/или по различным местоположениям. В некоторых вариантах осуществления, массив данных измерения может быть принят от одного или более измерителей 2103 поля. В других вариантах осуществления, массив данных измерения может быть принят от одного или более главных измерителей 2106М поля.
[0230] В блоке 2 609, данные измерения могут быть оценены. При оценке данных измерения, приложение 22 0 6 управления зондом может обеспечивать оценку времени измерения, местоположения измерителя поля, и/или другие различные факторы, ассоциированные с данными измерения. В блоке 2 612, может быть определено, являются ли измеренные данные пригодными для использования. Например, если время, в которое конкретное измерение было принято, находится за пределами предварительной определенной пороговой величины, данные измерения могут не считаться полезными. В другом примере, местоположение соответствующего измерителя 2103 поля, ассоциированного с данными измерения, может превышать предварительно определенное расстояние от зонда 200 направленного поверхностного волновода. Соответственно, данные измерения, ассоциированные с измерителем 2103 поля, которые превышают предварительно определенное расстояние, могут не считаться полезными. Если данные измерения считаются пригодными для использования, поток переходит к блоку 2 615. В противном случае, поток возвращается в блок 2606.
[0231] В блоке 2 615, данные измерения добавляются в массив измерения. В блоке 2 618, может быть определено, было ли пороговое число измерений получено внутри массива. Например,
если массив измерения включает в себя только пять измерений, а предварительно определенная пороговая величина составляет двадцать, приложение 22 0 6 управления зондом может сделать вывод о том, что получено недостаточно измерений. Тем не менее, если массив измерения включает в себя тридцать измерений, может быть определено, что пороговое число измерений удовлетворяется. Если пороговое число измерений удовлетворяется, поток переходит к блоку 2621. В противном случае, поток возвращается в блок 2606.
[0232] В блоке 2621, соответствующие регулировки могут быть определены для выполнения над зондом 2 00 направленного поверхностного волновода, на основании, частично, полученных измерений. В блоке 2 624, может быть определено, присутствуют ли другие частоты для рассмотрения и получения связанной напряженности поля и/или других условных измерений параметра. Если присутствуют другие частоты для рассмотрения, поток возвращается в блок 2603. В противном случае, поток 2206 заканчивается.
[0233] Несмотря на то, что приложение 2206 управления зондом, приложение 2212 измерителя поля, приложение 2218 главного измерителя поля, приложение 2215 подчиненного измерителя поля, и другие различные системы, описываемые в данном документе, могут быть воплощены в программном обеспечении или коде, исполняемом аппаратным обеспечением общего назначения, как обсуждалось выше, в качестве альтернативы тоже самое также может быть воплощено в специальном аппаратном обеспечении или сочетании программного обеспечения/аппаратного обеспечения общего назначения и специального аппаратного обеспечения. При воплощении в специальном аппаратном обеспечении, каждое может быть реализовано в качестве цепи или конечного автомата, который использует любую одну из или сочетание некоторого числа технологий. Эти технологии могут включать в себя, но не ограничиваются, цепи дискретной логики с логическими вентилями для реализации различных логических функций по приложению одного или более сигналов данных, проблемно-ориентированные интегральные микросхемы с подходящими логическими вентилями, программируемые вентильные матрицы, или другие компоненты, и
т.д. Такие технологии, как правило, хорошо известны специалистам в соответствующей области техники и, следовательно, не описываются подробно в данном документе.
[0234] Блок-схемы на Фиг. 23-2 6 показывают функциональность и работу различных примеров частей приложения 22 0 6 управления зондом, приложения 2212 измерителя поля, и/или приложения 2218 главного измерителя поля. При воплощении в программном обеспечении, каждый блок может представлять собой модуль, сегмент, или часть кода, который содержит программные инструкции, чтобы реализовывать указанную логическую функцию(ии). Программные инструкции могут быть воплощены в виде исходного кода, который содержит читаемые человеком операторы, написанные на языке программирования, или машинного кода, который содержит числовые инструкции, распознаваемые подходящей системой исполнения, такой как процессор в компьютерной системе или другой системе. Машинный код может быть преобразован из исходного кода, и т.д. При воплощении в аппаратном обеспечении, каждый блок может представлять собой цепь или некоторое количество взаимно-соединенных цепей, чтобы реализовывать указанную логическую функцию(ии).
