本公開涉及波聚焦技術。

背景技術：

可用的射頻頻譜經(jīng)常受到司法法規(guī)和標準的限制。對帶寬(即，增大的數(shù)據(jù)吞吐量)的不斷增加的需求導致出現(xiàn)了提供光纖數(shù)據(jù)速率并且可支持密集部署架構(gòu)的多種無線點到點技術。毫米波通信系統(tǒng)可以用于這個功能，提供了短鏈路、高數(shù)據(jù)速率、低成本、高密度、高安全性以及低傳輸功率的運行優(yōu)點。

這些優(yōu)點使毫米波通信系統(tǒng)有益于發(fā)送射頻頻譜中的各種波。同軸電纜可用于載送毫米波，但目前將電纜結(jié)合到毫米波通信系統(tǒng)中非常昂貴。

技術實現(xiàn)要素：

一般來講，本公開涉及包含高介電諧振器的透鏡。透鏡包括基板和分散在整個基板中的多個高介電諧振器，其中多個高介電諧振器中的每個高介電諧振器具有相對于基板的相對介電常數(shù)的高相對介電常數(shù)，并且其中多個高介電諧振器以幾何圖樣布置，使得一個高介電諧振器的諧振向任何周圍高介電諧振器傳輸能量。

在一個實施方案中，本公開涉及包含高介電諧振器的透鏡。在一個示例中，透鏡包括用于傳播電磁波的基板以及分散在整個基板中的多個諧振器。多個諧振器中的每個具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑，并且由具有至少部分地基于電磁波的頻率選擇的諧振頻率的電介質(zhì)材料形成。多個諧振器中的每個還具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)。多個諧振器中的至少兩個根據(jù)晶格常數(shù)在基板內(nèi)隔開，所述晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。

在另一個實施方案中，本公開涉及一種波導系統(tǒng)設備。設備包括波導、天線、以及定位在天線和波導之間的透鏡。透鏡包括用于傳播由天線發(fā)送或接收的電磁波的基板以及分散在整個基板中的多個諧振器。多個諧振器中的每個具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑，并且由具有至少部分地基于電磁波的頻率選擇的諧振頻率的電介質(zhì)材料形成。多個高介電諧振器中的每個具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)。多個諧振器中的至少兩個根據(jù)晶格常數(shù)在基板內(nèi)隔開，所述晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。

在另一個實施方案中，本公開涉及形成透鏡的方法。該方法包括形成電介質(zhì)材料的多個諧振器，該電介質(zhì)材料具有至少部分地基于待與透鏡一起使用的電磁波的頻率選擇的諧振頻率。諧振器中的每個具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑。多個諧振器中的每個具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)。多個諧振器中的至少兩個根據(jù)晶格常數(shù)被布置成在基板內(nèi)隔開，所述晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。

附圖和下文的說明中示出了本公開的一個或多個實施方案的詳情。從說明書和附圖以及權利要求書中將顯而易見本公開的其它特征、目標和優(yōu)點。

附圖說明

圖1為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的包括波導和具有高介電諧振器的介電耦合透鏡的示例系統(tǒng)的框圖。

圖2a-2d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的部件諸如波導、透鏡、以及天線的示例布置的框圖。

圖3a-3d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的不同示例系統(tǒng)中的示例電磁場的概念圖。

圖4為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的圖3a-3d的框圖中電磁場強度的圖例的框圖。

圖5為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的不同系統(tǒng)中不同頻率下信號的大小的圖。

圖6a-6c為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的各種能夠用于hdr的結(jié)構(gòu)的形狀的框圖。

圖7為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的形成具有多個諧振器的透鏡的方法的流程圖。

具體實施方式

本公開描述了能夠用于改善天線與波導之間耦合效率的透鏡結(jié)構(gòu)。透鏡結(jié)構(gòu)包括由低相對介電常數(shù)材料形成的基板，以及在基板內(nèi)隔開使得允許hdr之間的能量傳輸?shù)亩鄠€高介電諧振器(hdr)。hdr是被制作成在特定頻率下諧振并可由例如陶瓷類材料構(gòu)造的物體。當電磁(em)波具有處于或接近hdr穿過hdr的諧振頻率的頻率時，波的能量被放大。當在hdr之間傳輸?shù)哪芰颗c因hdr的諧振而放大的em波能結(jié)合被接收時，em波的功率比比單獨穿過波導的波的功率比大三倍。使用該透鏡結(jié)構(gòu)作為波導和天線之間的接合部產(chǎn)生了同軸電纜的低損耗和低反射替代物以及各種通信系統(tǒng)中的其它點對點技術。

