[RU]

Раскрываются различные подходы для навигации, идентифицирующей текущую позицию. Навигационное устройство принимает направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем принимает отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство вычисляет промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем измеряет угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли. Наконец, навигационное устройство определяет местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли, и промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.

(57) Реферат / Формула:

Раскрываются различные подходы для навигации, идентифицирующей текущую позицию. Навигационное устройство принимает направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем принимает отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство вычисляет промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем измеряет угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли. Наконец, навигационное устройство определяет местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли, и промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.

---

Евразийское (21) 201890693 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.09.28
(22) Дата подачи заявки 2016.08.22
(51) Int. Cl.
G01C 21/00 (2006.01) G01S 5/00 (2006.01) G01S11/00 (2006.01)
(54) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НАПРАВЛЯЕМЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
(31) 14/850,056
(32) 2015.09.10
(33) US
(86) PCT/US2016/047956
(87) WO 2017/044296 2017.03.16
(71) Заявитель:
СиПиДжи ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи. (US)
(72) Изобретатель:
Корум Джеймс Ф., Корум Кеннет Л., Лилли Джеймс Д., Д'Аурелио Майкл
Дж. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Раскрываются различные подходы для навигации, идентифицирующей текущую позицию. Навигационное устройство принимает направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем принимает отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство вычисляет промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. Навигационное устройство затем измеряет угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли. Наконец, навигационное устройство определяет местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, угла между волновым фронтом направляемой I поверхностной волны и полярной осью Земли, и промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
606 N
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-548421ЕА/045
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НАПРАВЛЯЕМЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] По этой заявке заявлен приоритет и преимущество Патентной Заявки США № 14/850056, озаглавленной "Geolocation with Guided Surface Waves" и поданной 10 сентября 2016 г., которая во всей своей полноте включена сюда посредством ссылки.
[0002] Эта заявка является родственной для совместно
рассматриваемой Непредварительной Патентной Заявки США,
озаглавленной "Возбуждение и использование мод направляемой
поверхностной волны на средах с потерями" ("Excitation and Use
of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media"), которая была
подана 07 марта 2013 г. и которой присвоен Номер Заявки
13/789538, и которая была опубликована 11 сентября 2014 г. в
виде Публикации с номером US2014/0252886 А1, и которая во всей
своей полноте включена сюда посредством ссылки. Эта заявка также
является родственной для совместно рассматриваемой
Непредварительной Патентной Заявки США, озаглавленной
"Возбуждение и использование мод направляемой поверхностной
волны на средах с потерями" ("Excitation and Use of Guided
Surface Wave Modes on Lossy Media"), которая была подана 07
марта 2013 г. и которой присвоен Номер Заявки 13/789525, и
которая была опубликована 11 сентября 2014 г. в виде Публикации
с номером US2014/0252865 А1, и которая во всей своей полноте
включена сюда посредством ссылки. Эта заявка дополнительно
является родственной для совместно рассматриваемой
Непредварительной Патентной Заявки США, озаглавленной "Возбуждение и использование мод направляемой поверхностной волны на средах с потерями" ("Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media"), которая была подана 10 сентября 2014 г. и которой присвоен Номер Заявки 14/483089, и которая во всей своей полноте включена сюда посредством ссылки. Эта заявка дополнительно является родственной для совместно рассматриваемой Непредварительной Патентной Заявки США,
озаглавленной "Возбуждение и использование направляемых поверхностных волн" ("Excitation and Use of Guided Surface Waves"), которая была подана 02 июня 2015 г. и которой присвоен Номер Заявки 14/728507, и которая во всей своей полноте включена сюда посредством ссылки. Эта заявка дополнительно является родственной для совместно рассматриваемой Непредварительной Патентной Заявки США, озаглавленной "Возбуждение и использование направляемых поверхностных волн" ("Excitation and Use of Guided Surface Waves"), которая была подана 02 июня 2015 г. и которой присвоен Номер Заявки 14/728492, и которая во всей своей полноте включена сюда посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] 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.
СУЩНОСТБ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Раскрывается система для выполнения определения географического местоположения (геолокации) с использованием направляемых поверхностных волн. Система может включать в себя зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями; сеть приемника, подключенную между зарядным терминалом и проводящей средой с потерями, причем сеть приемника имеет фазовую задержку (Ф) , которая согласуется с углом (?) наклона волны, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, причем угол (?) наклона волны основан, по меньшей мере частично, на характеристиках проводящей среды с потерями в окрестности зарядного терминала; компас; процессор; память; и приложение, хранящееся в памяти и исполняемое процессором, при этом приложение предписывает системе выполнять по меньшей мере следующие действия при исполнении процессором: принять
направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принять отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычислить промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измерить угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере: измерить значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, упомянутого значения угла магнитного отклонения. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона
структуры приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию системы на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных с системой, при этом инерциальные данные хранятся в памяти системы. В некоторых из этих вариантов осуществления предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции системы. В одном или более вариантах осуществления предписание системе определить местоположение системы основано, по меньшей мере частично, на промежутке времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления прием отражения направляемой поверхностной волны дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; вычесть это расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли, с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и установить местоположение системы по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и системой. В одном или более вариантах осуществления предписание системе определить местоположение системы основано, по меньшей мере частично, на промежутке времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной
волны. В некоторых из этих вариантов осуществления прием отражения направляемой поверхностной волны дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и установить местоположение системы по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и системой.
[0005] Раскрываются способы для выполнения определения географического местоположения (геолокации) с использованием направляемых поверхностных волн. Способ может включать в себя этапы, на которых: принимают направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принимают отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычисляют промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измеряют угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления способ дополнительно включает в себя этапы на которых: измеряют значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, упомянутого значения угла магнитного отклонения. В одном или более вариантах осуществления способ дополнительно включает в
себя этап, на котором идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления способ дополнительно включает в себя этап, на котором идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления способ дополнительно включает в себя этап, на котором идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных со структурой приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых: делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножают деленный пополам
промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; вычитают это расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и структурой приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых: делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножают деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны.
[ООО б] Раскрывается устройство для идентификации географического местоположения с использованием направляемых поверхностных волн. Устройство может включать в себя структуру приема направляемой поверхностной волны, выполненную с возможностью получения электрической энергии из направляемой поверхностной волны, бегущей по наземной среде; процессор; память; компас; и приложение, хранящееся в памяти, которое при исполнении процессором предписывает устройству по меньшей мере:
принять направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принять отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычислить промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измерить угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором предписывает устройству по меньшей мере: измерить значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, упомянутого значения угла магнитного отклонения. В одном или более вариантах осуществления предписание устройству определить местоположение устройства основано на, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления прием отражения направляемой поверхностной волны дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и установить местоположение устройства по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и устройством. В одном или более вариантах осуществления
предписание устройству определить местоположение устройства основано, по меньшей мере частично, на промежутке времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления прием отражения направляемой поверхностной волны дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; вычесть расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и устройством; и установить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и устройством. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает устройству по меньшей мере, идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны. В некоторых из этих вариантов осуществления предписание устройству определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны. В одном или более вариантах осуществления приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает устройству по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных со структурой приема направляемой поверхностной волны, при этом инерциальные
данные хранятся в памяти системы. В некоторых из этих вариантов осуществления предписание устройству определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[0007] Другие системы, способы, признаки и преимущества настоящего раскрытия будут или станут очевидны специалисту в данной области техники после изучения нижеследующих чертежей и подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в это описание, находятся в рамках объема настоящего раскрытия и защищены сопроводительной формулой изобретения.
[0008] Кроме того, все необязательные или предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления являются используемыми во всех аспектах всего описанного здесь раскрытия. Более того, отдельные признаки зависимых пунктов формулы изобретения, а также необязательные и предпочтительные признаки и модификации описываемых вариантов осуществления являются комбинируемыми и взаимозаменяемыми друг с другом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] 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.
[0010] Фиг. 1 является диаграммой, которая изображает напряженность поля в зависимости от расстояния для волноводного электромагнитного поля (поля в волноводе) и излучаемого электромагнитного поля.
[ООН] 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.
[0012] 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.
[0013] Фиг. 4 является диаграммой примера амплитуд ближних и дальних асимптот функций Ханкеля первого порядка в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] Фиг. 7 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей пример зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0022] 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.
[0023] Фиг. 14 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 12 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0024] 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.
[0025] Фиг. 15В является принципиальной схемой зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 14 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0026] Фиг. 16 является чертежом, который иллюстрирует пример зонда направленного поверхностного волновода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0027] Фиг. 17 является графическим представлением примера зонда направленного поверхностного волновода по Фиг. 16 в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0028] 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.
[0029] Фиг. 18D является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей пример регулирования принимающей структуры в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0030] Фиг. 19 изображает пример дополнительной принимающей структуры, которая может быть использована для приема энергии, передаваемой в виде направляемой поверхностной волны, запущенной зондом направленного поверхностного волновода, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0031] Фиг. 20А-Е изображают различные символы цепи, используемые в обсуждении приложения направляемых поверхностных волн для определения географического местоположения в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0032] Фиг. 21 является принципиальной структурной схемой, изображающей навигационный блок, способный определять свое местоположение на основании направляемых поверхностных волн, запущенных одним или более зондами направляемой поверхностной волны, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0033] Фиг. 22 является схемой, иллюстрирующей местоположение навигационного блока, изображенного на Фиг. 21, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0034] Фиг. 23 является схемой, иллюстрирующей местоположение навигационного блока, изображенного на Фиг. 21, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
[0035] Фиг. 24 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей один пример функциональности, реализуемой в качестве частей приложения мультилатерации
(системы многопозиционного наблюдения), исполняемого в приемнике, изображенном на Фиг. 21, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0036] Для начала должна быть установлена некоторая
терминология для обеспечения ясности в обсуждении концепций,
которых придерживаются. Во-первых, как рассматривается здесь,
проводится формальное различие между излучаемыми
электромагнитными полями и направляемыми (волноводными) электромагнитными полями.