[0235] Несмотря на то, что блок-схемы на Фиг. 23-26
показывают конкретный порядок исполнения, следует понимать, что
порядок исполнения может отличаться от того, который изображен.
Например, порядок исполнения двух или более блоков может быть
перемешан по отношению к показанному порядку. Также, два или
более блока, показанные в последовательности на Фиг. 23-2 6,
могут быть исполнены параллельно или с частичной конкуренцией.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, один или более
блоков, показанных на Фиг. 2 3-2 6, могут быть перепрыгнуты или
опущены. Кроме того, любое количество счетчиков, переменных
состояния, предупреждающих семафоров, или сообщений может быть
добавлено в логический поток, описываемый в данном документе, с
целью улучшения практичности, учета, измерения
производительности, или обеспечения средств устранения неполадок, и т.д. Следует понимать, что все такие вариации находятся в рамках объема настоящего раскрытия.
[0236] Также, любое приложение, описанное в данном
документе, включая приложение 22 0 6 управления зондом, приложение
2212 измерителя поля, приложение 2218 главного измерителя поля,
и приложение 2215 подчиненного измерителя поля, которое содержит
программное обеспечение или код, может быть воплощено в любом не
временном машиночитаемом носителе информации для использования
посредством или в связи с системой исполнения инструкции, такой
как, например, процессор в компьютерной системе или другой
системе. В этом смысле, логика может содержать, например,
операторы, включающие в себя инструкции и объявления, которые
могут быть извлечены из машиночитаемого носителя информации и
исполнены системой исполнения инструкции. В контексте настоящего
раскрытия, "машиночитаемый носитель информации" может быть любым
носителем информации, который может содержать, хранить, или
обеспечивать логику или приложение, описанное в данном
документе, для использования посредством или в связи с системой
исполнения инструкции. Машиночитаемый носитель информации может
содержать любые из многих физических носителей информации, таких
как, например, магнитные, оптические, или полупроводниковые
носители информации. Более конкретные примеры подходящего
машиночитаемого носителя информации будут включать в себя, но не
ограничиваются, магнитные ленты, магнитные флоппи-дискеты,
магнитные жесткие накопители, карты памяти, твердотельные
накопители, USB-флэш накопители, или оптические диски. Также,
машиночитаемый носитель информации может быть памятью с
произвольным доступом (RAM), включающей в себя, например,
статическую память с произвольным доступом (SRAM) и динамическую
память с произвольным доступом (DRAM), или магнитную память с
произвольным доступом (MRAM). Кроме того, машиночитаемый
носитель информации может быть постоянной памятью (ROM),
программируемой постоянной памятью (PROM), стираемой
программируемой постоянной памятью (EPROM), электрически стираемой программируемой постоянной памятью (EEPROM), или другим типом устройства памяти.
[0237] В дополнение к вышеприведенному, различные варианты осуществления настоящего раскрытия включают в себя, но не
ограничиваются, варианты осуществления, изложенные в нижеследующих пунктах.
[0238] Пункт 1. Система, содержащая: систему управления зондом, которая связана с зондом направленного поверхностного волновода, причем система управления зондом выполнена с возможностью регулирования одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода; и множество измерителей поля, которые находятся на связи для передачи данных с системой управления зондом, причем множество измерителей поля выполнены с возможностью: измерения напряженности поля, ассоциированной с электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода; и сообщения информации о напряженности поля системе управления зондом, причем информация о напряженности поля включает в себя измеренную напряженность поля.