圖1為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的包括波導和具有高介電諧振器的介電耦合透鏡的示例系統(tǒng)的框圖。在該系統(tǒng)10中，波導12具有延伸穿過波導12的端口14。透鏡16定位在波導12和天線20之間。透鏡16包括多個以幾何圖案遍布于整個透鏡16的hdr18。透鏡16接收來自天線20的信號，所述信號傳播通過hdr18并進入波導12的第一端部。信號可為電磁波、或聲波等等。在一些示例中，信號為60ghz毫米波信號。信號通過端口14離開波導12。

波導12是引導波的結(jié)構(gòu)。波導12大體將信號限定為在一個維度上行進。當在開放空間中時，波通常像球面波一樣在所有方向上傳播。當發(fā)生這種情況時，波以與所行進距離的平方成比例地丟失其功率。在理想條件下，當波導將波限定為僅在單一方向上行進時，波在傳播時丟失極少至不丟失功率。

波導12為在其長度的每個端部處具有開口的結(jié)構(gòu)，兩個開口(即端口，諸如端口14)通過沿波導12內(nèi)部長度的中空部分連接。波導12可由例如銅、黃銅、銀、鋁或具有低體積電阻率的其它金屬制成。在一些示例中，如果波導12的內(nèi)壁鍍有低體積電阻率金屬，則波導12可由具有不良導電特性的金屬、塑料、或其它非導電材料制成。在一個示例中，波導12的尺寸為2.5mm×1.25mm，并由相對介電常數(shù)εr＝2.1并且損耗正切＝0.0002的制成，波導12的內(nèi)壁上具有1mm厚的鋁鍍層。

透鏡16為例如由低相對介電常數(shù)材料基板(諸如)制成的結(jié)構(gòu)。在其它示例中，透鏡16的基板部分可由材料諸如石英玻璃、堇青石、硼硅酸鹽玻璃、全氟烷氧基、聚乙烯、或氟化乙丙烯制成。在一些示例中，透鏡16為梯形形狀，其中楔形端部靠近波導12的一個端部定位。在其它示例中，透鏡16具有矩形形狀。其它示例可采用具有其它各種形狀的透鏡。在一個示例中，透鏡16由長度2mm的基板形成，其中hdr球體的半徑為0.35mm，其中天線20和透鏡16之間的間距為1.35mm。

在一些實施方案中，透鏡16包括多個以幾何圖案布置在基板內(nèi)的hdr18。一般來講，若要改善耦合效率，幾何圖案可被設計成擬合波導尺寸。在一些示例中，該圖案為等距間隔的hdr18在離波導12最遠的豎直面上的3×3網(wǎng)格，并且三個等距間隔的hdr18的垂直線在3×3網(wǎng)格和波導12之間居中對齊，其中三個等距間隔的hdr18的垂直線匹配波導12和端口14的尺寸。該幾何圖案可具有聚焦益處。從頂視圖看，hdr的布置采用三角形的形式。em波(具體為處于或接近hdr的諧振頻率的那些)被靠近天線的透鏡16的前部中的九個hdr中的任一個捕獲。在一些示例中，諧振頻率被選擇成匹配電磁波的頻率。在一些示例中，多個諧振器的諧振頻率在毫米波段內(nèi)。在一個示例中，多個諧振器的諧振頻率為60ghz。然后這些hdr中的每個可使波朝著在三個等距間隔hdr的單個垂直線上具有相同垂直布置的相應hdr折射。駐波在以大振幅振蕩的透鏡16中形成。這在最終經(jīng)由端口14將波聚焦到波導12中之前甚至更進一步地放大了em波的強度。