[0037] 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.
[0038] Волноводное электромагнитное поле является
распространяющейся электромагнитной волной, чья энергия
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.
[0039] 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.
[0040] 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/Vd 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 Desiqn", McGraw-Hill, loe издание, 1985, стр. 8-9, который внесен сюда во всей своей полноте посредством ссылки.
[0041] 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.
[0042] 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 внесен сюда во всей своей полноте посредством ссылки.
[0043] 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.
[0044] 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 .
[0045] 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.
[0046] В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия, описываются различные зонды направленного поверхностного волновода, которые выполнены с возможностью возбуждения электрических полей, которые связываются с модой направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Такие волноводные электромагнитные поля по существу согласованы по моде по амплитуде и фазе с модой направленной поверхностной волны на поверхности проводящей среды с потерями. Такую моду направленной 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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-и^ Hi2\-jYP) (1)
2Р \}0> Е0) 1 ^ jr^J (2) и
^=A{^e-^Hf\-m (3)
[0050] 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=Аеи^ Н?\-}Ур) m
:5) и
[0051] В этих выражениях z является вертикальной координатой, перпендикулярной к поверхности Области 1, а р
является радиальной координатой, (~}YP) является комплексным
аргументом функции Ханкеля второго рода и n-ого порядка, Ui
является постоянной распространения в положительном вертикальном
(z) направлении в Области 1, и2 является постоянной
распространения в вертикальном (z) направлении в Области 2, Oi
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.
[0052] 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 = ~jk° 2 Ji+(Јr-jx) (7)
и дает в Области 1
Щ = -U2{Er - }х) ( g j
Постоянная радиального распространения у задается как Г=№+"1=}Ш? (9),
что является комплексным выражением, где п является комплексным показателем преломления, заданным как
П = д/?г - jX (10)
Во всех вышеприведенных Уравнениях
х - gl
~ шг0 (11) и
где sr обозначает относительную диэлектрическую проницаемость Области 1, Oi 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.
[0053] 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.
[0054] 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.
[0055] 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.
[0056] Зонд 200а направленного поверхностного волновода включает в себя сеть 209 питания (подачи 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 Qlr 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 2 03 с потерями, содержащей Область 1.
[0057] 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 Я2(р, <р,0) =JS (13),
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
lp{P') = -AHf\-jYp') {14)f
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'} - ~А^2) - -ц - - !°
J close КИ ) ~ п{-)ур^ ~ 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
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=TH^-lYP') (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.
[0058] 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
H?\x)=Jn(x)+jNn(x) (18) и Н?\х) = Jn(x)-jNn(x) (19)
Эти функции представляют собой цилиндрические волны, распространяющиеся соответственно радиально внутрь \пп / и наружу
). Определение аналогично соотношению e±jx~cos x+j sin х. См., например, документ Harrington R.F., "Time-Harmonic Fields", McGraw-Hill, 1961, стр. 460-463.
[0059] To, что n \ рн) 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:
н%\х)^ fHjne-j*= (I7-ne-;H)
(20a) ,
которая при умножении на ejrat является распространяемой наружу цилиндрической волной вида ej с пространственной
вариацией ^Л/^. Решение первого порядка (п=1) может быть определено из Уравнения (20а) как
Г-"СО \ nx ^TtX
:2оь)
Близко к зонду направленного поверхностного волновода (для р"Х) функция Ханкеля первого порядка и второго рода ведет себя как
1 У х^Опх (21) Отметим, что эти асимптотические выражения являются комплексными величинами. Когда х является вещественной
величиной, Уравнения (20Ь) и (21) отличаются по фазе на УР, 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.
[0060] Таким образом, за пределами точки пересечения Ханкеля "дальнее" представление преобладает над "ближнем" 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?о 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.
[0061] 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.
[0062] 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
Ер \UZJ H^> [_-jyp) р^со ^ J Ы?0
(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
р^"> \ ?а /Л/8л Jp (23),
что линейно пропорционально свободному заряду на изолированной составляющей емкости приподнятого зарядного
терминала при напряжении терминала qfree=CfreeXVT.
[0063] 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 Ti не достигает высоты, на которой по существу весь изолированный заряд станет свободным.
[00 64] 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 связывания энергии с модой 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.
[0065] 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.
[0066] 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 позиционирования зарядного терминала Т1 может быть определен и использован эквивалентный сферический диаметр.
[00 67] 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.
[0068] Обратимся далее к Фиг. 5А, где показана геометрическая оптическая интерпретация электрического поля, созэтого 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
Y (9) - - - V(Јr-jx)-smz 9j-(_sr-jx) cos 9j
11 Hi ~ V(Јr-p0-sin2 9i+{Er-jx) cos 9t (25) ,
где 9i является обычным углом падения, измеренным относительно нормали к поверхности.
[0069] 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 ~ (r)
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
Qt = arctan(7Јr -jx) = вив {26) f
где X=G/COSO. ЭТОТ комплексный угол падения (Э±,в) называется углом Брюстера. Вновь обращаясь к Уравнению (22), можно видеть, что точно такое же соотношение комплексного угла (6ijB) Брюстера присутствует в обоих Уравнениях (22) и (26).
[0070] 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
Е{в0 = Epp + Ezz (27)
Геометрически иллюстрация на Фиг. 5А предполагает, что вектор Е электрического поля может быть задан как
Ep(p,z) = E(p,z) cos 9i (28a) и
Ez(p,z) = E(p,z) cos (| - 0f) = Ј(p,z) sinei {2Qh)
что означает, что отношение полей составляет
- = = tan ф;
Ez tanS; ri (29)
[0071] Обобщенный параметр W, называемый "наклоном волны", отмечается здесь как отношение горизонтальной составляющей электрического поля к вертикальной составляющей электрического поля, заданное как
Ez (30а) или
J_ = ЈE = TANЈ? = 1 -я-
W Ер \W\ {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.
[0 072] Применяя Уравнение (ЗОЬ) к направляемой поверхностной волне дает
tan Э < п = - = - = Jcr - jx = n = - = -Ц е ~j4J
l'B Ер у V г J w \w\ (31)
Под углом падения, равном комплексному углу (Э±,в) Брюстера, коэффициент отражения Френеля по Уравнению (25) обращается в 0, как показано
•J(Јr-jx)smz в 1-{ЕГ-)Х) cos б;
Јr-Jx)-sin2 в[+(ег-]х) cos 9(
- о
ei^ei,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 - ^ег - }х
приводит к синтезированному электрическому полю, которое падает под комплексным углом Брюстера, делая отражения пренебрежимо малыми.
[0073] 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
е// /0J° 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
I(z) = Ic cos(j30z) (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.
[0074] 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
~ 2тг 2к V Яр vfb> (35),
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).
[0075] 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 1о заземления (стержня). Следовательно, электрическая эффективная высота зонда 200 направленного поверхностного волновода может быть аппроксимирована как
Kff = yj^ 10е1фcos(pQz) dz =hpe^
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.
[0076] В примере на Фиг. 5А для иллюстрирования комплексной угловой тригонометрии падающего электрического поля (Е) с комплексным углом падения (9ijB) 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
tan 6iB - \Јr- j- - n
v ЫЕ° (38)
В электрическом смысле геометрические параметры связаны с электрической эффективной высотой (heff) зарядного терминала как
Rx tan ipiiB = RxxW = heff = кре]ф (3 g} ^
где v|/i,B= (я/2) - Qi,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
^ = tan0iB = WRx
Rx их (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.
[0077] 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 Т1г и поверхностью 127 проводящей среды с потерями между точкой 121 пересечения Ханкеля и зарядным терминалом Тг. При зарядном терминале Т1г 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.
[0078] 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= (я/2) _ 9±,в) 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.
[0079] 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.
[0080] 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.
[0081] 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.
[0082] В примере по Фиг. 7 катушка 215 соединена 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.
[0083] 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 - JeT - jx (4]_),
где X=G/COSO С Ш=2Л/. 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
BiiB = arctan(7er - jx) (4 2)
или измерен от поверхности, как показано на Фиг. 5А, как ^i.B=\-Qi.B (43)
Наклон волны на расстоянии (WRx) пересечения Ханкеля также может быть найден с использованием Уравнения (40).
[0084] 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
heff = Лре'ф = RX taring ^ (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.
[0085] При зарядном терминале Т1г 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 Ti 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.
[008 6] 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
vr = v-= ,
Л! Ы {Ло) (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 у спиральной катушки задается как
Яр vfi0 (4б)
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
Vfl \ D J J (47)
[0087] 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
Мз)-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
а - о и - -h - 2п h
* Aw VWA0 (49),
где |3W 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 Vwi \aJ 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 Vw*°)
w и\ 2ка ) (51
Уравнение (51) означает, что Zw для однопроводного устройства питания изменяется с частотой. Фазовая задержка может быть определена на основе емкости и характеристического импеданса.
[0088] 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 позиция отвода 224 (Фиг. 7) может быть определена и отрегулирована для сообщения колебательного заряда Qi зарядному терминалу Ti с фазой Ф=1Р. Позиция отвода 224 может быть отрегулирована 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.
[0089] Связывание с модой направленного поверхностного волновода на поверхности проводящей среды 2 03 с потерями может быть улучшено и/или оптимизировано 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.
[0090] 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.
[0091] 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.
[0092] 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
2 -у
Ye Уе J (52) ,
где
Ye = iWlVl ~ О)2Ц1?1 (53) и k0 = 0)^1 ц0?0 (54 ) ,
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.
