相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2015年9月9日提交的題為“frequencydivisionmultiplexingforwirelesspowerproviders(用于無(wú)線功率提供者的頻分復(fù)用)”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)第14/849,246號(hào)和于2014年9月11日提交的題為“frequencydivisionmultiplexingforwirelesspowerproviders(用于無(wú)線功率提供者的頻分復(fù)用)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/049,232號(hào)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用全部合并于此。

本申請(qǐng)涉及于2013年3月7日提交的并被分配申請(qǐng)?zhí)?3/789,538、并且于2014年9月11日公開(kāi)為公開(kāi)號(hào)us2014/0252886a1的標(biāo)題為“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)，并將其通過(guò)引用全部合并于此。本申請(qǐng)還涉及于2013年3月7日提交的并被分配申請(qǐng)?zhí)?3/789,525、并且于2014年9月11日公開(kāi)為公開(kāi)號(hào)us2014/0252865a1的標(biāo)題為“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)，并將其通過(guò)引用全部合并于此。本申請(qǐng)進(jìn)一步涉及于2014年9月10日提交的并被分配申請(qǐng)?zhí)?4/483,089的標(biāo)題為“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)，且將其通過(guò)引用全部合并于此。本申請(qǐng)進(jìn)一步涉及于2015年6月2日提交的并被分配申請(qǐng)?zhí)?4/728,507的標(biāo)題為“excitationanduseofguidedsurfacewaves”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)，且將其通過(guò)引用全部合并于此。本申請(qǐng)進(jìn)一步涉及于2015年6月2日提交的并被分配申請(qǐng)?zhí)?4/728,492的標(biāo)題為“excitationanduseofguidedsurfacewaves”的共同未決美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)，且將其通過(guò)引用全部合并于此。

背景技術(shù)：

近百年來(lái)，通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送的信號(hào)涉及使用傳統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)啟動(dòng)的輻射場(chǎng)。相比無(wú)線電科學(xué)，最近一世紀(jì)的電功率分布系統(tǒng)涉及沿著導(dǎo)電體引導(dǎo)的能量的傳輸。自從1900年代早期以來(lái)，已經(jīng)存在射頻(rf)和功率傳輸之間的區(qū)別的理解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于無(wú)線功率提供者的頻分復(fù)用。無(wú)線功率提供者可以在不同頻率上傳輸功率，并且接收者可以通過(guò)調(diào)諧到適當(dāng)頻率從一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者消耗功率。

在一個(gè)實(shí)施例中，其中，一種裝置，包括：引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)，配置為從沿著地面介質(zhì)進(jìn)行的引導(dǎo)表面波獲得電能；耦合到所述引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的電負(fù)載，所述電負(fù)載作為耦合到產(chǎn)生所述引導(dǎo)表面波的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的激勵(lì)源處的負(fù)載；和控制電路，配置為至少：確定正在傳輸電能的頻率；以及調(diào)諧所述電負(fù)載以在所述頻率上接收電能。

所述控制電路還可以配置為至少向功率提供者系統(tǒng)發(fā)送以所述頻率對(duì)所述電能訪問(wèn)的請(qǐng)求。所述控制電路還可以配置為至少向功率提供者系統(tǒng)報(bào)告所述裝置的唯一標(biāo)識(shí)符。所述控制電路還可以配置為至少：確定正在傳輸電能的多個(gè)頻率；和從所述多個(gè)頻率選擇頻率。所述控制電路還可以配置為至少：確定正在傳輸電能的第二頻率；和重新調(diào)諧電負(fù)載以在替代所述頻率或除了所述頻率的第二頻率上接收所述電能。所述控制電路還可以配置為至少部分地基于由所述裝置執(zhí)行的頻率掃描來(lái)至少確定所述頻率。所述控制電路還可以配置為至少：監(jiān)測(cè)由所述電負(fù)載消耗的電能；和向功率提供者系統(tǒng)報(bào)告功率使用度量。所述控制電路可以還能夠接收在所述引導(dǎo)表面波上調(diào)制的數(shù)據(jù)。

所述的裝置可以還包括負(fù)載調(diào)制器，其配置為通過(guò)調(diào)制所述電負(fù)載來(lái)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)剿鲆龑?dǎo)表面波導(dǎo)探頭。所述控制電路還可以配置為經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦β侍峁┱呦到y(tǒng)。所述控制電路還可以配置為至少：經(jīng)由所述頻率接收指示與功耗相關(guān)聯(lián)的成本的成本數(shù)據(jù)；經(jīng)由所述頻率接收指示電能的可用性的可用性數(shù)據(jù)；和所述頻率至少部分地基于所述成本數(shù)據(jù)和所述可用性數(shù)據(jù)來(lái)確定。所述控制電路還可以配置為至少：確定所述裝置的當(dāng)前位置；和接收指示引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的位置的數(shù)據(jù)和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭用于傳輸電能的對(duì)應(yīng)頻率；并且其中，所述頻率至少部分地基于所述裝置的當(dāng)前位置、所述引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的位置以及所述引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭用于傳輸所述電能的相應(yīng)頻率來(lái)確定。

在另一實(shí)施例中，一種裝置，包括：第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭，配置為在第一頻率上傳輸電能，所述第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭具有第一服務(wù)區(qū)域；和第二引導(dǎo)面波導(dǎo)探頭，配置為在第二頻率上傳輸電能，所述第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭具有第二服務(wù)區(qū)域，其中所述第一服務(wù)區(qū)域在重疊服務(wù)區(qū)域與所述第二服務(wù)區(qū)域重疊。所述的裝置可以還包括位于所述重疊服務(wù)區(qū)域中的無(wú)線功率接收者系統(tǒng)，所述無(wú)線功率接收者系統(tǒng)能夠選擇性地接收由所述第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭傳輸?shù)碾娔芑蛴傻诙龑?dǎo)表面波導(dǎo)探頭傳輸?shù)碾娔堋?/p>