[0239] Пункт 2. Система по пункту 1, в которой зонд направленного поверхностного волновода содержит зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями, выполненный с возможностью генерирования электромагнитного поля, которое синтезирует падение волнового фронта под комплексным углом (0i,в) падения Брюстера к проводящей среде с потерями.
[024 0] Пункт 3. Система по пункту 2, в которой зонд направленного поверхностного волновода содержит сеть питания, электрически связанную с зарядным терминалом, причем сеть питания обеспечивает фазовую задержку (Ф) , которая согласована с углом (?) наклона волны, ассоциированным с комплексным углом (0i,B) падения Брюстера, ассоциированным с проводящей средой с потерями в окрестности зонда направленного поверхностного волновода.
[0241] Пункт 4. Система по любому из пункта 1-3, в которой, по меньшей мере, один измеритель поля является стационарным, так что местоположение, по меньшей мере, одного измерителя поля является одинаковым для повторяющихся измерений напряженности поля.
[0242] Пункт 5. Система по любому из пункта 1-3, в которой,
по меньшей мере, один измеритель поля является мобильным, так что местоположение, по меньшей мере, одного измерителя поля варьируется для ряда повторяющихся измерений напряженности поля.
[0243] Пункт б. Система по любому из пункта 1-5, в которой информация о напряженности поля дополнительно включает в себя местоположения по глобальной системе позиционирования (GPS) множества измерителей поля, ассоциированных с измеренной напряженностью поля.
[0244] Пункт 7. Система по пункту 1-6, в которой информация о напряженности поля дополнительно включает в себя время измерения измеренной напряженности поля.
[0245] Пункт 8. Система по любому из пункта 1-7, в которой регулировка одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода основана на, по меньшей мере частично, информации о напряженности поля.
[0246] Пункт 9. Способ, содержащий этапы, на которых: принимают, через систему управления зондом, измерение напряженности поля от устройства измерения, причем измерение напряженности поля соответствует напряженности поля электромагнитного поля, генерируемого зондом направленного поверхностного волновода; определяют, через систему управления зондом, учитывать ли измерение напряженности поля для регулирования одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода, на основании, по меньшей мере частично, времени, соответствующего тому, когда напряженность поля была измерена, и местоположения устройства измерения в момент, когда напряженность поля была измерена; и регулируют, через систему управления зондом, один или более рабочих параметров, ассоциированных с зондом направленного поверхностного волновода, причем регулировка одного или более рабочих параметров основана на, по меньшей мере частично, измерении напряженности поля.
[0247] Пункт 10. Способ по пункту 9, в котором зонд направленного поверхностного волновода содержит зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями, выполненный с возможностью генерирования электромагнитного поля,
которое синтезирует падение волнового фронта под комплексным углом (01,в) падения Брюстера к проводящей среде с потерями.
[024 8] Пункт 11. Способ по пункту 10, дополнительно содержащий сеть питания, электрически связанную с зарядным терминалом, причем сеть питания обеспечивает фазовую задержку (Ф), которая согласована с углом (?) наклона волны, ассоциированным с комплексным углом (0±,в) падения Брюстера, ассоциированным с проводящей средой с потерями в окрестности зонда направленного поверхностного волновода.
[0249] Пункт 12. Способ по любому из пункта 9-11, дополнительно содержащий этап, на котором отправляют, через систему управления зондом, запрос устройству измерения в отношении измерения напряженности поля.
[0250] Пункт 13. Способ по любому из пункта 9-12, дополнительно содержащий этап, на котором добавляют, через систему управления зондом, измерение напряженности поля в массив измерения, включающий в себя множество других измерений напряженности поля, ассоциированных с, по меньшей мере, одним другим устройством измерения, в ответ на определение, учитывать измерение напряженности поля.
[0251] Пункт 14. Способ по пункту 13, в котором один или более рабочих параметров регулируются в ответ на массив измерения, включающий в себя предварительно определенное число измерений.