[0093] 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.
[0094] В случае Фиг. 8А, постоянная распространения и
присущий волне импеданс в верхней области 142 (воздух) представляют собой
Yo = j0}^oЈo = 0 +jp0 (55) и
Yo sje0 (5б)
В Земле 133 с потерями постоянная распространения и присущий волне (собственный) импеданс представляют собой
Ye = VWlOl +J <*> Јl) (57) И
е ~ Ye (58)
Для нормального падения эквивалентное представление по Фиг. 8В является эквивалентом линии передачи ТЕМ, чей характеристический импеданс (z0) является таким, как у воздуха, с постоянной уо распространения, и чья длина составляет z1. Таким образом, импеданс Zin мнимой заземляющей плоскости, видимый на границе раздела для короткозамкнутой линии передачи по Фиг. 8С задается как
zin = Zo tannO^) (5g)
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
z, = ^tanh"1 (Щ = ^tanh"1 № - i
Yo \Z0; y0 \yeJ 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 z1 является комплексным расстоянием.
[0095] 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 136), 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 = 2z-, -
1 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.
[0096] 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.
[0097] 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=Pod/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.
[0098] У основания зонда 200 направленного поверхностного волновода импеданс, видимый при "взгляде вверх" на структуру, составляет Zt=Zbase. При импедансе нагрузки:
Z = 1
1 Jo> cT (62),
где Ст является собственной емкостью зарядного терминала Т1г
импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник 221
вертикальной линии питания (Фиг. 7), задается как:
^ _ j ZL+ZW tanhQ7?wfiw) _ g ZL+ZW tanh(j9y) 2~ W ZW+ZL tanh(jpwhw) ~ w Zw+ZLtanh(j9y) (63)
и импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку 215 (Фиг. 7), задается как:
_ Z2+Zctanh{jpvH) _ Z2+Zc tanhQgc) base c zc+zz tanhO'jEfpH) c zc+z2 tanhO'0c) ( 6 4 1
У основания зонда 200 направленного поверхностного волновода импеданс, видимый при "взгляде вниз" на проводящую среду 203 с потерями, составляет Z^=Zinj который задается как:
iJ1 0 z0+zs tanhLF^0{d/2)] 0 V (65), где Zs=0.
[0099] 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 связывание электрического поля зонда с модой
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.
[0100] Из решений Ханкеля следует, что направляемая поверхностная волна, возбужденная зондом 200 направленного поверхностного волновода, является распространяемой наружу бегущей волной. Распределение источника по сети 209 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.
[0101] 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).
[0102] 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.
[0103] 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.
[0104] 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.
[0105] 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.
[0106] 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).
[0107] Эквивалентная модель мнимой плоскости зонда 200
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, связывание электромагнитного поля с модой направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли) может быть улучшено и/или максимизировано.
[0108] 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 Gi=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.
[0109] Длина волны может быть определена как:
Ла = f = 162,162
То метра ( 67 ) ,
где с является скоростью света. Комплексный показатель преломления составляет:
п = ^ег -jx = 7,529 -j 6,546 (б8)
из Уравнения (41), где x=Gi/cos0 С СО=2Л;/О, а комплексный угол Брюстера составляет:
в1д = arctan^^ - jx) = 85,6 - 3,744°
69)
из Уравнения (42). Используя Уравнение (66), значения наклона волны могут быть определены как:
W = = - = \W\e^ = 0,10 le'40-6140
tan 9t,B п (70)
Таким образом, спиральная катушка может быть отрегулирована для согласования O=vF=40, 614°
[ОНО] 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 VWXQ (71)
Из уравнения (49) фазовая задержка проводника вертикальной линии питания составляет:
0у = i3whw ^ i3whv = 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.
[0111] 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).
[0112] 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 - Vy^UiOi + ) <й?\) - °> 25 + j 0,292 пГ1 (7б) f
а комплексная глубина проводящей мнимой заземляющей плоскости может быть аппроксимирована из Уравнения (52) как:
d " - = 3,364 + ; 3,963
Уе 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:
Zln =Z0tanh(jed) = Rin+jXin = 31,191+j 26,27 0м (79)
[0113] 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
JOCT Ом ( 8 0) ,
и реактивные составляющие на границе согласованы.
[0114] Используя Уравнение (51), импеданс проводника
вертикальной линии питания (с диаметром (2а) в 0,27 дюйма)
задается как
Zw = 138 log (1Д23 ^wJt°) = 537,534
Ом (81),
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник вертикальной линии питания, задается Уравнением (63) как:
Z2=ZwZL^*^*y) } 835438
w ZW+ZLtanh(y^) J Ом (82)
Используя Уравнение (47), характеристический импеданс спиральной катушки задается как
Ze=^[tn (Ш")- 102 7] = 1446
Ом (83),
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку у основания, задается Уравнением (64) как:
7 _ 7 Z2+Zctanh(jec) _ . "^ "71
ease c Zc+Z2 tanhO^c) J Ом (84)
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.
[0115] Когда электрические поля, создаваемые зондом 200
направленного поверхностного волновода (Фиг. 3), создаются при
согласовании фазовой задержки бегущей волны для сети подачи 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/Vd и демонстрирует отличительный излом 109 в двойном логарифмическом масштабе.
[0116] 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/г. Цепи приема могут быть использованы с одним или более зондами направленного поверхностного волновода, чтобы способствовать системам беспроводной передачи и/или доставки питания.
[0117] 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 Ti 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.
[0118] 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.
[0119] 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 Т1 может изменяться за счет изменения размера терминала. Распределение заряда также может быть улучшено за счет увеличения размера
зарядного терминала Ti, что может уменьшить вероятность электромагнитного разряда с зарядного терминала Ti. 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.
[0120] Средства измерения поля или напряженности поля (FS) могут быть распределены вокруг зонда 2 00 направленного поверхностного волновода, чтобы измерять напряженность поля у 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.
[0121] 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.
[0122] 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.
[0123] 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.
[0124] 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 связывание в моде
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 (hTE) зарядного терминала Ti так, чтобы наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля находился под углом Брюстера.
[0125] 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.
[0126] Зонд 200с направленного поверхностного волновода включает в себя сеть 209 питания, 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 Q1 и Q2, в зависимости от напряжений, подаваемых на терминалы Ti и Т2 в любой заданный момент времени. Ii является током проводимости, подающим заряд Q1 на зарядный терминал Ti через ввод терминала, а 12 является током проводимости, подающим заряд Q2 на компенсационный терминал Т2 через ввод терминала.
[0127] 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.
[0128] Далее обратимся к Фиг. 13, где показана интерпретация геометрической оптики эффектов, создаваемых приподнятым зарядом Q± на зарядном терминале 11 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.
[0129] 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 = hpe^^u) + hdeJ(P^L) = 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'№+2)+Фи) + (hd + y) <> W i) = RxxW {Q6)
Нижняя эффективная высота может быть использована, чтобы регулировать суммарную эффективную высоту (hTE) до комплексной эффективной высоты (heff) по Фиг. 5А.
[0130] 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 Т1г в зависимости от высоты (hd) компенсационного терминала, чтобы дать
(hp+z) / (87)
[0131] 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
г Их (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.
[0132] 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.
[0133] В качестве источника возбуждения для зарядного терминала Т1 действует источник 212 АС, который соединен с зондом 200d направленного поверхностного волновода через сеть 209 питания, 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 соединена с заземляющим стержнем 218 на первом конце и зарядным терминалом Тг на втором конце. В некоторых реализациях соединение с зарядным терминалом Тг может быть отрегулировано с использованием отвода 22 4 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, соединенный с катушкой 215. Расположенный между катушкой 215 и заземляющим стержнем 218 амперметр 23 6 может быть использован для выдачи показания величины электрического тока (1о) у основания зонда направленного поверхностного волновода. В качестве альтернативы, для получения показания величины электромагнитного тока (1о) могут быть использованы токоизмерительные клещи вокруг проводника, соединенного с заземляющим стержнем 218.
[0134] В примере по Фиг. 14 катушка 215 соединена 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, соединенный с катушкой 215. Расположенный между катушкой 215 и заземляющим стержнем амперметр 23 6 может быть использован для выдачи показания величины электрического тока у основания зонда 200d направленного поверхностного волновода. В качестве альтернативы, для получения показания величины электрического тока могут быть использованы токоизмерительные клещи вокруг проводника, соединенного с заземляющим стержнем 218. Компенсационный терминал Т2 расположен над и по существу параллельно проводящей среде 2 03 с потерями (например, поверхности земли).
[0135] 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 Ti 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 (пе??=пре^ф) могут быть определены, как описано в отношении Уравнений (41) - (44) выше.
[013 6] 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 Т1 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 Т1 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) у 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 Ti. 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:
= у) ) (вэ)
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.
[0137] 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 Ti и Т2 могут быть выполнены в виде сфер, цилиндров, торов, колец, колпаков или любого другого сочетания емкостных структур. Размер зарядного и компенсационного терминалов Ti 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) .
[0138] 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.
[0139] Напряжение V2 от катушки 215 может быть подано на зарядный терминал Т1г 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.
[014 0] 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.
[0141] В других реализациях напряжение V2 от катушки 215 может быть подано на зарядный терминал Т1г 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.
[0142] 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 сетью 209 питания 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.
[0143] 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.
[0144] 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.
[0145] 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 Ti 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.
[014 6] 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.
[0147] 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
(Р <Л/8):;ДР)~Л = ^ + ^№)^№)
Ближняя 9 J1 2кр zp (90) и
Дальняя 9 4 Ч п (91) ,
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,
заЭта как \ р )/ Р, которая следует из граничного условия
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.
[014 8] 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 у J(p) должна переходить из фазы ближнего Ji к фазе дальнего J2.