hdr18還可以其它幾何圖案以具體間距布置。例如，如果需要，在一些示例中可使用兩個球體的垂直線，諸如以匹配波導12的尺寸。hdr18能夠以使得一個hdr的諧振向任何周圍hdr傳輸能量的方式間隔開。該間距與hdr18的mie諧振以及系統(tǒng)效率相關?？蛇x擇間距以通過考慮系統(tǒng)中任何電磁波的波長來改善系統(tǒng)效率。每個hdr18具有直徑和晶格常數(shù)。在一些示例中，晶格常數(shù)和諧振頻率至少部分地基于待與透鏡一起使用的波導來選擇。晶格常數(shù)為一個hdr中心到相鄰hdr中心的距離。在一些示例中，hdr18的晶格常數(shù)可為1mm。在一些示例中，晶格常數(shù)小于電磁波的波長。

hdr的直徑與hdr的晶格常數(shù)的比率(直徑d/晶格常數(shù)a)可用來表征透鏡16中hdr18的幾何布置。該比率可隨透鏡結(jié)構(gòu)的相對介電常數(shù)對比度而變化。在一些示例中，諧振器的直徑與晶格常數(shù)的比率小于一。在一個示例中，d可為0.7mm，并且a可為1mm，其中比率為0.7。該比率越高，透鏡的耦合效率就變得越低。在一個示例中，圖1所示的hdr18的幾何布置的晶格常數(shù)的最大限度將為所發(fā)射波的波長。晶格常數(shù)應小于波長，但為了強效率，晶格常數(shù)應比波長小很多。這些參數(shù)的相對大小可隨透鏡結(jié)構(gòu)的相對介電常數(shù)對比度而變化。晶格常數(shù)可被選擇成在所發(fā)射波的波長內(nèi)實現(xiàn)期望的性能。在一個示例中，晶格常數(shù)可為1mm并且波長可為5mm，即晶格常數(shù)為波長的五分之一。一般來講，波長(λ)為空氣介質(zhì)中的波長。如果另一種電介質(zhì)材料用于介質(zhì)，則該式的波長應被λeff替代，所述式為：

其中εr為介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)。

hdr18和透鏡16的基板之間的高相對介電常數(shù)對比度導致以hdr18的定義明確的諧振模式的激發(fā)。換句話講，形成hdr18的材料具有相對于透鏡16的基板材料的相對介電常數(shù)的高相對介電常數(shù)。更高的對比度將提供更高的性能，并因此hdr18的相對介電常數(shù)是決定hdr18的諧振特性的重要參數(shù)。低對比度可導致hdr18諧振弱，因為能量將泄漏到透鏡16的基板材料中。高對比度提供完美邊界條件的近似值，意為極少至無能量泄漏到透鏡16的基板材料中?？蔀槠渲行纬蒱dr18的材料的相對介電常數(shù)為透鏡16的基板的相對介電常數(shù)的5-10倍以上的示例假設該近似值。在一些示例中，多個諧振器中的每個具有比基板的相對介電常數(shù)大至少兩倍的相對介電常數(shù)。在其它示例中，多個諧振器中的每個具有比基板的相對介電常數(shù)大至少十倍的相對介電常數(shù)。對于給定的諧振頻率，相對介電常數(shù)越高，介電諧振器越小，并且能量在介電諧振器內(nèi)更集中。在一些示例中，多個諧振器由陶瓷材料制成。hdr18可由多種陶瓷材料中的任一種制成，例如包括鋇鋅鉭氧化物、鋇鋅鈷鈮、鋯鈦基材料、鈦基材料、鈦酸鋇基材料、氧化鈦基材料、y5v、以及x7r等等。在一個示例中，hdr18可具有40的相對介電常數(shù)。

雖然出于示例目的在圖1中示出為球形，但在其它示例中，hdr18可以各種不同的形狀形成。在其它示例中，hdr18中的每個可具有圓柱形形狀。在另外的其它示例中，hdr18中的每個可具有立方體或其它平行六面體形狀。hdr18可采用其它幾何形狀。hdr18的功能可根據(jù)形狀而變化，如下文參考圖5所進一步詳述。