[02 52] Пункт 15. Способ по любому из пункта 9-14, дополнительно содержащий этап, на котором определяют, через систему управления зондом, расстояние между устройством измерения и зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с местоположением, и при этом этап, на котором определяют, учитывать ли измерение напряженности поля, основан на, по меньшей мере частично, том, что расстояние находится в пределах предварительно определенного расстояния от зонда направленного поверхностного волновода.
[02 53] Пункт 16. Способ по любому из пункта 9-15, в котором устройство измерения является мобильным.
[0254] Пункт 17. Способ, содержащий этапы, на которых: определяют, через устройство измерения, частоту, ассоциированную с электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода; измеряют, через устройство измерения, напряженность поля электромагнитного поля в соответствии с частотой; и представляют отчет, через устройство измерения, о напряженности поля системе управления зондом, ассоциированной с зондом направленного поверхностного волновода, причем система управления зондом выполнена с возможностью выполнения одной или более регулировок над зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с измеренной напряженностью поля.
[0255] Пункт 18. Способ по пункту 17, в котором зонд направленного поверхностного волновода содержит зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями, выполненный с возможностью генерирования электромагнитного поля, которое синтезирует падение волнового фронта под комплексным углом (0i,в) падения Брюстера к проводящей среде с потерями.
[0256] Пункт 19. Способ по пункту 18, в котором зонд направленного поверхностного волновода содержит сеть питания, электрически связанную с зарядным терминалом, причем сеть питания обеспечивает фазовую задержку (Ф) , которая согласована с углом (?) наклона волны, ассоциированным с комплексным углом (01,в) падения Брюстера, ассоциированным с проводящей средой с потерями в окрестности зонда направленного поверхностного волновода.
[0257] Пункт 20. Способ по любому из пункта 17-19, дополнительно содержащий этап, на котором определяют время и местоположение, ассоциированные с измерением напряженности поля, и при этом время и местоположение сообщаются с напряженностью поля системе управления зондом.
[0258] Пункт 21. Способ по любому из пункта 17-20, дополнительно содержащий этапы, на которых: принимают, через устройство измерения, множество других измерений напряженности поля электромагнитного поля от множества других устройств измерения; собирают, через устройство измерения, массив
измерения, включающий в себя измеренную напряженность поля и множество других измерений напряженности поля; и при этом этап, на котором сообщают напряженность поля системе управления зондом, содержит этап, на котором сообщают массив измерения системе управления зондом.
[0259] Пункт 22. Способ по пункту 21, в котором устройство измерения является главным измерителем поля, а множество других устройств измерения являются множеством подчиненных измерителей поля.
[02 60] Пункт 23. Способ по пункту 22, в котором напряженность поля сообщается системе управления зондом через главный измеритель поля.
[02 61] Следует подчеркнуть, что описанные выше варианты осуществления настоящего раскрытия являются лишь возможными примерами реализаций, изложенных для четкого понимания принципов раскрытия. Много вариаций и модификаций может быть выполнено в отношении описанного выше варианта(ов) осуществления, не отступая, по существу, от сущности и принципов раскрытия. Подразумевается, что все такие модификации и вариации должны быть включены здесь в рамках объема данного раскрытия и защищены нижеследующей формулой изобретения. Кроме того, все опциональные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления и зависимых пунктов формулы изобретения являются используемыми во всех аспектах раскрытия описанного в данном документе. Кроме того, отдельные признаки зависимых пунктов формулы изобретения, а также опциональные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления являются комбинируемыми и взаимозаменяемыми друг с другом.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система, содержащая:
систему управления зондом, которая связана с зондом направленного поверхностного волновода, причем система управления зондом выполнена с возможностью регулирования одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода; и
множество измерителей поля, которые находятся на связи для передачи данных с системой управления зондом, причем множество измерителей поля выполнены с возможностью:
измерения напряженности поля, ассоциированной с электромагнитным полем, генерируемым зондом направленного поверхностного волновода; и
сообщения информации о напряженности поля системе управления зондом, причем информация о напряженности поля включает в себя измеренную напряженность поля.