[0149] 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(P2-Pi) плюс постоянная приблизительно 45 градусов или 225 градусов. Это обусловлено тем, что существует два корня для V/, один около тс/4, а другой около 5тс/4. Правильно отрегулированный искусственный радиальный поверхностный ток составляет
;p(p> ,o)=^^2)(-;7p) (92)
Отметим, что это согласуется с уравнением (17) . Исходя из уравнений Максвелла, такой поверхностный ток J(p) автоматически создает поля, которые подчиняются
"*=z7ie""2Z и?'HYP) (93),
:95)
Таким образом, разность по фазе между дальним поверхностным
током I J2 I и ближним поверхностным ТОКОМ | Ji I 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.
[0150] 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 заэтого возбуждения и конфигурации зонда 200е направленного поверхностного волновода с учетом подаваемых токов на терминалы 11 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 заэтого 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.
[0151] 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.
[0152] 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.
[0153] 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.
[0154] 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 сетью 209 питания, 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.
[0155] 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 Ti 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.
[0156] Зонд 200f направленного поверхностного волновода включает в себя сеть 209 питания, которая содержит индуктивный импеданс, содержащий катушку Lia с парой выводов, которые соединены 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.
[0157] 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 Lla имеет электрическую длину приблизительно в одну вторую длины волны на рабочей частоте, обеспечивает преимущество в том, что на зарядных терминалах Тг 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.
[0158] Источник 212 возбуждения может быть соединен с сетью 209 питания путем магнитного связывания. В частности, источник 212 возбуждения соединен 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.
[0159] 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.
[0160] 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).
[0161] 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
- /0 Einc ' dl (96)
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 соединена с выходными выводами 312 через сеть 318 согласования импедансов.
[0162] 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.
[0163] 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.
[0164] Настроенный резонатор 306а также включает в себя сеть приемника, содержащую катушку LR с фазовым сдвигом Ф. Один конец катушки LR соединен с зарядным терминалом TR, а другой конец катушки LR соединен 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 у структуры была по существу равной углу наклона ? волны.
Фазовая задержка вертикальной линии питания также может быть отрегулирована за счет, например, изменения длины проводника.
[0165] 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.
[0166] 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.
[0167] 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.
[0168] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 18В, используется магнитное связывание, когда катушка Ls позиционируется 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.
[0169] 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 ТЕ20. Подобным образом, в этих случаях, согласованная по моде и согласованная по фазе структура может быть оптимизирована для связывания 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.
[017 0] 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.
[0171] 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
(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).
[0172] 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 УГЛ0 (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.
[0173] 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 подобными с теми, что описаны в отношении Фиг. 9А и 9В.
[0174] Импеданс, видимый при "взгляде вниз" на проводящую среду 2 03 с потерями на комплексную отображенную плоскость, задается как:
Zin = Rin +JXin = Za tanh(/0o(d/2)) (gg} f
где @° ~ 0> ^Jf^oЈo _ Для вертикально поляризованных источников через Землю глубина комплексной мнимой плоскости может быть задана как:
d/2 " - ы2{1хгг (Ю0),
где |Lii является проницаемостью проводящей среды 2 03 с
потерями и Si=srSo •
[0175] 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: 1
ZR =
№я (101),
где CR является собственной емкостью зарядного терминала TR, причем импеданс, видимый при "взгляде вверх" на проводник вертикальной линии питания у настроенного резонатора ЗОба, задается как:
^ ZR+Zwtanh(jpwhw) _ g ZR+Zwtanh(jey)
2 ~ w ZW+ZR tanhO'Јwhw) _ W ZW+ZR tanh(/fly) (1 0 2 ) ,
а импеданс, видимый при "взгляде вверх" на катушку LR у настроенного резонатора ЗОба, задается как:
Z2+ZRtanh(jppH) _ Z2+ZR tanhpej Abase Kbase+J^base Z* Zr+Z2 tanhO/?pH) Zc ZR+Z2 tanhQej (103)
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.
[0176] 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 306b 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 (0С) 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.
[0177] 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 позиционируется 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, у настроенного резонатора ЗОбЬ по Фиг. 18С), тогда путь переходит к этапу 187.
[0178] 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.
[0179] 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.
[0180] 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).
[0181] 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, связывание электрического поля с модой направленного поверхностного волновода вдоль поверхности проводящей среды 2 03 с потерями (например, Земли) может быть улучшено и/или максимизировано.
[0182] Обратимся к Фиг. 19, где магнитная катушка 309 содержит цепь приема, которая соединена 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 у 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 = ГГ игипИ ¦ ndA
где 7 является связанным магнитным потоком, \хг является эффективной относительной диэлектрической проницаемостью сердечника магнитной катушки 309, \х0 является диэлектрической
проницаемостью свободного пространства, Н 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
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.
[0183] 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.
[0184] 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.
[0185] 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.
[0186] 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.
[0187] 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 взаимосвязанных 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 соединенной 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.
[0188] Обратимся далее к Фиг. 2 0А-Е, где показаны примеры различных схематичных символов, которые используются со ссылкой на обсуждение, которое следует. При конкретном обращении к Фиг. 2OA, показан символ, который представляет собой любой из зондов 200а, 200b, 200с, 200е, 200d или 200f направленного поверхностного волновода; или любые их вариации. В нижеследующих чертежах и обсуждении изображение этого символа будет называться 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.
[0189] Подобным 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 этого символа будет называться 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 306 или магнитной катушки 309; или их вариации.
[0190] 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 этого символа будет называться структурой RP приема направляемой поверхностной волны. Для простоты в нижеследующем обсуждении любая ссылка на структуру RP приема направляемой поверхностной волны является ссылкой на линейный зонд 3 03 или его вариации.
[0191] Кроме того, со ссылкой на Фиг. 20D показан символ, который в частности представляет собой настроенный резонатор 306 (Фиг. 18В-18С). В нижеследующих чертежах и обсуждении изображение этого символа будет называться 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 30 6 или его вариации.
[0192] 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 этого символа будет называться 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.
[0193] Со ссылкой на Фиг. 21-27 раскрываются различные
варианты осуществления для определения местоположения позиции с
использованием направляемых поверхностных волн, запущенных из
зонда Р волновода направляемой поверхностной волны.
Навигационное устройство обнаруживает несколько направляемых
поверхностных волн, запущенных от нескольких зондов Р
направленного поверхностного волновода. Посредством анализа
временной разности по прибытию направляемых поверхностных волн,
времени, которое каждая из направляемых поверхностных волн
проводит, пробегая от соответствующего зонда Р волновода
направляемой поверхностной волны до местоположения
навигационного устройства, разности в интенсивности направляемых поверхностных волн в местоположении навигационного устройства в сравнении с исходной интенсивностью направляемых поверхностных волн, фазового сдвига между направляемыми поверхностными волнами, измеренного в местоположении навигационного устройства,
или некоторого сочетания этих подходов, может быть определено местоположение навигационного устройства на Земле. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления навигационное устройство может запитываться за счет одной или более направляемых поверхностных волн. Более того, направляемые поверхностные волны могут быть использованы для синхронизации времени, чтобы улучшать точность навигационного устройства и/или других устройств.
[0194] Диапазон направляемых поверхностных волн зависит от частоты направляемых поверхностных волн. В качестве примеров, направляемые поверхностные волны с частотой приблизительно 2 0 кГц или менее способны пробежать или распространяться вокруг земли. На этих частотах различные варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть использованы для глобального позиционирования и навигации. Более высокие частоты будут проходить более короткие расстояния, как например, тысячи, сотни и десятки миль, ограничивая различные варианты осуществления региональным использованием для определения позиции и навигации.
[0195] Обратимся конкретно к Фиг. 21, где показан навигационный блок 4 00 в соответствии с различными вариантами осуществления. Навигационный блок 4 00 включает в себя приемник 4 03, опору 406 антенны и вычислительное устройство 4 09. Приемник 4 03 соединен с опорой 406 антенны, которая, в свою очередь, соединена с вычислительным устройством 4 09. В некоторых вариантах осуществления навигационный блок 4 00 может включать в себя дисплей. В таких вариантах осуществления дисплей может содержать, например, одно или более устройств, таких как дисплеи типа жидкокристаллического дисплея (LCD), плоскопанельные дисплеи на основе газовой плазмы, дисплеи на органическом светоизлучающем диоде (OLED) , дисплеи на электрофоретических чернилах (Е чернила), LCD проекторы или другие типы дисплейных устройств и т.д.
[0196] В некоторых вариантах осуществления весь или части навигационного блока 4 00 могут быть заключены во внешнем корпусе, который защищает различные компоненты навигационного блока 400. Например, в некоторых вариантах осуществления навигационный блок 4 00 может быть портативным или переносным
блоком с приемником 4 03, опорой 406 антенны и вычислительным
устройством 4 09, заключенными в едином корпусе. Такие варианты
осуществления могут включать в себя мобильное вычислительное
устройство, такое как планшетный компьютер, сотовый телефон,
смартфон, персональный цифровой помощник (PDA) и/или подобное
мобильное вычислительное устройство. Такие варианты
осуществления также могут включать в себя специальный
навигационный блок, такой как персональные навигационные
устройства, переносные навигационные устройства или
навигационные устройства, которые могут быть установлены на приборной панели автобуса, автомобиля, моторной лодки или сходного транспортного средства. В других вариантах осуществления приемник 4 03 может быть удаленным или внешним по отношению к вычислительному устройству 4 09 и соединенным с вычислительным устройством через опору 4 06 антенны. Такие варианты осуществления могут включать в себя, например, относящиеся к транспортным средствам навигационные блоки 4 00, такие как те, что можно найти на кораблях или самолетах.