天線20可為發(fā)射電磁波信號的裝置。天線20還可為通過端口14和透鏡16接收來自波導12的波的裝置。波可為任何在射頻頻譜中的電磁波，例如包括60ghz毫米波。只要hdr直徑和晶格常數(shù)符合上述約束條件，系統(tǒng)10的透鏡16便可用于例如射頻頻譜帶中的任何波。在一些示例中，透鏡16可用于電磁波譜的毫米波段。在一些示例中，透鏡16可與頻率在例如10ghz至120ghz范圍內(nèi)的信號一起使用。在其它示例中，透鏡16可與頻率在例如10ghz至300ghz范圍內(nèi)的信號一起使用。

具有hdr18的透鏡16可用于各種系統(tǒng)，包括例如低成本電纜市場、非接觸式測量應用、芯片到芯片通信、以及提供光纖數(shù)據(jù)速率并且可支持密集部署架構(gòu)的多種其它無線點到點應用。

在一些示例中，透鏡(諸如圖1的透鏡16)可形成為包括基板和多個高介電諧振器，其中hdr在基板內(nèi)的布置在形成期間被控制使得hdr以選定距離彼此間隔開。hdr之間的距離(即晶格常數(shù))可基于待與透鏡一起使用的電磁波信號的波長來選擇。例如，晶格常數(shù)可比波長小很多。在一些示例中，在形成透鏡16期間，透鏡16的基板材料可被分為多個部分。在存在hdr平面的位置的測定處，基板材料可為分段的。半球形溝槽可在每個hdr的位置處包括于基板材料的多個部分中。在具有形狀不同的hdr的其它示例中，半圓柱形或半矩形溝槽可包括于基板材料中。然后可將hdr置于基板材料的溝槽中。然后可將基板材料的多個部分結(jié)合以形成hdr嵌入在內(nèi)的單個透鏡結(jié)構(gòu)。

在一個示例中，根據(jù)本公開的一種或多種技術，所公開的透鏡(例如透鏡16)包括用于傳播電磁波的基板以及分散在整個基板中的多個諧振器(例如hdr18)。多個諧振器中的每個具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑，并且由具有至少部分地基于電磁波的頻率選擇的諧振頻率的電介質(zhì)材料形成。多個諧振器中的每個還具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)。多個諧振器中的至少兩個根據(jù)晶格常數(shù)在基板內(nèi)隔開，所述晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。在一些示例中，根據(jù)本公開的一種或多種技術，該透鏡可通過定位在天線和波導之間作為系統(tǒng)的一部分使用以將波導耦合到天線。

該透鏡根據(jù)本公開的一種或多種技術通過形成電介質(zhì)材料的多個諧振器來形成，該電介質(zhì)材料具有至少部分地基于待與透鏡一起使用的電磁波的頻率選擇的諧振頻率。諧振器中的每個具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑。多個諧振器中的每個具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)。多個諧振器中的至少兩個根據(jù)晶格常數(shù)被布置成在基板內(nèi)隔開，所述的晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。

圖2a-2d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的部件諸如波導、透鏡、以及天線的各種示例布置的框圖。圖2a為示出波導32和天線36之間不包括透鏡的示例波導系統(tǒng)的框圖。在該示例系統(tǒng)30a中，波導32在第一端部處具有顯露中空內(nèi)部空間的端口34。該中空內(nèi)部空間延伸了波導32的整個長度，并且通向波導32的第二端部處的另一端口。天線36可以將信號作為例如球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分穿過端口34進入波導32，它們在那聚焦以在一個方向上傳播，從而節(jié)省能量。許多其它球面波可因其中天線36發(fā)出信號的方式而損耗，并且當波不聚焦時，波大小可因球面波與所行進距離的平方成比例地丟失功率而大幅減小。

圖2b為示出包括梯形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡38b的示例波導系統(tǒng)的框圖。在圖2的示例中，透鏡38b在透鏡內(nèi)不包括任何hdr元件。在系統(tǒng)30b中，透鏡38b以三維梯形的形狀形成并定位在波導32和天線36之間。梯形透鏡38b的楔形端部鄰近波導32的端口34，并且梯形透鏡38b的更大端部鄰近天線36。天線36將信號作為例如球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分由透鏡38b接收，該透鏡在波導32的端口34處或附近聚焦球面波，從而相比于其中不存在透鏡38b的圖2a的系統(tǒng)30a增大穿過波導32的能量大小。