2. Система по п. 1, в которой зонд направленного поверхностного волновода содержит зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями, выполненный с возможностью генерирования электромагнитного поля, которое синтезирует падение волнового фронта под комплексным углом (Э±,в) падения Брюстера к проводящей среде с потерями.
3. Система по п. 2, в которой зонд направленного поверхностного волновода содержит сеть питания, электрически связанную с зарядным терминалом, причем сеть питания обеспечивает фазовую задержку (Ф) , которая согласована с углом (?) наклона волны, ассоциированным с комплексным углом (Э±,в) падения Брюстера, ассоциированным с проводящей средой с потерями в окрестности зонда направленного поверхностного волновода.
4. Система по любому из п. п. 1-3, в которой, по меньшей мере, один измеритель поля является стационарным, так что местоположение, по меньшей мере, одного измерителя поля является одинаковым для повторяющихся измерений напряженности поля.
5. Система по любому из п. п. 1-3, в которой, по меньшей мере, один измеритель поля является мобильным, так что
2.
местоположение, по меньшей мере, одного измерителя поля варьируется для ряда повторяющихся измерений напряженности поля.
6. Система по любому из п.п. 1-5, в которой информация о
напряженности поля дополнительно включает в себя местоположения
по глобальной системе позиционирования (GPS) множества
измерителей поля, ассоциированных с измеренной напряженностью
поля.
7. Система по п.п. 1-6, в которой информация о
напряженности поля дополнительно включает в себя время измерения
измеренной напряженности поля.
8. Система по любому из п.п. 1-7, в которой регулировка одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода основана на, по меньшей мере частично, информации о напряженности поля.
9. Способ, содержащий этапы, на которых:
принимают, через систему управления зондом, измерение напряженности поля от устройства измерения, причем измерение напряженности поля соответствует напряженности поля электромагнитного поля, генерируемого зондом направленного поверхностного волновода;
определяют, через систему управления зондом, учитывать ли измерение напряженности поля для регулирования одного или более рабочих параметров зонда направленного поверхностного волновода, на основании, по меньшей мере частично, времени, соответствующего тому, когда напряженность поля была измерена, и местоположения устройства измерения в момент, когда напряженность поля была измерена; и
регулируют, через систему управления зондом, один или более рабочих параметров, ассоциированных с зондом направленного поверхностного волновода, причем регулировка одного или более рабочих параметров основана на, по меньшей мере частично, измерении напряженности поля.
10. Способ по п. 9, в котором зонд направленного
поверхностного волновода содержит зарядный терминал, приподнятый
над проводящей средой с потерями, выполненный с возможностью
генерирования электромагнитного поля, которое синтезирует
падение волнового фронта под комплексным углом (Э±,в) падения Брюстера к проводящей среде с потерями.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий сеть питания, электрически связанную с зарядным терминалом, причем сеть питания обеспечивает фазовую задержку (Ф) , которая согласована с углом (?) наклона волны, ассоциированным с комплексным углом (0i,B) падения Брюстера, ассоциированным с проводящей средой с потерями в окрестности зонда направленного поверхностного волновода.
12. Способ по любому из п.п. 9-11, дополнительно содержащий этап, на котором отправляют, через систему управления зондом, запрос устройству измерения в отношении измерения напряженности поля.
13. Способ по любому из п.п. 9-12, дополнительно содержащий этап, на котором добавляют, через систему управления зондом, измерение напряженности поля в массив измерения, включающий в себя множество других измерений напряженности поля, ассоциированных с, по меньшей мере, одним другим устройством измерения, в ответ на определение, учитывать измерение напряженности поля.
14. Способ по п. 13, в котором один или более рабочих параметров регулируются в ответ на массив измерения, включающий в себя предварительно определенное число измерений.
15. Способ по любому из п.п. 9-14, дополнительно содержащий этап, на котором определяют, через систему управления зондом, расстояние между устройством измерения и зондом направленного поверхностного волновода в соответствии с местоположением, и при этом этап, на котором определяют, учитывать ли измерение напряженности поля, основан на, по меньшей мере частично, том, что расстояние находится в пределах предварительно определенного расстояния от зонда направленного поверхностного волновода.