[0197] Приемник 403 может соответствовать одной или более структурам, выполненным с возможностью приема направляемой поверхностной волны. Приемник 403 может включать в себя, например, линейный зонд, настроенный резонатор, магнитную катушку и/или подобные структуры для приема направляемой поверхностной волны, которые ранее описаны выше. В некоторых вариантах осуществления приемник 4 03 может представлять собой множество приемников 4 03, каждый из которых настроен на прием направляемой поверхностной волны на частоте, отличной от других приемников 403. В различных вариантах осуществления приемник 403 может быть выполнен с возможностью настройки на прием нескольких направляемых поверхностных волн по разным частотам одновременно. В некоторых вариантах осуществления приемник 4 03 может быть выполнен с возможностью изменения частот, чтобы обнаруживать, принимать и/или измерять направляемую поверхностную волну на первой частоте, а затем переключаться на вторую частоту, чтобы обнаруживать вторую направляемую поверхностную волну на второй частоте. Опора 406 антенны может соответствовать любой
физической структуре, выполненной с возможностью соединения приемника 4 03 с вычислительным устройством 4 09.
[0198] Вычислительное устройство 409 включает в себя компас 411. Компас 411 соответствует любой цепи, системе или устройству, которое может идентифицировать направление магнитного севера или географического севера. Соответственно, компас 411 может соответствовать магнитному компасу или магнетометру для описываемых здесь вариантов осуществления, которые полагаются на полюс магнитного севера, или немагнитному компасу (например, гирокомпасу, оптическому компасу или другому немагнитному компасу) для описываемых здесь вариантов осуществления, которые полагаются на географический север.
[0199] Вычислительное устройство 409 также может включать в себя по меньшей мере одну цепь процессора с процессором 413 и памятью 416, причем оба элемента связаны с локальным интерфейсом 419. Локальный интерфейс 419 может содержать, как можно понять, например, шину данных с сопроводительной шиной адреса/управления или другой структурой шины.
[02 00] В памяти 416 хранятся как данные, так и некоторые компоненты, которые являются исполняемыми процессором 413. В частности, хранимым в памяти 416 и исполняемым процессором 413 является приложение 423 мультилатерации, и, потенциально, другие приложения. Также хранимым в памяти 416 может быть хранилище 42 6 данных, которое может хранить данные 42 9 карты, инерциальные данные 431, кривые 433 фазового сдвига и/или, потенциально, другие данные. В дополнение, операционная система может быть сохранена в памяти 416 и может быть исполняемой процессором 413.
[0201] Данные 429 карты представляют собой одну или более географических структур, по которым может осуществлять навигацию навигационный блок 4 00 или на которых может происходить определение географического местоположения. Данные 42 9 карты могут включать в себя глобальные данные или данные, которые относятся к конкретным регионам или местностям, таким как полушарие, континент, океан, море, озеро, страна, штат/провинция, город и/или их части. Данные 42 9 карты также могут включать в себя одну или более систем координат для
идентификации местоположения на земном шаре или в пределах конкретной области или местности. Такие системы координат могут включать в себя линии широты и долготы, систему координат Универсальной Поперечной Проекции Меркатора (UTM), систему координат Универсальной Полярной Стереографической Проекции (UPS), систему сетки и/или другие системы координат.
[02 02] Данные 42 9 карты могут включать в себя релевантную информацию, необходимую для снятия неоднозначности между местоположениями на земном шаре. Они могут включать в себя список сотовых сетей в разных странах или регионах. Они могут включать в себя список станций радио или телевизионного вещания в разных странах или регионах. В некоторых случаях они могут включать в себя список адресов управления доступом к среде (MAC) для точек доступа беспроводной сети в разных местоположениях. В разных случаях они также могут включать в себя список углов, которые будут образовываться между направляемыми поверхностными волновыми фронтами, запущенными из зондов направленного поверхностного волновода с известным местоположением, и полярной осью, проходящей от Северного Полюса к Южному Полюсу, и местоположения на Земле. В дополнение, данные 42 9 карты также могут включать в себя список местоположений, где эти углы будут образовываться, если навигационный блок 4 00 был с заданным расстоянием от зонда направленного поверхностного волновода, который запускает направляемую поверхностную волну, или его антипода.
[0203] Инерциальные данные 431 представляют собой навигационные данные, описывающие текущие и исторические траектории навигационного блока 4 00. Инерциальные данные 431 могут представлять собой, например, текущую скорость, текущую высоту над уровнем моря (абсолютную высоту) и/или текущее направление движения навигационного блока 400 или объекта, к которому прикреплен навигационный блок 4 00, а также другие навигационные данные. Инерциальные данные 431 также могут включать в себя исторические данные, такие как исходное или начальное местоположение, прошлые скорости и соответствующие направления движения, прошлые абсолютные высоты и/или другие
навигационные данные.
[0204] Приложение 423 мультилатерации исполняется, чтобы идентифицировать местоположение навигационного блока 4 00 на основании одной или более направляемых поверхностных волн, принятых навигационным блоком 400. Например, приложение 423 мультилатерации может вычислять время, которое возникло между тем, когда принимается направляемая поверхностная волна, и тем, когда принимается отражение от антипода. На основании вычисленной временной разности, приложение 423 мультилатерации может определять, насколько далеко навигационный блок 4 00 находится от антипода и, вследствие этого, насколько далеко навигационный блок 4 00 находится от зонда Р направленного поверхностного волновода, используемого для запуска направляемой поверхностной волны. Приложение 42 3 мультилатерации может дополнительно полагаться на данные чтения компаса для снятия неоднозначности позиции навигационного блока 400 из нескольких возможных позиций, как дополнительно описывается здесь. В одном или более из этих различных вариантов осуществления приложение 42 3 мультилатерации может использовать дополнительные данные, такие как данные 429 карты, кривые 433 фазового сдвига, инерциальные данные 431 и/или другие навигационные данные.
[02 05] Следует понимать, что могут присутствовать другие приложения, которые хранятся в памяти 416 и, как можно понять, являются исполняемыми процессором 413. Эти другие приложения могут, например, быть исполнены для определения интенсивности направляемых поверхностных волн, обнаруженных навигационным блоком 4 00 с помощью приемника 4 03. В случае, где любой компонент, который обсуждается здесь, реализуется в форме программного обеспечения, может быть использован любой из ряда языков программирования, такой как, например, С, С++, С#, Объектный С, Java(r), JavaScript(r), Perl, PHP, Visual Basic(r), Python(r), Ruby, Flash(r) или другие языки программирования.
[0206] Ряд компонентов программного обеспечения хранится в памяти 416 и являются исполняемыми процессором 413. В связи с этим, понятие "исполняемый" означает файл программы, который
присутствует в форме, которая может в конечном счете быть выполнена процессором 413. Примерами исполняемых программ могут быть, например, компилированная программа, которая может быть переведена в машинный код в формате, который может быть загружен в часть произвольного доступа памяти 416 и выполнен процессором 413, исходный код, который может быть выражен в свойственном формате, таком как объектный код, который может быть загружен в часть произвольного доступа памяти 416 и выполнен процессором 413, исходный код, который может быть интерпретирован другой исполняемой программой, чтобы генерировать инструкции, подлежащие исполнению процессором 413, в части произвольного доступа памяти 416, и т.д. Исполняемая программа может быть сохранена в любой части или компоненте памяти 416, включая, например, память с произвольным доступом (RAM), постоянную память (ROM), жесткий накопитель, твердотельный накопитель, USB-флэш накопитель, карта памяти, оптический диск, такой как компакт диск (CD) или цифровой универсальный диск (DVD), гибкий диск, магнитная лента или другие компоненты памяти.
[02 07] Память 416 определяется здесь как включающая в себя как энергозависимую, так и энергонезависимую память, и компоненты хранения данных. Энергозависимые компоненты являются теми, которые не сохраняют значения данных после потери питания. Энергонезависимые компоненты являются теми, которые сохраняют данные после потери питания. Таким образом, память 416 может содержать, например, память с произвольным доступом (RAM), постоянную память (ROM), накопители на жестком диске, твердотельные накопители, USB-флэш накопители, карты памяти, доступ к которым осуществляется через устройство чтения карт памяти, гибкие диски, доступ к которым осуществляется через ассоциированный накопитель для гибких дисков, оптические диски, доступ к которым осуществляется через накопитель для оптических дисков, магнитные ленты, доступ к которым осуществляется через соответствующий накопитель для лент, и/или другие компоненты памяти или сочетания любых двух или более из этих компонентов памяти. В дополнение, RAM может содержать, например, статическую память с произвольным доступом (SRAM), динамическую память с
произвольным доступом (DRAM) или магнитную память с произвольным
доступом (MRAM), или другие такие устройства. ROM может
содержать, например, программируемую постоянную память (PROM),
стираемую программируемую постоянную память (EPROM),
электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM) или другое подобное устройство памяти.
[0208] Также, процессор 413 может представлять собой несколько процессоров 413 и/или несколько ядер процессора, а память 416 может представлять собой несколько памятей 416, которые работают в параллельных цепях обработки, соответственно. В таком случае локальный интерфейс 419 может быть подходящей сетью, которая обеспечивает связь между любыми двумя из нескольких процессоров 413, между любым процессором 413 и любой из памятей 416 или между любыми двумя из памятей 416 и т.д. Локальный интерфейс 419 может содержать дополнительные системы, предназначенные, чтобы координировать данную связь, включая, например, выполнение балансировки нагрузки. Процессор 413 может быть электрической или некоторой другой доступной конструкции.
[0209] Несмотря на то, что описываемые здесь приложение 423
мультилатерации и другие различные системы 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 виде цепи или конечного автомата, который использует любую одну из или сочетание ряда технологий. Эти технологии могут включать в себя, но не ограничиваются этим, цепи дискретной логики с логическими вентилями для реализации различных логических функций по приложению одного или более сигналов данных, проблемно-ориентированные интегральные микросхемы (ASIC) с подходящими логическими вентилями, программируемые вентильные матрицы (FPGA) или другие компоненты и т.д. Такие технологии, как правило, хорошо известны
специалистам в данной области техники и, следовательно, не описываются здесь подробно.