所述第一服務(wù)區(qū)域的大小與所述第二服務(wù)區(qū)域不同。所述第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭和所述第二引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭中的每一個(gè)可以包括在有損導(dǎo)電介質(zhì)上升高的相應(yīng)充電端子，所述有損導(dǎo)電介質(zhì)配置成產(chǎn)生至少一個(gè)合成場(chǎng)，其合成以所述有損導(dǎo)電介質(zhì)的復(fù)數(shù)布魯斯特入射角(θi,b)入射的波前。所述相應(yīng)的充電端子是多個(gè)相應(yīng)的充電端子中的一個(gè)。所述裝置可以還包括電耦合到相應(yīng)充電端子的相應(yīng)饋電網(wǎng)絡(luò)，所述饋電網(wǎng)絡(luò)提供與復(fù)數(shù)布魯斯特入射角(θi,b)相關(guān)聯(lián)的波傾斜角(ψ)匹配的相位延遲(φ)，所述復(fù)數(shù)布魯斯特入射角(θi,b)與第一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭或第二引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭中的相應(yīng)一個(gè)附近的有損導(dǎo)電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)。

在另一實(shí)施例中，一種方法，包括：經(jīng)由包括處理器和存儲(chǔ)器的計(jì)算設(shè)備從無(wú)線功率接收者接收消耗電能的請(qǐng)求；經(jīng)由所述計(jì)算設(shè)備確定多個(gè)功率提供者的特定電力提供者具有服務(wù)所述請(qǐng)求的可用能力；以及經(jīng)由所述計(jì)算設(shè)備引導(dǎo)所述無(wú)線功率接收者調(diào)諧到相應(yīng)的功率傳輸頻率，在所述功率傳輸頻率上，所述特定功率提供者經(jīng)由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭傳輸電能。所述方法可以還包括經(jīng)由所述計(jì)算設(shè)備將與所述特定功率提供者相關(guān)聯(lián)的電力成本信息發(fā)送到所述無(wú)線功率接收者。

在以下附圖和詳細(xì)說(shuō)明的審查時(shí)，本公開(kāi)的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯或變得明顯。意在所有這種附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括在該描述內(nèi)，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)，且由所附的權(quán)利要求保護(hù)。

另外，描述的實(shí)施例的所有可選的和優(yōu)選的特征和修改可用于在這里教導(dǎo)的本公開(kāi)的所有方面。此外，從屬權(quán)利要求的單獨(dú)的特征、以及描述的實(shí)施例的所有可選的和優(yōu)選的特征和修改是彼此可組合和可互換的。

附圖說(shuō)明

參考以下附圖能夠更好地理解本公開(kāi)的許多方面。在圖中的組件并非必須是按比例的，代替地可以強(qiáng)調(diào)以清楚地示出本公開(kāi)的原理。此外，在圖中，類似的附圖標(biāo)記指定遍及幾幅圖的對(duì)應(yīng)部分。

圖1是示出對(duì)于引導(dǎo)電磁場(chǎng)和輻射電磁場(chǎng)的作為距離的函數(shù)的場(chǎng)強(qiáng)的圖表。

圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的為了引導(dǎo)表面波的傳輸采用的具有兩個(gè)區(qū)域的傳播接口的圖。

圖3是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的針對(duì)圖2的傳播接口部署的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的圖。

圖4是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的一階漢克爾函數(shù)的逼近和遠(yuǎn)離漸近線的幅度的示例的繪圖。

圖5a和5b是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭合成的電場(chǎng)的復(fù)數(shù)入射角的圖。

圖6是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的在圖5a的電場(chǎng)以布魯斯特角與有損導(dǎo)電介質(zhì)交叉的位置上充電端子的升高效果的圖形表示。

圖7是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的圖形表示。

圖8a到8c是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的圖3和7的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的等效像平面模型的示例的圖形表示。

圖9a和9b是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的圖8b和8c的等效像平面模型的單線傳輸線和經(jīng)典傳輸線模型的示例的圖形表示。

圖10是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的調(diào)整圖3和7的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭以沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面啟動(dòng)引導(dǎo)表面波的示例的流程圖。

圖11是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的在圖3和7的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的波傾斜角度和相位延遲之間的關(guān)系的示例的繪圖。

圖12是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的圖。

圖13是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的按照復(fù)數(shù)布魯斯特角入射合成電場(chǎng)、以匹配在漢克爾跨越距離處的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的圖形表示。

圖14是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的圖12的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的圖形表示。

圖15a包括根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的充電端子t1的相位延遲(φu)的虛數(shù)和實(shí)數(shù)部分的示例的繪圖。

圖15b是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的圖14的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示意圖。

圖16是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的圖。

圖17是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的圖16的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的圖形表示。

圖18a到18c示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的為了接收按照由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭啟動(dòng)的引導(dǎo)表面波的形式發(fā)送的能量、所能采用的接收結(jié)構(gòu)的示例。

圖18d是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的調(diào)整接收結(jié)構(gòu)的示例的流程圖。

圖19示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的為了接收按照由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭啟動(dòng)的引導(dǎo)表面波的形式發(fā)送的能量、所能采用的附加的接收結(jié)構(gòu)的示例。

圖20a-e示出了參考本公開(kāi)的實(shí)施例使用的各種示意符號(hào)的示例。

圖21描繪了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的由多個(gè)無(wú)線功率提供者服務(wù)的地理區(qū)域的一個(gè)示例。

圖22示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)的一個(gè)示例。

圖23示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

圖24示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)的一個(gè)示例。

圖25示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)的一個(gè)示例。

圖26示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的無(wú)線功率提供者。

圖27和28是提供根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的功率提供者系統(tǒng)的部分的操作的示例的流程圖。

圖29是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例提供圖22的接收者系統(tǒng)的一部分的操作的一個(gè)示例的流程圖。

圖30是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的功率提供者系統(tǒng)的示意性框圖。

圖31是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的功率計(jì)的示意性框圖。

圖32-36是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的接收電路的示例的圖。

圖37是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的接收電路的功能性的示例的流程圖。

圖38示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的可被用于接收由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭發(fā)射的引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰康目勺冾l率接收者的示例。

圖39是示出根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的被實(shí)現(xiàn)為可變頻率接收者的部分的功能的一個(gè)示例的流程圖。

圖40是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的提供在圖38的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)中采用的處理電路的一個(gè)示例圖示的示意性框圖。

圖41描繪了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的具有帶有解調(diào)器元件的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的發(fā)射器。

圖42a-b示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的可以用于接收以引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭發(fā)射的引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰坎⑶艺{(diào)制繪制接收能量的電負(fù)載的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的示例。