圖2c為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的示例波導系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括梯形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡38c，透鏡38c包括布置于其中的多個hdr。在系統(tǒng)30c中，透鏡38c以三維梯形的形狀形成并定位在波導32和天線36之間。梯形透鏡38c的楔形端部鄰近波導32的端口34，其中梯形透鏡38c的更大端部鄰近天線36。hdr40布置在透鏡38c內(nèi)，并且hdr40被構(gòu)造成在與天線36發(fā)出的波相同的頻率下諧振。hdr40由相對于透鏡38c的基板材料的相對介電常數(shù)具有高相對介電常數(shù)的材料形成。hdr40以一定方式均勻地在透鏡38c內(nèi)隔開，使得當hdr40因具有hdr40的諧振頻率處或與其接近的頻率的入射波而開始諧振并形成具有大振蕩振幅的駐波時，能量朝著波導32在單個hdr40之間傳輸。在一些示例中，相比于其中不存在透鏡38c的圖2a的系統(tǒng)30a，透鏡38c中hdr40的存在使穿過波導32的波的大小系數(shù)幾乎增加了3.5。

在一些示例中，天線36將信號作為球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分由透鏡38c接收，該透鏡朝著波導32聚焦球面波，從而增大穿過波導32的波的聚集度。這些球面波還穿過hdr40。由于球面波具有hdr40的諧振頻率處或與其接近的頻率，因此hdr40開始諧振并形成具有大振蕩振幅的駐波。這些諧振在hdr40之間傳輸能量，并且甚至可向波增加能量，從而增大波的大小并補充天線36發(fā)射后丟失的功率。球面波離開透鏡38c并通過端口34由波導32接收，波在該波導中被聚焦。

圖2d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的示例波導系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括矩形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡38d，透鏡38d包括布置于其中的多個hdr40。在系統(tǒng)30d中，透鏡38d以三維矩形的形狀形成并定位在波導32和天線36之間。矩形透鏡38d的第一端部鄰近波導32的端口34，其中矩形透鏡38d的第二端部面向天線36。hdr40布置在透鏡38d內(nèi)，并且hdr40被構(gòu)造成在與天線36發(fā)出的電磁波相同的頻率下或附近諧振。hdr40由相對于透鏡38d的基板材料的介電常數(shù)具有高介電常數(shù)的材料形成。hdr40均勻地在透鏡38d內(nèi)隔開，使得當hdr40因具有hdr40的諧振頻率處或與其接近的頻率的入射波而開始諧振時，能量朝著波導32在單個hdr40之間傳輸。在一些示例中，這相比于無透鏡38d的圖2a的系統(tǒng)30a可使穿過波導32的波的大小為所述無透鏡的系統(tǒng)的三倍以上。

天線36可以將信號作為球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分由透鏡38d接收，該透鏡朝著波導32聚焦球面波，從而增大穿過波導32的波的聚集度。這些球面波還穿過hdr40。由于球面波具有hdr40的諧振頻率處或與其接近的頻率，因此hdr40開始諧振并形成具有大振蕩振幅的駐波。這些諧振在hdr40之間傳輸能量，并且可向波增加能量，從而增大波的大小并補充天線36發(fā)射后丟失的功率。球面波離開透鏡38d并通過端口34由波導32接收，波在該波導中被聚焦。

圖3a-3d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的不同示例系統(tǒng)中的示例電磁場的概念圖。例如，電磁場的強度是根據(jù)測試在電磁波穿過波導時，在各種布置的波導、透鏡、以及天線的不同位置處示出的。在這些測試示例中，使用了測得為2.5mm×1.25mm的波導。波導還具有1mm厚的鋁鍍層。在其中使用了透鏡的示例中，透鏡由長度為2mm的制成。透鏡位于離天線1.35mm的距離處。在該示例中，hdr具有球形形狀并且半徑為0.35mm，對60ghz波具有40的相對介電常數(shù)。晶格常數(shù)(意為一個hdr的中心到相鄰hdr的中心的距離)為1mm。天線發(fā)出60ghz的電磁波，其中初始電磁場強度為5.13e+0.3v/m。