[0210] Переместимся к Фиг. 22, где показано графическое представление определения местоположения навигационного блока 4 00 (Фиг. 21) с помощью приложения 42 3 мультилатерации (Фиг. 21). Здесь земная станция 500 запускает направляемую поверхностную волну, используя соответствующий зонд Р волновода направляемой поверхностной волны. Навигационный блок 4 00 принимает или обнаруживает направляемую поверхностную волну и затем позже принимает или обнаруживает соответствующую отраженную направляемую поверхностную волну, которая была отражена от антипода по отношению к соответствующей земной станции 500. Приложение 423 мультилатерации может вычислять промежуток времени, которое прошло между тем, когда была принята направляемая поверхностная волна, и тем, когда была принята соответствующая отраженная направляемая поверхностная волна. Приложение 423 мультилатерации может использовать это время для определения расстояния от антипода до навигационного блока 400 и соответствующего расстояния от навигационного блока 400 до соответствующей наземной станции 500. Приложение 423 мультилатерации затем может вычислять окружность 503 вокруг наземной станции 500 с радиусом, равным расстоянию от наземной станции 500 до навигационного блока 400. Подобным образом приложение 42 3 мультилатерации может вычислять окружность вокруг антипода с радиусом, равным расстоянию от антипода до навигационного блока 400. Приложение 423 мультилатерации затем может использовать компас 411 для определения местоположения магнитного севера или географического севера. Угол между направлением направляемой поверхностной волны и местоположением магнитного севера или географического севера может локализовать местоположение навигационного блока 4 00 до двух возможных местоположений на противоположных полусферах по отношению к наземной станции 500. В некоторых случаях угол магнитного отклонения, обнаруженный магнитным компасом 411, может быть дополнительно использован, чтобы локализовать местоположение навигационного блока 4 00 до одного местоположения. Приложение
423 мультилатерации также может использовать дополнительные данные, такие как данные 42 9 карты или инерциальные данные 431, чтобы дополнительно локализовать или иначе разрешать или снять неоднозначность местоположения навигационного блока 400.
[0211] Перейдем к Фиг. 23, где показано графическое представление угла 9, образованного вектором нормали фронта 603 направляемой поверхностной волны для направляемой поверхностной волны, запущенной из наземной станции 50 0, и полярной осью 60 6, проходящей от Северного Полюса к Южному Полюсу Земли. Угол 9 является уникальным для двух точек на окружности круга, центрированного по наземной станции 500 или соответствующему антиподу, которая пересекает местоположение 509 навигационного блока 400 (Фиг. 21) . Соответственно, измерение угла 9, образованного между полярной осью 60 6 и вектором нормали фронта 603 направляемой поверхностной волны будет указывать два возможных местоположения 609 для навигационного блока 400, каждое в противоположном полушарии от другого. Приложение 423 мультилатерации может использовать дополнительную информацию для снятия неоднозначности в отношении того, какое из двух возможных местоположений 609 соответствует фактическому местоположению 609 навигационного блока 400.
[0212] Отметим, что частота направляемой поверхностной волны может определять, бежит ли направляемая поверхностная волна с равномерной скоростью вокруг всей Земли. В частности, чем ниже частота, тем более вероятно, что фронт 603 направляемой поверхностной волны будет однородным по его окружности. Тем не менее, при более высоких частотах, локальная местность или вода могут вызывать различие скорости распространения. Такие эффекты следует учитывать в различных описываемых здесь вариантах осуществления, если они являются существенными.
[0213] Обратимся далее к Фиг. 24, где показана блок-схема последовательности операций, которая предоставляет один пример работы части приложения 423 мультилатерации в соответствии с различными вариантами осуществления. Следует понимать, что блок-схема последовательности операций по Фиг. 24 предоставляет лишь
пример многих разных типов функциональных компоновок, которые могут быть использованы, чтобы реализовать работу части приложения 423 мультилатерации, которое описано здесь. В качестве альтернативы, блок-схема схема последовательности операций по Фиг. 2 4 может быть рассмотрена как изображающая пример элементов способа, реализуемого в вычислительном устройстве 409 (Фиг. 21), в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[0214] Начиная с этапа 703, приложение 423 мультилатерации идентифицирует первый импульс или передний фронт каждой направляемой поверхностной волны, принимаемой в местоположении 609 (Фиг. 23) навигационного блока 400 (Фиг. 21) . Для каждой направляемой поверхностной волны приложение 42 3 мультилатерации может записывать время, в которое импульс или передний фронт каждой направляемой поверхностной волны был принят в местоположении 609 навигационного блока 400, и соответствующую наземную станцию 500 (Фиг. 23) для направляемой поверхностной волны.
[0215] Далее обратимся к этапу 706, где приложение 423 мультилатерации идентифицирует отражение от антипода направляемой поверхностной волны, принимаемой в местоположении 609 навигационного блока 400. Приложение 423 мультилатерации может записывать время, в которое отраженная направляемая поверхностная волна была принята в местоположении 50 6 навигационного блока 400.
[0216] Перейдем далее на этап 709, где приложение 423 мультилатерации вычисляет расстояние от навигационного блока 400 до наземной станции 500 или ее соответствующего антипода в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Например, приложение 42 3 мультилатерации может вычислять промежуток времени между тем, когда был принят первый импульс или передний фронт направляемой поверхностной волны, и тем, когда была принята соответствующая отраженная направляемая поверхностная волна. Вычисленный промежуток времени указывает на то, насколько далеко навигационный блок 4 00 находится от наземной станции 500 и ее антипода. Для определения расстояния
от антипода может быть использована следующая формула: DA= (Т/2) * VGSW (106) ,
где DA представляет собой расстояние от навигационного блока 400 до антипода, Т представляет собой время, которое прошло между тем, когда был принят первый импульс или передний фронт направляемой поверхностной волны, и тем, когда была принята соответствующая отраженная направляемая поверхностная волна, и VGSW представляет собой скорость направляемой поверхностной волны по наземной среде с потерями. Для определения расстояния от земной станции 50 0 может быть использована следующая формула:
DGS= (СЕ/2) - DA (107) ,
где DGS предоставляет собой расстояние от навигационного
блока 400 до наземной станции 500, СЕ представляет собой
окружность Земли и DA представляет собой расстояние от
навигационного блока 4 00 до антипода. Как видно из уравнений
выше, чем короче промежуток времени между тем, когда впервые
обнаруживается направляемая поверхностная волна, и
обнаруживается соответствующее отражение, тем ближе
навигационный блок 400 к антиподу наземной станции 500. Чем
длиннее промежуток времени между тем, когда впервые
обнаруживается направляемая поверхностная волна, и
обнаруживается соответствующее отражение, тем ближе
навигационный блок 400 к самой наземной станции 500.
[0217] Переместимся к этапу 713, где приложение 423 мультилатерации вычисляет, вычерчивает или иным образом формирует окружность круга 503 (Фиг. 22) вокруг наземной станции 500 или ее антипода, чтобы идентифицировать местоположение 506
(Фиг. 22) навигационного блока 4 00. Окружность может, например, быть вычислена с помощью создания круга с центром, эквивалентным местоположению наземной станции 500 или соответствующего антипода, и с радиусом, равным вычисленному расстоянию до местоположения наземной станции 500 или антипода, как описано выше. Местоположение наземной станции 500 и соответствующего антипода могут быть заранее известны и сохранены в памяти 416
(Фиг. 21) навигационного блока 400, как, например, в данных 429 карты (Фиг. 21), или могут быть определены с использованием
различных подходов.
[0218] Переместимся к этапу 716, где приложение 423 мультилатерации идентифицирует угол 9, образованный между полярной осью 60 6 Земли и фронтом 603 направляемой поверхностной волны (Фиг. 23) или окружностью 503, вычисленной ранее на этапе 713. Например, приложение 423 мультилатерации может предписывать компасу 411 (Фиг. 21) определять местоположение магнитного Северного Полюса или географического Северного Полюса, в зависимости от варианта осуществления. Местоположение магнитного Северного Полюса или географического Северного Полюса относительно фронта 603 направляемой поверхностной волны (Фиг. 23) или окружности 503 используется для вычисления значения для
[0219] Перейдем далее к этапу 719, где приложение 423 мультилатерации определяет потенциальные местоположения 609 (Фиг. 23) для навигационного блока 4 00. Например, приложение 42 3 мультилатерации может обращаться к данным 42 9 карты, чтобы идентифицировать потенциальные местоположения, где угол 9 будет образовываться на вычисленном расстоянии от наземной станции 500 или ее антипода.
[0220] Переместимся к этапу 723, где приложение 423 мультилатерации снимает неоднозначность между потенциальными местоположениями 609 навигационного блока для определения текущего местоположения 609 навигационного блока. Различные подходы могут быть использованы для снятия неоднозначности между несколькими позициями, включая примеры, предоставленные ниже. В некоторых вариантах осуществления несколько подходов могут быть использованы вместе, чтобы повысить точность процесса разрешения неоднозначности или в качестве дублирующего подхода, если первый подход является нежизнеспособным для разрешения неоднозначности между потенциальными местоположениями 609.
[0221] Например, приложение 423 мультилатерации может использовать инерциальные данные 431 для снятия неоднозначности между несколькими местоположениями. Например, если инерциальные данные 431 указывают на то, что навигационный блок 4 00 начинал
свою текущую поездку в Нью-Йорке, перемещался со скоростью 500 миль в час и перемещался в течение 1 часа, тогда приложение 423 мультилатерации будет знать, что он располагается на окружности круга с радиусом 500 миль и центрированного в Нью-Йорке. То местоположение 609, идентифицированное на этапе 719, которое лежит на окружности, будет соответствовать текущему местоположению 609 навигационного блока 400. Подобным образом, если одно местоположение, определенное на этапе 719, было определено как находящееся в Северной Америке, а другое местоположение, определенное на этапе 719, было определено как находящееся в Азии, то приложение 423 мультилатерации может идентифицировать местоположение Северной Америки в качестве текущего местоположения 609 навигационного блока 400.