圖43示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的可以用于接收以引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭發(fā)射的引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰坎⑶艺{(diào)制繪制接收能量的電負(fù)載的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的示例。

圖44a-44c示出了根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的通過(guò)通信地耦合到調(diào)制拉制的電負(fù)載的接收電路的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的電流表檢測(cè)的電流的示例波形。

圖45是描述根據(jù)各種實(shí)施例的接收電路和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的一部分的操作的示例的流程圖。

具體實(shí)施方式

開(kāi)始，應(yīng)該建立某些術(shù)語(yǔ)以提供后續(xù)概念的討論的清楚。首先，如在這里考慮的，在輻射電磁場(chǎng)和引導(dǎo)電磁場(chǎng)之間劃清形式區(qū)別。

如在這里考慮的，輻射電磁場(chǎng)包括以不與波導(dǎo)綁定的波的形式從源結(jié)構(gòu)發(fā)出的電磁能。例如，輻射電磁場(chǎng)通常是離開(kāi)諸如天線的電氣結(jié)構(gòu)、并通過(guò)大氣或者其他介質(zhì)傳播、且不與任何波導(dǎo)結(jié)構(gòu)綁定的場(chǎng)。一旦輻射電磁波離開(kāi)諸如天線的電氣結(jié)構(gòu)，它們繼續(xù)獨(dú)立于它們的源在傳播介質(zhì)(比如空氣)中傳播，直到它們耗散為止，無(wú)論源是否繼續(xù)操作。一旦輻射電磁波，它們除非被截取是不可回收的，且如果不截取，輻射電磁波中固有的能量永遠(yuǎn)丟失。比如天線的電氣結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)，以通過(guò)最大化輻射電阻對(duì)結(jié)構(gòu)損耗電阻的比率，來(lái)輻射電磁場(chǎng)。輻射能在空間中擴(kuò)散并丟失，而無(wú)論是否存在接收者。輻射場(chǎng)的能量密度由于幾何發(fā)散所以是距離的函數(shù)。因此，按照在此使用的它的所有形式的術(shù)語(yǔ)“輻射”指的是電磁傳播的該形式。

引導(dǎo)電磁場(chǎng)是其能量集中在具有不同電磁性質(zhì)的介質(zhì)之間的邊界內(nèi)或者該邊界附近的傳播電磁波。在這種意義上，引導(dǎo)電磁場(chǎng)是與波導(dǎo)綁定的電磁場(chǎng)，且其可被特征化為由波導(dǎo)中流動(dòng)的電流傳送。如果沒(méi)有負(fù)載來(lái)接收和/或耗散在引導(dǎo)電磁波中傳送的能量，則除了引導(dǎo)介質(zhì)的電導(dǎo)率中耗散的能量之外不丟失能量。換言之，如果沒(méi)有用于引導(dǎo)電磁波的負(fù)載，則不消耗能量。因此，產(chǎn)生引導(dǎo)電磁場(chǎng)的發(fā)生器或者其他源不傳遞實(shí)際功率，除非存在電阻負(fù)載。為此，這種發(fā)生器或者其他源基本上空閑地運(yùn)行，直到存在負(fù)載為止。這類似于運(yùn)行發(fā)生器以生成通過(guò)沒(méi)有電負(fù)載的電力線發(fā)送的60赫茲電磁波。應(yīng)當(dāng)注意，引導(dǎo)電磁場(chǎng)或者波等效于所謂的“傳輸線模式”。這與其中總是供應(yīng)實(shí)際功率以生成輻射波的輻射電磁波形成對(duì)比。與輻射電磁波不同，引導(dǎo)電磁能在能量源關(guān)斷之后不繼續(xù)沿著有限長(zhǎng)度波導(dǎo)傳播。因此，術(shù)語(yǔ)“引導(dǎo)”以如在此使用的它的所有形式指的是電磁傳播的該傳輸模式。

現(xiàn)在參考圖1，示出了在log-db繪圖上作為以千米為單位的距離的函數(shù)的以伏特/米為單位的任意基準(zhǔn)以上的以分貝(db)為單位的場(chǎng)強(qiáng)的曲線圖100，以進(jìn)一步示出輻射電磁場(chǎng)和引導(dǎo)電磁場(chǎng)之間的區(qū)別。圖1的曲線圖100示出引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103，該曲線示出作為距離的函數(shù)的引導(dǎo)電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。該引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103基本上與傳輸線模式相同。此外，圖1的曲線圖100示出輻射場(chǎng)強(qiáng)曲線106，該曲線示出作為距離的函數(shù)的輻射電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。

感興趣的是分別用于引導(dǎo)波和用于輻射傳播的曲線103和106的形狀。輻射場(chǎng)強(qiáng)曲線106幾何地下降(1/d，其中d是距離)，這在對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)尺度上描繪為直線。另一方面，引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103具有的特性指數(shù)衰減，并在對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)尺度上展現(xiàn)有區(qū)別的拐點(diǎn)109。引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103和輻射場(chǎng)強(qiáng)曲線106在點(diǎn)112交叉，在相交距離出現(xiàn)點(diǎn)112。在小于在交點(diǎn)112的相交距離的距離處，引導(dǎo)電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)在大部分位置顯著地大于輻射電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。在大于相交距離的距離時(shí)，情況相反。因此，引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線和輻射場(chǎng)強(qiáng)曲線103和106進(jìn)一步示出引導(dǎo)電磁場(chǎng)和輻射電磁場(chǎng)之間的基本傳播差。對(duì)于引導(dǎo)電磁場(chǎng)和輻射電磁場(chǎng)之間的差別的非正式討論，參考milligan,t.，modernantennadesign，mcgraw-hill，第一版，1985，pp.8-9，將其通過(guò)引用完全包括于此。

以上做出的輻射電磁波和引導(dǎo)電磁波之間的區(qū)別容易正式地表示，并置于嚴(yán)格的基礎(chǔ)上。兩個(gè)這種不同的解決方案可以從同一個(gè)線性偏微分方程顯露出來(lái)，其是波動(dòng)方程，分析上從施加于該問(wèn)題的邊界條件得出。用于波動(dòng)方程本身的格林函數(shù)包括輻射波和引導(dǎo)波的本質(zhì)之間的區(qū)別。