По доверенности
548640
Область 2
200а
Система управления зондом 230
206
Область 2
Источник возбуждения 212
Сеть питания 209
-7-
d/2
/202
Область 1
130
Qi' i- ^ -
Di = Hi+ d/2 +d/2 = H-, + d
Расстояние до точки пересечения
о -о
ООО -гашт iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii
1 W 83 00 г- О (Д Ь~ Ф СЧ Ш О
Јs| ?^ *М СО
от 1 до 326 футов ФИГ. 4
200b
В03ДУХ142
133
136
z = О
ВОЗДУХ 142
136
"ГТ
КОНЕЧНО ПРОВОДЯЩАЯ ЗЕМЛЯ
"ВОЗДУХ"
ФИГ. 8А
ИДЕАЛЬНО ПРОВОДЯЩАЯ МНИМАЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩАЯ ПЛОСКОСТЬ
ФИГ. 8С
ФИГ. 8В
Z2 v
^ поте
Физическая граница 136 проводящей среды 203 с потерями
(НАЧАЛО)
150
ПОЗИЦИОНИРУЮТ ЗАРЯДНЫЙ ТЕРМИНАЛ
153
СОГЛАСУЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ФАЗУ ПРИПОДНЯТОГО ЗАРЯДА С КОМПЛЕКСНЫМ УГЛОМ НАКЛОНА ВОЛНЫ
156
ФИГ. 10
НАСТРАИВАЮТ ИМПЕДАНС НАГРУЗКИ НА РЕЗОНАНС С ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МОДЕЛЬЮ МНИМОЙ ПЛОСКОСТИ
159
(КОНЕЦ)
1 Г
т г
ищи "BBS
30 - 'фЩ
РГЦ)
j t
1.9 1.95 2
ния 212
209
206
d/2 / / А.
/ / V у / / /
7У/УА1/, &7?
!:Л.
Qi' i
130
Di = Hi + d/2 +d/2 = H-i + d D2 = H2 + d/2 +d/2 = H2 + d
1ш{Фг/}
40*
172
20 " Ч-0
-201 -401
-60 Шмшш^лттЛЛтмм^шЛттш^ QA Л ,"1,,Л
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10
Высота (футы)
15 20 25 30 35
Высота (футы)
D-, = H-i + d/2 +d/2 = Нт + d D2 = H2 + d/2 +d/2 = H2 + d
ФИГ. 17
ФИГ. 18А
312
-ё-
Сеть со-
-о-
Электри-
гласования
ческая
импедансов
-о-
нагрузка
318
315
777^
203
306а
321
Сеть со-
-о
Электри-
гласования
ческая
импедансов
нагрузка
324
327
203
777^,
Сеть со-
-о
Электри-
гласования
ческая
импедансов
-о
нагрузка
324
327
ФИГ. 18С
•203
(НАЧАЛО)
180
ПОЗИЦИОНИРУЮТ ЗАРЯДНЫЙ ТЕРМИНАЛ
СОГЛАСУЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ФАЗУ ПРИНИМАЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ С КОМПЛЕКСНЫМ УГЛОМ НАКЛОНА ВОЛНЫ
ДОБИВАЮТСЯ РЕЗОНАНСА С ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МОДЕЛЬЮ
мнимой плоскости
184
187
190
(КОНЕЦ)
ФИГ. 20А ФИГ. 20В
ФИГ. 20С ФИГ. 20D
ФИГ. 20Е
ФИГ.