[0222] В качестве другого примера, приложение 423 мультилатерации может использовать внешние источники данных для снятия неоднозначности между несколькими местоположениями. В качестве примера, одно местоположение, определенное на этапе 719, может располагаться в Северной Америке, а другое местоположение, определенное на этапе 719, может располагаться в Азии. Если навигационный блок 4 00 был способен принимать сигналы от североамериканского поставщика сотовой телефонии, приложение 423 мультилатерации может определять, что североамериканская позиция, идентифицированная на этапе 719, была корректным текущим местоположением 609 навигационного блока 400. Подобные определения могут быть выполнены на основании того, был ли навигационный блок 4 00 принимающим вещания конкретных радиостанций (например, AM- или FM-радиостанций, расположенных в Северной Америке, против AM- или FM-радиостанций, расположенных в Азии), телевизионных станций, сигналы беспроводной сети (например, от сетевой точки доступа с МАС-адресом, идентифицированным ранее как располагающийся в Северной Америке) или подобные сигналы.
[0223] В некоторых примерах приложение 423 мультилатерации может разрешать неоднозначность между потенциальными местоположениями 609 посредством использования угла магнитного отклонения. Угол магнитного отклонения относится к углу между
линиями магнитного поля Земли и горизонтом. Так как линии магнитного поля Земли не параллельны поверхности Земли, северный конец магнитной стрелки будет указывать в направлении земли в северном полушарии (положительный угол магнитного отклонения) и от земли в южном полушарии (отрицательный угол магнитного отклонения), поскольку магнитная стрелка пытается выровнять себя с линиями силы магнитного поля Земли. Если одно потенциальное местоположение 609, идентифицированное на этапе 719, располагается в северном полушарии, а другое потенциальное местоположение 609, идентифицированное на этапе 719, располагается в южном полушарии, приложение 423 мультилатерации может использовать угол магнитного отклонения, измеренный в текущем местоположении 609 навигационного блока 400, для снятия неоднозначности между потенциальными местоположениями 609.
[0224] После разрешения неоднозначности в отношении текущего местоположения 609 навигационного блока 400 исполнение по сути заканчивается.
[0225] Блок-схема последовательности операций по Фиг. 24 показывает функциональность и работу реализации частей приложения 42 3 мультилатерации. Если воплощается в программном обеспечении, каждый блок может представлять собой модуль, сегмент или часть кода, который содержит программные инструкции, для реализации конкретной логической функции(й). Программные инструкции могут быть воплощены в форме 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 413 (Фиг. 21), в компьютерной системе или другой системе. Машинный код может быть преобразован из исходного кода и т.д. Если воплощается в аппаратном обеспечении, каждый блок может представлять собой цепь или ряд взаимосвязанных цепей для реализации конкретной логической функции(й).
[0226] Несмотря на то, что блок-схема последовательности операций по Фиг. 24 показывает конкретный порядок исполнения, следует понимать, что порядок исполнения может отличаться от того, что изображен. Например, порядок исполнения двух или более
этапов может быть нарушен по отношению к показанному порядку.
Кроме того, два или более этапа, показанные в последовательности
на Фиг. 24, могут быть исполнены параллельно или частично
параллельно. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления
один или более этапов, показанных на Фиг. 24, могут быть
пропущены или исключены. В дополнение, любое число счетчиков,
переменных состояния, предупреждающих семафоров или сообщений
может быть добавлено в логический поток, описываемый здесь, 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.
[0227] Кроме того, любая описанная здесь логика или приложение, включая приложение 423 мультилатерации, которое содержит программное обеспечение или код, может быть воплощено в любом невременном считываемом компьютером носителе информации для использования посредством или в связи с системой исполнения инструкции, такой как, например, процессор 413 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 считываемого компьютером носителя информации и исполнены системой исполнения инструкции. В контексте настоящего раскрытия, "считываемый компьютером носитель информации" может быть любым носителем информации, который может содержать, хранить или обеспечивать описанную здесь логику или приложение для использования посредством или в связи с системой исполнения инструкции.
[022 8] Считываемый компьютером носитель информации может содержать любые из многих физических носителей информации, таких как, например, магнитные, оптические или полупроводниковые носители информации. Более конкретные примеры подходящего считываемого компьютером носителя информации будут включать в себя, но не ограничиваются этим, магнитные ленты, магнитные флоппи-дискеты, магнитные жесткие накопители, карты памяти, твердотельные накопители, USB-флэш накопители или оптические диски. Кроме того, считываемый компьютером 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). В дополнение, считываемый компьютером 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.
[0229] Дополнительно, любая описанная здесь логика или приложение, включая приложение 423 мультилатерации, может быть реализована и структурирована различными путями. Например, одно или более описанных приложений могут быть реализованы в качестве модулей или компонентов одного приложения. Дополнительно, следует понимать, что такие понятия, как "приложение", "услуга", "система", "машина", "модуль" и т.д. могут быть взаимозаменяемыми и не предназначены для ограничения.
[0230] Дизъюнктивный язык, такой как фраза "по меньшей мере
одно из X, Y или Z", до тех пор, пока конкретно не указано иное,
в противном случае понимается с контекстом, который используется
в целом для представления, что элемент, понятие и т.д. может
быть либо X, Y или Z, либо любым их сочетанием (например, X, Y
и/или Z) . Таким образом, такой дизъюнктивный язык в целом не
предназначен для того, и не должен предполагать того, что
некоторым вариантам осуществления требуется, чтобы
присутствовало каждое из по меньшей мере одного из X, по меньшей мере одного из Y или по меньшей мере одного из Z.
[0231] Примерные варианты осуществления настоящего раскрытия предоставляются в нижеследующих пунктах. Эти пункты предоставляют некоторые примеры различных вариантов осуществления настоящего раскрытия. Тем не менее, описание, предоставленное в этих пунктах, не исключает альтернативных реализаций или вариантов осуществления. Скорее эти пункты предназначены для того, чтобы предоставить иллюстрацию потенциальных вариантов осуществления настоящего раскрытия.
[0232] Пункт 1. Система, содержащая: зарядный терминал,
приподнятый над проводящей средой с потерями; сеть приемника, подсоединенную между зарядным терминалом и проводящей средой с потерями, причем сеть приемника имеет фазовую задержку (Ф), которая согласуется с углом (?) наклона волны, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, причем угол (?) наклона волны основан, по меньшей мере частично, на характеристиках проводящей среды с потерями в окрестности зарядного терминала; компас; процессор; память; и приложение, хранящееся в памяти и исполняемое процессором, при этом приложение предписывает системе выполнять по меньшей мере следующие действия при исполнении процессором: принять направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принять отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычислить промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измерить угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
[0233] Пункт 2. Система по пункту 1, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере: измерить значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутом значении угла магнитного отклонения.
[0234] Пункт 3. Система по пункту 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает
системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[0235] Пункт 4. Система по пункту 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[023 6] Пункт 5. Система по пункту 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию системы на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных с системой, при этом инерциальные данные хранятся в памяти системы; и при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции системы.
[0237] Пункт 6. Система по пункту 1, в которой предписание системе определить местоположение системы на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка
времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; вычесть расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли, с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и установить местоположение системы по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и системой.
[0238] Пункт 7. Система по пункту 1, в которой предписание системе определить местоположение системы на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и установить местоположение системы по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и системой.
[0239] Пункт 8. Способ, содержащий этапы, на которых: принимают направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принимают отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычисляют промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измеряют угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом
направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
[024 0] Пункт 9. Способ по пункту 8, дополнительно содержащий этапы на которых: измеряют значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, упомянутого значения угла магнитного отклонения.
[0241] Пункт 10. Способ по пункту 8 или 9, дополнительно содержащий этап, на котором: идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[0242] Пункт 11. Способ по пункту 8 или 9, дополнительно содержащий этап, на котором: идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[0243] Пункт 12. Способ по пункту 8 или 9, дополнительно содержащий этап, на котором: идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных со структурой приема направляемой поверхностной
волны; и при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[0244] Пункт 13. Способ по пункту 8, в котором этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых: делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножают деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; вычитают расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли, с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и структурой приема направляемой поверхностной волны.
[0245] Пункт 14. Способ по пункту 8, в котором этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых: делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножают деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема
направляемой поверхностной волны; и устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны.
[0246] Пункт 15. Способ по любому из пунктов 8-14, в котором структура приема направляемой поверхностной волны содержит: зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями; сеть приемника, подсоединенную между зарядным терминалом и проводящей средой с потерями, причем сеть приемника имеет фазовую задержку (Ф) , которая согласуется с углом (?) наклона волны, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, причем угол (?) наклона волны основан, по меньшей мере частично, на характеристиках проводящей среды с потерями в окрестности этого зарядного терминала.
[0247] Пункт 16. Устройство, содержащее: структуру приема направляемой поверхностной волны, выполненную с возможностью получения электрической энергии из направляемой поверхностной волны, бегущей по наземной среде; процессор; память; компас; и приложение, хранящееся в памяти, которое при исполнении процессором предписывает устройству по меньшей мере: принять направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; принять отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны; вычислить промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны; измерить угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично: упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
[024 8] Пункт 17. Устройство по пункту 16, в котором приложение при исполнении процессором, предписывает устройству по меньшей мере: измерить значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, упомянутого значения угла магнитного отклонения.
[024 9] Пункт 18. Устройство по пунктам 16 или 17, в котором предписание устройству определить местоположение устройства на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и установить местоположение устройства по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и устройством.