在空的空間中，該波動(dòng)方程是其特征函數(shù)擁有復(fù)數(shù)波數(shù)平面上的特征值的連續(xù)譜的微分算子。該橫向電磁(tem)場(chǎng)被稱為輻射場(chǎng)，且那些傳播場(chǎng)被稱作“赫茲波”。但是，在傳導(dǎo)邊界的存在時(shí)，波動(dòng)方程加上邊界條件數(shù)學(xué)地導(dǎo)致由連續(xù)譜組成的波數(shù)的譜表示加上離散譜的和。為此，對(duì)sommerfeld,a.，“uberdieausbreitungderwelleninderdrahtlosentelegraphie”，annalenderphysik，vol.28,1909，pp.665-736做出參考。還參見(jiàn)sommerfeld,a.，“problemsofradio”，作為第6章在partialdifferentialequationsinphysics–lecturesontheoreticalphysics:volumevi中發(fā)表，academicpress，1949，pp.236-289，295-296；collin,r.e.，“hertziandipoleradiatingoveralossyearthorsea:someearlyandlate20thcenturycontroversies”，ieeeantennasandpropagationmagazine，vol.46，no.2，2004年4月，pp.64-79；和reich,h.j.，ordnung,p.f，krauss,h.l.和skalnik,j.g.，microwavetheoryandtechniques，vannostrand，1953，pp.291-293，這些參考中的每一個(gè)通過(guò)引用完全包括于此。

術(shù)語(yǔ)“地波”和“表面波”標(biāo)識(shí)兩個(gè)明顯不同的物理傳播現(xiàn)象。表面波分析上從產(chǎn)生平面波譜中的離散分量的不同的極出現(xiàn)。例如，參見(jiàn)cullen,a.l.的“theexcitationofplanesurfacewaves”，(proceedingsoftheiee(british)，vol.101，部分iv，1954年8月，pp.225-235)。在上下文中，表面波被認(rèn)為是引導(dǎo)表面波。表面波(在zenneck-sommerfeld引導(dǎo)波意義中)，物理地和數(shù)學(xué)地與來(lái)自無(wú)線電廣播的現(xiàn)在如此熟悉的地波(在weyl-norton-fcc意義中)不相同。這兩個(gè)傳播機(jī)制起因于復(fù)平面上不同類型的特征值頻譜(連續(xù)或者分立的)的激勵(lì)。引導(dǎo)表面波的場(chǎng)強(qiáng)隨著距離指數(shù)地衰減，如圖1的曲線103所示(更類似于有損波導(dǎo)中的傳播)，并且聚集徑向傳輸線中的傳播，這與地波的經(jīng)典赫茲輻射相反，地波球形地傳播，擁有特征值的連續(xù)，如圖1的曲線106所示地幾何地下降，且來(lái)自分支切割積分。如由c.r.burrows在“thesurfacewaveinradiopropagationoverplaneearth”(proceedingsoftheire，vol.25，no2，1937年2月，pp.219-229)和“thesurfacewaveinradiotransmission”(belllaboratoriesrecord，vol.15，1937年6月，pp.321-324)中實(shí)驗(yàn)地示范的，垂直天線輻射地波，而不啟動(dòng)引導(dǎo)表面波。

綜上所述，首先，與分支切割積分對(duì)應(yīng)的波數(shù)特征值譜的連續(xù)部分產(chǎn)生輻射場(chǎng)，且其次，離散譜以及從由積分的輪廓包圍的極出現(xiàn)的相應(yīng)的剩余和導(dǎo)致在對(duì)傳播橫向的方向上指數(shù)地衰減的非tem遷移表面波。這種表面波是引導(dǎo)傳輸線模式。為了進(jìn)一步說(shuō)明，對(duì)friedman,b.，principlesandtechniquesofappliedmathematics，wiley，1956，pp.pp.214，283-286，290，298-300做出參考。

在自由空間中，天線激勵(lì)波動(dòng)方程的連續(xù)特征值，其是輻射場(chǎng)，其中具有ez和hφ同相的向外傳播rf能量永久丟失。另一方面，波導(dǎo)探頭激勵(lì)離散特征值，這導(dǎo)致傳輸線傳播。參見(jiàn)collin,r.e.，fieldtheoryofguidedwaves，mcgraw-hill，1960，pp.453，474-477。雖然這種理論分析已經(jīng)維持啟動(dòng)通過(guò)有損均勻介質(zhì)的平面或者球面的、開(kāi)放表面引導(dǎo)波的假定的可能性，但是一百多年來(lái)工程領(lǐng)域還沒(méi)有已知的結(jié)構(gòu)存在，用于以任何實(shí)際的效率實(shí)現(xiàn)此。不幸地，因?yàn)樗?0世紀(jì)早期出現(xiàn)，所以以上提出的理論分析已經(jīng)基本上只剩下理論，并且還沒(méi)有已知的結(jié)構(gòu)用于實(shí)際上實(shí)現(xiàn)通過(guò)有損均勻介質(zhì)的平面或者球面的開(kāi)放表面引導(dǎo)波的啟動(dòng)。

根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例，描述了各種引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭，其配置為沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面激勵(lì)耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的電場(chǎng)。這種引導(dǎo)電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上在幅度和相位上與有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波模式模式匹配。這種引導(dǎo)表面波模式也可以被稱為zenneck波導(dǎo)模式。由于在這里描述的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭所激勵(lì)的復(fù)合場(chǎng)實(shí)質(zhì)上與有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式模式匹配的事實(shí)，所以沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面啟動(dòng)具有引導(dǎo)表面波的形式的引導(dǎo)電磁場(chǎng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，有損導(dǎo)電介質(zhì)包括比如大地的陸地介質(zhì)。