圖3a為示出在電磁波穿過波導時根據(jù)本公開的一種或多種技術的無任何透鏡的波導系統(tǒng)(諸如圖2a的系統(tǒng)30a)的示例電磁場的概念圖。在該示例系統(tǒng)50a中，波導52在第一端部處具有顯露中空內(nèi)部空間的端口54。該中空內(nèi)部空間延伸了波導52的整個長度，并且通向波導52的第二端部處的另一端口。天線60可以將信號作為例如球面波發(fā)出。天線60可以將信號作為例如球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分穿過端口54進入波導52，它們在那聚焦以在一個方向上傳播，從而節(jié)省能量。許多其它球面波可因其中天線60發(fā)出信號的方式而損耗，并且當波不聚焦時，波大小可因球面波與所行進距離的平方成比例地丟失功率而大幅減小。

在系統(tǒng)50a的示例中，電磁波從天線60發(fā)出并通過端口54進入波導52。一旦進入波導52內(nèi)，電磁波被聚焦并且波的電磁場56a的強度保持恒定。電磁場56a具有測得接近最大值5.13e+0.3v/m的小中心，但隨著離中心的距離增大迅速消散。

圖3b為示出波導系統(tǒng)的示例電磁場的概念圖，透鏡內(nèi)具有梯形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡但無多個hdr，諸如圖2b的系統(tǒng)30b。在該系統(tǒng)50b中，三維梯形形狀的低相對介電常數(shù)材料基板透鏡58b現(xiàn)包括于系統(tǒng)中，從而將波導52耦接至天線56。梯形透鏡58b的楔形端部鄰近波導52的端口54，其中梯形透鏡58b的更大端部鄰近天線56。天線56將信號作為球面波發(fā)出。這些球面波中的一部分由透鏡58b接收，該透鏡在波導52的端口54處或附近聚焦球面波，從而相比于其中不存在透鏡58b的圖3a的系統(tǒng)50a增大穿過波導52的能量大小。

這種能量的增大可通過電磁場56b看到。在系統(tǒng)50b的示例中，電磁波從天線60發(fā)出并通過端口54進入波導52。一旦進入波導52內(nèi)，電磁波被聚焦并且波的電磁場56b的強度保持恒定。

圖3c為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的波導系統(tǒng)的示例電磁場的概念圖，透鏡內(nèi)布置了梯形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡和多個hdr，諸如圖2c的系統(tǒng)30c。系統(tǒng)50c包括波導52、端口54、透鏡58c、以及天線60，以類似于圖2c的系統(tǒng)30c的方式被構(gòu)造。相對于圖3a和3b的能量增大示于電磁場56c中。在系統(tǒng)50c的示例中，5.13e+0.3v/m的電磁場56c的部分幾乎為整個電磁場56c。相比于其中不存在透鏡58c的圖3a的系統(tǒng)50a，電磁場56c上的這種增大的電勢差使穿過波導52的波的大小系數(shù)增加了幾乎3.5。

圖3d為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的波導系統(tǒng)的示例電磁場的概念圖，透鏡內(nèi)分散了矩形低相對介電常數(shù)材料基板透鏡和多個hdr，諸如圖2d的系統(tǒng)30d。系統(tǒng)50d包括波導52、端口54、透鏡58d、以及天線60，以類似于圖2d的系統(tǒng)30d的方式被構(gòu)造。

這種能量的增大可通過電磁場56d看到。在系統(tǒng)50c的示例中，5.13e+0.3v/m的電磁場56d的部分幾乎為整個電磁場56d。相比于其中不存在透鏡58c的圖3a的系統(tǒng)50a，電磁場56d上的這種增大的電勢差使穿過波導52的波的大小系數(shù)增加了幾乎3.5。

圖4為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的圖3a-3d的框圖中電磁場強度的圖例的框圖。圖例66示出了可能存在于任一個圖3a-3d的框圖中的電磁場強度(例如電磁場56a-56d)的變化。在該示例中，電磁場強度以v/m或伏特每米測量。天線60(圖3a-3d中)發(fā)出最初具有5.13e+0.3v/m(作為最大可能值示于圖例66中)電磁場強度的球面波。圖例66的梯度示出電磁場強度在沿圖例66進一步向下的位置處減小。