[0250] Пункт 19. Устройство по любому из пунктов 16-18, в котором предписание устройству определить местоположение устройства на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере: разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени; умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; вычесть расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны
из значения, равного половине окружности Земли с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и устройством; и установить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и устройством.
[0251] Пункт 20. Устройство по любому из пунктов 16-19, в котором приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает устройству по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и при этом предписание устройству определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[02 52] Пункт 21. Устройство по любому из пунктов 16-21, в котором приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает устройству по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных со структурой приема направляемой поверхностной волны, при этом инерциальные данные хранятся в памяти системы; и при этом предписание устройству определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
[02 53] 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 рамки объема этого раскрытия и защищены нижеследующей формулой изобретения. Кроме того, все необязательные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления и зависимых пунктов формулы изобретения являются используемыми во всех аспектах описанного здесь раскрытия. Более того, отдельные признаки зависимых пунктов формулы изобретения, а также необязательные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов осуществления являются комбинируемыми и взаимозаменяемыми друг с другом, где это применимо. Таким образом, различные описанные выше варианты осуществления раскрывают элементы, которые необязательно могут быть объединены различными путями в зависимости от требуемой реализации.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система, содержащая:
зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями;
сеть приемника, подсоединенную между зарядным терминалом и проводящей средой с потерями, причем сеть приемника имеет фазовую задержку (Ф) , которая согласуется с углом (?) наклона волны, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, причем угол (?) наклона волны основан, по меньшей мере частично, на характеристиках проводящей среды с потерями в окрестности этого зарядного терминала;
компас;
процессор;
память; и
приложение, хранящееся в памяти и исполняемое процессором, при этом приложение предписывает системе выполнять по меньшей мере следующие действия при исполнении процессором:
принять направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны;
принять отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны;
вычислить промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны;
измерить угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и
определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично:
упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и
упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
2. Система по п. 1, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере
2.
измерить значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и
при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутом значении угла магнитного отклонения.
3. Система по п. 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и
при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
4. Система по п. 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором, дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и
при этом предписание системе определить местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
5. Система по п. 1 или 2, в которой приложение при исполнении процессором дополнительно предписывает системе по меньшей мере идентифицировать приблизительную позицию системы на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных с системой, при этом инерциальные данные хранятся в памяти системы; и
при этом предписание системе определить местоположение
структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно основано, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции системы.
6. Система по п. 1, в которой предписание системе определить местоположение системы на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере:
разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени;
умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника;
вычесть это расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли, с получением расстояния между зондом, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и
установить местоположение системы по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и системой.
7. Система по п. 1, в которой предписание системе определить местоположение системы на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит предписание процессору по меньшей мере:
разделить промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени;
умножить деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и сетью приемника; и
установить местоположение системы по окружности круга,
центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и системой.
8. Способ, содержащий этапы, на которых:
принимают направляемую поверхностную волну, используя структуру приема направляемой поверхностной волны;
принимают отражение направляемой поверхностной волны, используя структуру приема направляемой поверхностной волны;
вычисляют промежуток времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны;
измеряют угол между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и
определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично:
упомянутого угла между волновым фронтом направляемой поверхностной волны и полярной осью Земли; и
упомянутого промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны.
9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этапы, на которых:
измеряют значение для угла магнитного отклонения в местоположении структуры приема направляемой поверхностной волны; и
определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны дополнительно на основании, по меньшей мере частично, значения угла магнитного отклонения.
10. Способ по п. 8 или 9, дополнительно содержащий этап, на котором:
идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки сотовой сети в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и
при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной
позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
11. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап, на котором:
идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, идентификатора вышки радиопередачи в пределах диапазона структуры приема направляемой поверхностной волны; и
при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
12. Способ по п. 8 или 9, дополнительно содержащий этап, на котором:
идентифицируют приблизительную позицию структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, инерциальных данных, ассоциированных со структурой приема направляемой поверхностной волны; и
при этом этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны, дополнительно основан, по меньшей мере частично, на упомянутой приблизительной позиции структуры приема направляемой поверхностной волны.
13. Способ по п. 8, в котором этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых:
делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени;
умножают деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны;
вычитают это расстояние между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны из значения, равного половине окружности Земли, с получением расстояния между зондом,
ассоциированным с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и
устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по зонду, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между зондом и структурой приема направляемой поверхностной волны.
14. Способ по п. 8, в котором этап, на котором определяют местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны на основании, по меньшей мере частично, промежутка времени, прошедшего между приемом направляемой поверхностной волны и приемом отражения направляемой поверхностной волны, дополнительно содержит этапы, на которых:
делят промежуток времени на два с получением деленного пополам промежутка времени;
умножают деленный пополам промежуток времени на скорость направляемой поверхностной волны с получением расстояния между антиподом зонда, ассоциированного с направляемой поверхностной волной, и структурой приема направляемой поверхностной волны; и
устанавливают местоположение структуры приема направляемой поверхностной волны по окружности круга, центрированного по антиподу, при этом круг имеет радиус, равный расстоянию между антиподом и структурой приема направляемой поверхностной волны.
15. Способ по любому из пп. 8-14, в котором структура приема направляемой поверхностной волны содержит:
зарядный терминал, приподнятый над проводящей средой с потерями;
сеть приемника, подсоединенную между зарядным терминалом и проводящей средой с потерями, причем сеть приемника имеет фазовую задержку (Ф) , которая согласуется с углом (?) наклона волны, ассоциированным с направляемой поверхностной волной, причем угол (?) наклона волны основан, по меньшей мере частично, на характеристиках проводящей среды с потерями в окрестности этого зарядного терминала.
По доверенности
548412
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
200с
206
Система управления зондом 230
- -м
Источник возбуждения 212
Сеть питания 209
Ji,
m//
Q2'
Qi' i
130
D, = Hi + d/2 +d/2 = + d D2 = H2 + d/2 +d/2 = H2 + d
1ш{Фг/}
40: i j
175
30 h
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)
200е
!См h
ФИГ. 17
ФИГ. 18А
312
-ё-
Сеть со-
-о
Электри-
гласования
ческая
импедансов
-о
нагрузка
318
315
777^
306а
321
Сеть со-
-о
Электри-
гласования
ческая
импедансов
нагрузка
324
327
203
777^,
306b
321
Сеть со-
-о
Электри-
гласования
ческая
импедансов
-о
нагрузка
324
327
ФИГ 18С
203
777^.
(НАЧАЛО)
180
П03ИЦИ0НИРУ ТЕРМ
ют ЗАРЯДНЫЙ ИНАЯ
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
400
403
406
Вычислительное устройство 409
Память(и) 416
Компас 411
Хранилище
данных 426
Процессор(ы) 413
Данные карты 429
Инерциальные данные 431
Приложение мультилатерации 423
419
ФИГ. 23
НАЧАЛО
ИДЕНТИФИЦИРУЮТ ПЕРВЫЙ ИМПУЛЬС/ ФРОНТ НАПРАВЛЯЕМОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ ОТ НАЗЕМНЫХ СТАНЦИЙ
703
706 423
ИДЕНТИФИЦИРУЮТ ОТРАЖЕНИЕ НАПРАВЛЯЕМОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ
709
ВЫЧИСЛЯЮТ РАССТОЯНИЕ ДО НАЗЕМ-
НОЙ СТАНЦИИ ИЛИ СООТВЕТСТВУЮЩЕ-
ГО АНТИПОДА
713
ВЫЧЕРЧИВАЮТ ОКРУЖНОСТЬ СООТВЕТСТВУЮЩЕГО КРУГА
716
ИДЕНТИФИЦИРУЮТ УГОЛ МЕЖДУ ПОЛЯРНОЙ ОСЬЮ И ОКРУЖНОСТЬЮ
719
ИДЕНТИФИЦИРУЮТ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
723
СНИМАЮТ НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ ТЕКУЩЕГО МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
КОНЕЦ
ФИГ.
(19)
(19)
(19)
109
112
112
100
1/22
100
1/22
ФИГ. 2
ФИГ. 2
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
2/22
2/22
ФИГ. 3
ФИГ. 3
3/22
3/22
ФИГ. 5А
ФИГ. 5А
4/22
4/22
ФИГ. 6
ФИГ. 6
5/22
5/22
ФИГ. 7
ФИГ. 7
7/22
7/22
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/22
7/22
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/22
7/22
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
7/22
7/22
ФИГ. 9В
ФИГ. 9В
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
8/22
8/22
ФИГ. 11
ФИГ. 11
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
9/22
9/22
ФИГ. 12
ФИГ. 12
10/22
10/22
11/22
11/22
ФИГ. 14
ФИГ. 14
12/22
12/22
ФИГ. 15В
ФИГ. 15В
13/22
13/22
ФИГ. 16
ФИГ. 16
13/22
13/22
ФИГ. 16
ФИГ. 16
13/22
13/22
ФИГ. 16
ФИГ. 16
13/22
13/22
ФИГ. 16
ФИГ. 16
14/22
14/22
303
15/22
303
15/22
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/22
303
15/22
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/22
303
15/22
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/22
303
15/22
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
303
15/22
303
15/22
ФИГ. 18В
ФИГ. 18В
16/22
16/22
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/22
16/22
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/22
16/22
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
16/22
16/22
ФИГ. 18D
ФИГ. 18D
17/22
17/22
18/22
18/22
19/22
19/22
ФИГ. 21
ФИГ. 21
19/22
19/22
ФИГ. 21
ФИГ. 21
19/22
19/22
ФИГ. 21
ФИГ. 21
19/22
19/22
ФИГ. 21
ФИГ. 21
20/22
506
20/22
506
21/22
21/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22
22/22