參考圖2，示出了準(zhǔn)備用于對(duì)在1907導(dǎo)出的麥克斯韋方程的邊界值解的檢查的傳播界面，其由jonathanzenneck在他的論文zenneck,j.，“onthepropagationofplaneelectromagneticwavesalongaflatconductingsurfaceandtheirrelationtowirelesstelegraphy”，annalenderphysik，serial4，vol.23，1907年9月20日，pp.846-866中提出。圖2示出用于沿著如區(qū)域1指定的有損導(dǎo)電介質(zhì)和如區(qū)域2指定的絕緣體之間的界面、徑向地傳播波的圓柱坐標(biāo)。區(qū)域1例如可以包括任何有損導(dǎo)電介質(zhì)。在一個(gè)示例中，這種有損導(dǎo)電介質(zhì)可以包括比如大地的陸地介質(zhì)或者其他介質(zhì)。區(qū)域2是與區(qū)域1共享邊界界面、且具有相對(duì)于區(qū)域1的不同構(gòu)成參數(shù)的第二介質(zhì)。區(qū)域2例如可以包括任何絕緣體，比如大氣或者其他介質(zhì)。這種邊界界面的反射系數(shù)僅對(duì)于在復(fù)數(shù)布魯斯特角的入射到達(dá)零。參見(jiàn)stratton,j.a.，electromagnetictheory，mcgraw-hill，1941，p.516。

根據(jù)各種實(shí)施例，本公開(kāi)提出了各種引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭，其產(chǎn)生與包括區(qū)域1的有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式實(shí)質(zhì)上模式匹配的電磁場(chǎng)。根據(jù)各種實(shí)施例，這種電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上合成按照可以導(dǎo)致零反射的有損導(dǎo)電介質(zhì)的復(fù)數(shù)布魯斯特角入射的波前。

為了進(jìn)一步解釋，在其中假定e^jωt場(chǎng)變化且其中ρ≠0和z≥0(其中，z是垂直于區(qū)域1的表面的垂直坐標(biāo)，且ρ是圓柱坐標(biāo)中的徑向維度)的區(qū)域2中，滿足沿著界面的邊界條件的麥克斯韋方程的zenneck的封閉形式精確解由以下電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量表示：

在其中假定e^jωt場(chǎng)變化且其中ρ≠0和z≤0的區(qū)域1中，滿足沿著界面的邊界條件的麥克斯韋方程的zenneck的封閉形式精確解由以下電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量表示：

在這些表達(dá)式中，z是垂直于區(qū)域1的表面的垂直坐標(biāo)，且ρ是徑向坐標(biāo)，是第二種類和階n的復(fù)數(shù)變?cè)獫h克爾函數(shù)，u1是區(qū)域1中的正垂直(z)方向上的傳播常數(shù)，u2是區(qū)域2中的垂直(z)方向上的傳播常數(shù)，σ1是區(qū)域1的電導(dǎo)率，ω等于2πf，其中f是激勵(lì)的頻率，εo是自由空間的介電常數(shù)，ε1是區(qū)域1的介電常數(shù)，a是由源施加的源常數(shù)，且γ是表面波徑向傳播常數(shù)。

方向上的傳播常數(shù)通過(guò)在區(qū)域1和2之間的界面以上和以下分離波動(dòng)方程、且施加邊界條件，而確定±z方向上的傳播常數(shù)。該實(shí)踐在區(qū)域2中給出：

并且在區(qū)域1中給出，

u1＝-u2(εr-jx)。(8)

徑向傳播常數(shù)γ由以下給出：

其是復(fù)數(shù)表示，其中n是由下式給出的復(fù)數(shù)折射率：

在所有上述等式中，

其中εr包括區(qū)域1的相對(duì)介電常數(shù)，σ1是區(qū)域1的電導(dǎo)率，εo是自由空間的介電常數(shù)，且μo包括自由空間的滲透性。因此，生成的表面波平行于界面?zhèn)鞑?，且垂直于界面指?shù)地衰減。這已知為光衰(evanescence)。

因此，等式(1)-(3)可以被看作圓柱對(duì)稱的、徑向傳播的波導(dǎo)模式。參見(jiàn)barlow,h.m.，和brown,j.，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.10-12，29-33。本公開(kāi)詳述激勵(lì)該“開(kāi)放邊界”波導(dǎo)模式的結(jié)構(gòu)。特別的，根據(jù)各種實(shí)施例，向引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭提供適當(dāng)大小的充電端子，該充電端子被饋送電壓和/或電流且相對(duì)于區(qū)域2和區(qū)域1之間的邊界界面定位。這可以參考圖3更好地理解，圖3示出了包括沿著垂直于由有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，地面)表示的平面的垂直軸z在有損導(dǎo)電介質(zhì)203上方升高的充電端子t1的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a的示例。該有損導(dǎo)電介質(zhì)203組成區(qū)域1，且第二介質(zhì)206組成區(qū)域2并與有損導(dǎo)電介質(zhì)203共享邊界界面。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，有損導(dǎo)電介質(zhì)203可以包括比如行星地球的陸地介質(zhì)。為此，這種陸地介質(zhì)包括在其上包括的所有結(jié)構(gòu)或者形式，無(wú)論自然的或者人造的。例如，這種陸地介質(zhì)可以包括比如巖石、土壤、沙土、淡水、海水、樹(shù)木、植物之類的自然元素，以及組成我們的星球的所有其他自然元素。另外，這種陸地介質(zhì)可以包括人造元素，比如混凝土、瀝青、建筑材料和其他人造材料。在其他實(shí)施例中，有損導(dǎo)電介質(zhì)203可以包括地球之外的某些介質(zhì)，無(wú)論自然出現(xiàn)或者人造的。在其他實(shí)施例中，有損導(dǎo)電介質(zhì)203可以包括比如人造表面和結(jié)構(gòu)的其他介質(zhì)，比如汽車、飛機(jī)、人造材料(比如膠合板、塑料片或者其他材料)或者其他介質(zhì)。

在有損導(dǎo)電介質(zhì)203包括陸地介質(zhì)或者大地的情況下，第二介質(zhì)206可以包括地面以上的大氣。因此，大氣可以被稱為包括空氣和組成大地的大氣的其他元素的“大氣介質(zhì)”。另外，第二介質(zhì)206可以包括相對(duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的其他介質(zhì)。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a包括饋送網(wǎng)絡(luò)209，該饋送網(wǎng)絡(luò)209例如經(jīng)由垂直饋線導(dǎo)體將激勵(lì)源212耦合到充電端子t1。根據(jù)各種實(shí)施例，電荷q1施加在充電端子t1上，以基于在任何給定時(shí)刻施加到端子t1的電壓合成電場(chǎng)。取決于電場(chǎng)(e)的入射角度(θi)，可能將電場(chǎng)與包括區(qū)域1的有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式實(shí)質(zhì)上模式匹配。