Система управления зондом 230
Хранилище данных
Логика управления
2209
зондом 2206
Измеритель(и) поля 2103
Логика измерителя поля 2212
<-
Система управления зондом 230
Хранилище данных
4_Ь
Приложение управ-
2209
^ w
ления зондом 2206
Главный измеритель поля 2106
Приложение главного измерителя поля 2218
Подчиненный измерителей) поля 2103
2200
Приложение подчиненного измерителя поля 2215
СНАЧАЛО^
2303
2306
ОПРЕДЕЛЯЮТ ЧАСТОТУ
2309
ИЗМЕРЯЮТ НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ
2312
ОПРЕДЕЛЯЮТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ ПОЛЯ
ОТПРАВЛЯЮТ ИЗМЕРЕНИЕ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЗОНДОМ
2315
ДРУГИЕ 4A-\JA СТОТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ?
'НЕТ
2212/ 2215
С^НАЧАЛО ^>
2403
ИЗМЕРЯТЬ НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ?
НЕТ
2406 г
ОПРЕДЕЛЯЮТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ
2409
\К ОПРЕДЕЛЯЮТ УСТРОИСТВО(А) N ДЛЯ ОТПРАВКИ ДАННЫХ НА ОСНОВАНИИ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ЧАСТИЧНО, МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
2412
\/\ ИЗМЕРЯЮТ НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ
2415
ОТПРАВЛЯЮТ ИЗМЕРЕНИЕ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ СООТВЕТСТВУЮЩЕМУ УСТРОЙСТВУ(АМ)
j
СГ" КОНЕЦ
ФИГ. 24
2218
С^НАЧАЛ07^>
2503
\/\ ОТПРАВЛЯЮТ ЗАПРОС ПОДЧИНЕННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЯМ ПОЛЯ В ОТНОШЕНИИ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЯ
2506
ПОЛУЧАЮТ ДАННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОТ ПОДЧИНЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ПОЛЯ
2509
ДОБАВЛЯЮТ В МАССИВ ИЗМЕРЕНИЯ
2515
ОТПРАВЛЯЮТ МАССИВ ИЗМЕРЕНИЯ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЗОНДОМ
<^_КОНЕЦ^^>
4/N
ОПРЕДЕЛЯЮТ ЧАСТОТУ
НЕТ
2621
\/\| ВЫПОЛНЯЮТ РЕГУЛИРОВКИ ЗОНДА НАПРАВЛЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ВОЛНОВОДА
НЕТ
<Г КОНЕЦ ^
ФИГ. 26
100
1/27
100
1/27
ФИГ. 2
ФИГ. 2
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/27
2/27
ФИГ. 3
ФИГ. 3
3/27
3/27
ФИГ 5А
ФИГ 5А
4/27
4/27
ФИГ. 6
ФИГ. 6
5/27
5/27
ФИГ. 7
ФИГ. 7
7/27
7/27
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/27
7/27
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/27
7/27
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/27
7/27
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/27
8/27
ФИГ. 11
ФИГ. 11
9/27
9/27
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/27
9/27
ФИГ. 12
ФИГ. 12
10/27
10/27
11/27
11/27
ФИГ. 14
ФИГ. 14
12/27
12/27
ФИГ. 15В
ФИГ. 15В
13/27
13/27
ФИГ. 16
ФИГ. 16
14/27
14/27
303
15/27
303
15/27
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/27
303
15/27
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/27
303
15/27
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/27
303
15/27
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/27
303
15/27
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
16/27
16/27
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/27
16/27
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/27
16/27
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/27
16/27
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/27
16/27
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
17/27
17/27
18/27
19/27
ФИГ. 21А
18/27
19/27
ФИГ. 21А
20/27
19/27
ФИГ. 21А
21/27
21/27
22/27
22/27
ФИГ. 22А
ФИГ. 22А
23/27
23/27
ФИГ. 22В
ФИГ. 22В
23/27
23/27
ФИГ. 22В
ФИГ. 22В
23/27
23/27
ФИГ. 22В
ФИГ. 22В
23/27
23/27
ФИГ. 22В
ФИГ. 22В
24/27
24/27
ФИГ. 23
ФИГ. 23
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
25/27
26/27
26/27
ФИГ. 25
ФИГ. 25
26/27
26/27
ФИГ. 25
ФИГ. 25
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
2206
27/27