圖5為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的不同系統(tǒng)中不同頻率下信號的大小的圖。圖5示出了作為頻率(以ghz計)函數(shù)的分貝大小(以db計)。對于具有帶有hdr的矩形透鏡的波導系統(tǒng)(例如，圖2d的系統(tǒng)30d)和具有帶有hdr的梯形透鏡的波導系統(tǒng)(例如，圖2c的系統(tǒng)30c)兩者，穿過系統(tǒng)的電磁波的大小始終大于僅具有梯形透鏡的波導系統(tǒng)(例如圖2b的系統(tǒng)30b)或單獨波導(例如圖2a的系統(tǒng)30a)。最大大小和對應的功率比測量如下：

表1

如從表1中看出，在與單獨波導比較時，加入帶有hdr的梯形透鏡(例如圖2c的帶有hdr40的梯形透鏡38c)向穿過相關聯(lián)的波導系統(tǒng)傳播的電磁波增加了超過5分貝。這相當于將電磁波的功率比乘以幾乎3.5。在與單獨波導比較時，加入帶有hdr的矩形透鏡(例如，圖2d的帶有hdr40的矩形透鏡38d)向穿過相關聯(lián)的波導系統(tǒng)傳播的電磁波增加了5分貝，這使電磁波的功率比為單獨波導的三倍以上。

圖6a-6c為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的各種能夠用于hdr的結(jié)構(gòu)的形狀的框圖。圖6a示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的球形hdr的示例。球形hdr80可由多種陶瓷材料制成，例如包括鋇鋅鉭氧化物、鋇鋅鈷鈮、鋯鈦基材料、鈦基材料、鈦酸鋇基材料、氧化鈦基材料、y5v、以及x7r等等。圖6b和6c的hdr82和84可由相似材料制成。球形hdr80是對稱的，因此天線的入射角和所發(fā)出的波總體上不影響系統(tǒng)。hdr球體80的相對介電常數(shù)與諧振頻率正相關。例如，在相同諧振頻率下，hdr球體80的尺寸可通過使用更高相對介電常數(shù)的材料來減小。hdr球體80的tm諧振頻率可使用關于模式s和磁極n的下式來計算：

hdr球體80的te諧振頻率可使用關于模式s和磁極n的下式來計算：

其中a為球形諧振器的半徑。

圖6b為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的圓柱形hdr的示例的框圖。圓柱形hdr82不關于所有軸線對稱。正因此，與圖5a的對稱球形hdr80相反，根據(jù)入射角，相對于圓柱形hdr82的天線的入射角和所發(fā)出的波可在波穿過圓柱形hdr82時對其產(chǎn)生偏振影響。隔離圓柱形hdr82的te01n模式的合適諧振頻率可使用下式來計算：

其中a為圓柱形諧振器的半徑并且l為其長度。a和l均以毫米計。諧振頻率fghz以千兆赫計。該式在以下范圍中精確至約2％：0.5＜a/l＜2和30＜εr＜50。

圖6c為示出了根據(jù)本公開的一種或多種技術的立方體hdr的示例的框圖。立方體hdr84不關于所有軸線對稱。正因此，與圖5a的對稱球形hdr80相反，相對于圓柱形hdr82的天線的入射角和所發(fā)出的波可在波穿過立方體hdr84時對其產(chǎn)生偏振影響。近似地，立方體hdr84的最低諧振頻率為：

其中a為立方體邊長，并且c為空氣中的光速。

圖7為示出根據(jù)本公開的一種或多種技術的形成具有多個高介電諧振器的透鏡的方法的步驟的流程圖。在該方法800中，多個諧振器(例如hdr18)可被形成為多個諧振器中的每個諧振器具有大于基板的相對介電常數(shù)的相對介電常數(shù)(802)。例如，多個諧振器可由電介質(zhì)材料形成，該電介質(zhì)材料具有至少部分地基于待與透鏡一起使用的電磁波的頻率選擇的諧振頻率。每個諧振器可被形成為具有至少部分地基于電磁波的波長選擇的直徑。透鏡(例如透鏡16)可通過根據(jù)晶格常數(shù)在透鏡的基板材料內(nèi)布置多個諧振器來形成(804)。晶格常數(shù)限定第一諧振器的中心與相鄰的第二諧振器的中心之間的距離。

已描述了本發(fā)明的各種實施方案。這些實施方案以及其它實施方案均在如下權利要求書的范圍內(nèi)。