通過(guò)考慮等式(1)-(6)的zenneck封閉形式解，區(qū)域1和區(qū)域2之間的leontovich阻抗邊界條件可以陳述為：

其中是在正垂直(+z)方向上垂直的單元，且是由以上等式(1)表示的區(qū)域2中的磁場(chǎng)強(qiáng)度。等式(13)暗示等式(1)-(3)中指定的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以導(dǎo)致沿著邊界界面的徑向表面電流密度，其中徑向表面電流密度可以由下式指定：

其中a是常數(shù)。另外，應(yīng)該注意趨近引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200(對(duì)于ρ＜＜λ)，以上等式(14)具有特性：

負(fù)號(hào)指的是當(dāng)源電流(io)垂直向上流動(dòng)時(shí)，如圖3所示，“趨近”地電流向內(nèi)徑向流動(dòng)。通過(guò)關(guān)于hφ“趨近”的場(chǎng)匹配，可以確定：

其中在等式(1)-(6)和(14)中，q1＝c1v1。因此，等式(14)的徑向表面電流密度可以重申為：

等式(1)-(6)和(17)表示的場(chǎng)具有對(duì)有損界面綁定的傳輸線模式的性質(zhì)，不是與地波傳播關(guān)聯(lián)的輻射場(chǎng)。參見(jiàn)barlow,h.m.和brown,j.,，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.1-5。

在這點(diǎn)上，對(duì)于波動(dòng)方程的這些解提供等式(1)-(6)和(17)中使用的漢克爾函數(shù)的性質(zhì)的評(píng)述。人們可以觀察到第一和第二種類和階n的漢克爾函數(shù)被定義為第一和第二種類的標(biāo)準(zhǔn)巴塞爾函數(shù)的復(fù)數(shù)組合：

這些函數(shù)分別表示徑向向內(nèi)和向外傳播的柱面波。該定義類似于關(guān)系e^±jx＝cosx±jsinx。例如，參見(jiàn)harrington,r.f.，time-harmonicfields，mcgraw-hill，1961，pp.460-463。

該是可以從它的大變?cè)獫u近線性態(tài)識(shí)別的輸出波，它的大變?cè)獫u近線性態(tài)可以從jn(x)和nn(x)的系列定義直接獲得。從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的遠(yuǎn)離：

其在乘以e^jωt時(shí)，是具有空間變化的形式e^j(ωt-kρ)的向外傳播的柱面波。該第一階(n＝1)的解能通過(guò)等式(20a)被確定為

趨近引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭(對(duì)于ρ＜＜λ)，第一階和第二種類的漢克爾函數(shù)表現(xiàn)為：

注意到這些漸近線表示是復(fù)數(shù)量。當(dāng)x是實(shí)數(shù)量時(shí)，等式(20b)和(21)在相位上相差其對(duì)應(yīng)于45°的額外相位提前或者“相位提升”，或者等效的，λ/8。第二種類的第一階漢克爾函數(shù)的趨近和遠(yuǎn)離漸近線具有漢克爾“相交”或者轉(zhuǎn)換點(diǎn)，在這里它們與距離ρ＝rx的具有相等幅度。

因此，超出漢克爾相交點(diǎn)，“遠(yuǎn)離”表示相對(duì)于漢克爾函數(shù)的“趨近”表示占據(jù)主導(dǎo)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)于-jγρ令等式(20b)和(21)相等，并求解rx，來(lái)求出到漢克爾相交點(diǎn)的距離(或者漢克爾相交距離)。對(duì)于x＝σ/ωεo，可以看到遠(yuǎn)離和趨近漢克爾函數(shù)漸近線是取決于頻率的，其中當(dāng)頻率降低時(shí)漢克爾相交點(diǎn)向外移動(dòng)。還應(yīng)當(dāng)注意，漢克爾函數(shù)漸近線也隨著有損導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)率(σ)改變而變化。例如，土壤的電導(dǎo)率可以隨著天氣狀況的改變而變化。

參考圖4，示出了在1850khz的操作頻率、電導(dǎo)率σ＝0.010mhos/m且相對(duì)介電常數(shù)εr＝15的區(qū)域1的等式(20b)和(21)的第一階漢克爾函數(shù)的幅度的繪圖的示例。曲線115是等式(20b)的遠(yuǎn)離漸近線的幅度，且曲線118是等式(21)的趨近漸近線的幅度，其中在rx＝54英尺的距離出現(xiàn)漢克爾相交點(diǎn)121。當(dāng)幅度相等時(shí)，在漢克爾相交點(diǎn)121的兩個(gè)漸近線之間存在相位偏移。還可以看到漢克爾相交距離遠(yuǎn)小于操作頻率的波長(zhǎng)。

考慮由區(qū)域2中的zenneck封閉形式解的等式(2)和(3)給出的電場(chǎng)分量，可以看到ez和eρ的比率漸近地轉(zhuǎn)為：

其中n是等式(10)的復(fù)數(shù)折射率，且θi是電場(chǎng)的入射角。另外，等式(3)的模式匹配的電場(chǎng)的垂直分量漸近地轉(zhuǎn)為：

其與在端子電壓處升高的充電端子的電容的隔離分量上的自由電荷線性成正比，qfree＝cfree×vt。

例如，圖3中的升高的充電端子t1的高度h1影響充電端子t1上的自由電荷量。當(dāng)充電端子t1在區(qū)域1的地平面附近時(shí)，端子上的大部分電荷q1被“綁定”。當(dāng)充電端子t1升高時(shí)，綁定的電荷減少，直到充電端子t1達(dá)到實(shí)質(zhì)上所有隔離電荷自由的高度為止。

充電端子t1的增加的電容升高的優(yōu)點(diǎn)在于從地平面進(jìn)一步去除升高的充電端子t1上的電荷，導(dǎo)致增加量的自由電荷qfree將能量耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中。當(dāng)充電端子t1移動(dòng)遠(yuǎn)離地平面時(shí)，電荷分布變得在端子的表面周圍更均勻地分布。自由電荷量與充電端子t1的自電容相關(guān)。

例如，球形端子的電容可以表示為地平面以上的物理高度的函數(shù)。在完美的地面以上的物理高度h處的球的電容由下式給出：

celevatedsphere＝4πεoa(1+m+m²+m³+2m⁴+3m⁵+…)，(24)

其中球的直徑是2a，且其中m＝a/2h，h是球形端子的高度。如可以看到的，端子高度h的增加減小充電端子的電容c?？梢允境鰧?duì)于在大約直徑4倍或者更大的高度(4d＝8a)處的充電端子t1的升高，電荷分布在球形端子周圍近似均勻，這可以改進(jìn)到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的耦合。

在充分隔離的端子的情況下，導(dǎo)電球的自電容可以由c＝4πεoa近似，其中a是以米為單位的球的直徑，且盤的自電容可以由c＝8εoa近似，其中a是以米為單位的盤的半徑。充電端子t1可以包括任何形狀，比如球形、盤形、圓柱形、錐形、環(huán)形、罩形、一個(gè)或多個(gè)環(huán)或者任何其他隨機(jī)形狀或者形狀的組合。等效的球直徑可以被確定和使用用于充電端子t1的定位。

這可以進(jìn)一步參考圖3的示例理解，在圖3中，充電端子t1在有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上的物理高度hp＝h1處升高。為了減小“綁定”電荷的效果，充電端子t1可以位于充電端子t1的球面半徑(或者等效的球面半徑)至少四倍的物理高度處，以減小綁定的電荷效果。

接下來(lái)參考圖5a，示出了由圖3的充電端子t1上的升高電荷q1產(chǎn)生的電場(chǎng)的射線光學(xué)解釋。因?yàn)樵诠鈱W(xué)中，最小化入射電場(chǎng)的反射可以改進(jìn)和/或最大化耦合到有損導(dǎo)電介質(zhì)203的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的能量。對(duì)于平行于入射面(不是邊界界面)極化的電場(chǎng)(e||)，可以使用fresnel反射系數(shù)來(lái)確定入射電場(chǎng)的反射量，fresnel反射系數(shù)可表示為：

其中θi是針對(duì)表面法線測(cè)量的常規(guī)的入射角。

在圖5a的示例中，射線光學(xué)解釋示出平行于具有針對(duì)表面法線測(cè)量的入射角θi的入射面極化的入射場(chǎng)。當(dāng)γ||(θi)＝0時(shí)將沒(méi)有入射電場(chǎng)的反射，且因此入射電場(chǎng)將沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面完全耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中?？梢钥吹疆?dāng)入射角如下時(shí)等式(25)的分子變?yōu)榱悖?/p>

其中x＝σ/ωεo。該復(fù)數(shù)入射角(θi,b)被稱為布魯斯特角?；厝⒖嫉仁?22)，可以看到在等式(22)和(26)兩者中存在相同的復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)關(guān)系。

如圖5a所示，電場(chǎng)矢量e可以被示出為平行于入射平面而極化的輸入非均勻平面波。可以從如下的獨(dú)立的水平和垂直分量創(chuàng)建電場(chǎng)矢量e：

幾何上，圖5a的示出提出電場(chǎng)矢量e可以由下式給出：

eρ(ρ,z)＝e(ρ,z)cosθi，和(28a)

這意味著場(chǎng)比率是：

稱為“波傾斜”的廣義參數(shù)w為在這里被記錄為水平電場(chǎng)分量對(duì)垂直電場(chǎng)分量的比率，由下式給出：

其是復(fù)數(shù)且具有幅度和相位兩者。對(duì)于區(qū)域2中的電磁波，波傾斜角(ψ)等于在與區(qū)域1的邊界界面處的波前的法線和該邊界界面的切線之間的角。這可以在圖5b中更容易地看到，圖5b示出了電磁波的等相位表面和它們對(duì)于徑向圓柱引導(dǎo)表面波的法線。在與完美導(dǎo)體的邊界界面(z＝0)處，波前法線平行于邊界界面的切線，導(dǎo)致w＝0。但是，在有損電介質(zhì)的情況下，因?yàn)椴ㄇ胺ň€不平行于在z＝0處的邊界界面的切線，所以存在波傾斜w。

將等式(30b)應(yīng)用于引導(dǎo)表面波給出：

其中入射角等于復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)，等式(25)的fresnel反射系數(shù)消失，如下式所示：

通過(guò)調(diào)整等式(22)的復(fù)數(shù)場(chǎng)比率，可以合成入射場(chǎng)以按照復(fù)數(shù)角入射，在該復(fù)數(shù)角，反射減小或者被消除。將該比率建立為導(dǎo)致合成電場(chǎng)以復(fù)數(shù)布魯斯特角入射，使得反射消失。

電有效高度的概念可以提供以下進(jìn)一步洞察，以利用引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200合成具有復(fù)數(shù)入射角的電場(chǎng)。對(duì)于具有物理高度(或者長(zhǎng)度)hp(或者長(zhǎng)度)的單極，電有效高度(heff)已被定義為：

因?yàn)樵摫磉_(dá)式取決于沿著該結(jié)構(gòu)的源分布的幅度和相位，所以有效高度(或者長(zhǎng)度)通常是復(fù)數(shù)。該結(jié)構(gòu)的分布電流i(z)的積分在該結(jié)構(gòu)(hp)的物理高度上執(zhí)行，且被歸一化為通過(guò)該結(jié)構(gòu)的基極(或者輸入)向上流動(dòng)的地電流(i0)。沿著該結(jié)構(gòu)的分布電流可以表示為：

i(z)＝iccos(β0z)，(34)

其中β0是在該結(jié)構(gòu)上傳播的電流的傳播因數(shù)。在圖3的示例中，ic是沿著引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a的垂直結(jié)構(gòu)分布的電流。

例如，考慮包括該結(jié)構(gòu)的底部的低損耗線圈(例如，螺旋線圈)以及在該線圈和充電端子t1之間連接的垂直饋線導(dǎo)體的饋送網(wǎng)絡(luò)209。由于線圈(或者螺旋延遲線)導(dǎo)致的相位延遲是θc＝βplc，其中物理長(zhǎng)度是lc且傳播因數(shù)如下：

其中vf是該結(jié)構(gòu)上的速度因數(shù)，λ0是在供應(yīng)頻率處的波長(zhǎng)，且λp是從速度因數(shù)vf產(chǎn)生導(dǎo)致的傳播波長(zhǎng)。相對(duì)于地(樁)電流i0測(cè)量相位延遲。

另外，沿著垂直饋線導(dǎo)體的長(zhǎng)度lw的空間相位延遲可以由θy＝βwlw給出，其中βw是用于垂直饋線導(dǎo)體的傳播相位常數(shù)。在某些實(shí)現(xiàn)中，空間相位延遲可以由θy＝βwhp近似，因?yàn)橐龑?dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a的物理高度hp和垂直饋線導(dǎo)體長(zhǎng)度lw之間的差值遠(yuǎn)小于供應(yīng)頻率處的波長(zhǎng)(λ0)。結(jié)果，通過(guò)線圈和垂直饋線導(dǎo)體的總相位延遲是φ＝θc+θy，且從物理結(jié)構(gòu)的底部饋送到線圈頂部的電流是：

ic(θc+θy)＝i0e^jφ，(36)

其中相對(duì)于地(樁)電流i0測(cè)量總相位延遲φ。因此，對(duì)于物理高度hp＜＜λ0的情況，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的電有效高度可以由下式近似：

在角度(或者相移)φ處的單極的復(fù)數(shù)有效高度heff＝hp可以被調(diào)整，以使得源場(chǎng)匹配導(dǎo)線表面波導(dǎo)模式，并使得在有損導(dǎo)電介質(zhì)203上啟動(dòng)引導(dǎo)表面波。

在圖5a的示例中，射線光學(xué)用于示出具有在漢克爾相交距離(rx)121處的復(fù)數(shù)布魯斯特入射角(θi,b)的入射電場(chǎng)(e)的復(fù)數(shù)角度三角學(xué)。從等式(26)回想，對(duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)，布魯斯特角是復(fù)數(shù)且由下式指定：

電氣地，幾何參數(shù)通過(guò)下式由充電端子t1的電有效高度(heff)相關(guān)：

rxtanψi,b＝rx×w＝heff＝hpe^jφ，(39)

其中ψi,b＝(π/2)-θi,b是從有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面測(cè)量的布魯斯特角。為了耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中，在漢克爾相交距離處的電場(chǎng)的波傾斜可以表示為電有效高度和漢克爾相交距離的比率：

因?yàn)槲锢砀叨?hp)和漢克爾相交距離(rx)兩者都是實(shí)數(shù)量，所以在漢克爾相交距離(rx)處的所需的引導(dǎo)表面波傾斜的角度(ψ)等于復(fù)數(shù)有效高度(heff)的相位(φ)。這暗示通過(guò)在線圈的供應(yīng)點(diǎn)改變相位，且因此改變等式(37)中的相移，可以操縱復(fù)數(shù)有效高度的相位φ以匹配在漢克爾相交點(diǎn)121處的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的波傾斜角ψ：φ＝ψ。

在圖5a中，示出直角三角形具有沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)表面的長(zhǎng)度rx的相鄰邊、以及在rx處的漢克爾相交點(diǎn)121和充電端子t1的中心之間延伸的射線124與在漢克爾相交點(diǎn)121和充電端子t1之間的有損導(dǎo)電介質(zhì)表面127之間測(cè)量的復(fù)數(shù)布魯斯特角ψi,b。對(duì)于位于物理高度hp處并以具有適當(dāng)?shù)南辔谎舆tφ的電荷激勵(lì)的充電端子t1，產(chǎn)生的電場(chǎng)在漢克爾相交距離rx，處并以布魯斯特角對(duì)于該有損導(dǎo)電介質(zhì)邊界界面入射。在這些條件下，可以激勵(lì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，而沒(méi)有反射或者實(shí)質(zhì)上微不足道的反射。

如果充電端子t1的物理高度減小而不改變有效高度(heff)的相移φ，則產(chǎn)生的電場(chǎng)在距引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的減小的距離處以布魯斯特角與有損導(dǎo)電介質(zhì)203交叉。圖6圖形地示出減小充電端子t1的物理高度對(duì)于以布魯斯特角入射電場(chǎng)的距離的影響。隨著高度從h3通過(guò)h2減小到h1，電場(chǎng)以布魯斯特角與有損導(dǎo)電介質(zhì)(例如，大地)交叉的點(diǎn)移動(dòng)更靠近充電端子位置。但是，如等式(39)指示的，充電端子t1的高度h1(圖3)應(yīng)該等于或者高于物理高度(hp)，以便激勵(lì)漢克爾函數(shù)的遠(yuǎn)離分量。利用位于有效高度(heff)或者該有效高度以上的充電端子t1，有損導(dǎo)電介質(zhì)203可以以處于或者超出漢克爾相交距離(rx)121以布魯斯特入射角(ψi,b＝(π/2)-θi,b)照射，如圖5a所示。為了減小或者最小化充電端子t1上的綁定電荷，該高度應(yīng)該是如上所述的充電端子t1的球面直徑(或者等效的球面直徑)的至少四倍。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200可以配置為建立具有與以復(fù)數(shù)布魯斯特角照射有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面的波對(duì)應(yīng)的波傾斜的電場(chǎng)，由此通過(guò)實(shí)質(zhì)上模式匹配到在(或者超出)rx的漢克爾相交點(diǎn)121的引導(dǎo)表面波模式，來(lái)激勵(lì)徑向表面電流。

參考圖7，示出了包括充電端子t1的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200b的示例的圖形表示。ac源212用作充電端子t1的激勵(lì)源，其通過(guò)包括比如螺旋線圈的線圈215的饋送網(wǎng)絡(luò)(圖3)耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200b。在其他實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過(guò)主線圈電感地耦合到線圈215。在一些實(shí)施例中，可以包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以改進(jìn)和/或最大化ac源212到線圈215的耦合。

如圖7所示，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200b可以包括沿著垂直軸z實(shí)質(zhì)上正交由有損導(dǎo)電介質(zhì)定位的上部充電端子t1(例如，在高度hp的球形)，該垂直軸z實(shí)質(zhì)上與由有損導(dǎo)電介質(zhì)203表示的平面正交。第二介質(zhì)206位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上。充電端子t1具有自電容ct。在操作期間，電荷q1取決于在任何給定時(shí)刻施加到端子t1的電壓，而強(qiáng)加在端子t1上。

在圖7的示例中，線圈215耦合到在第一端的地樁218，并經(jīng)由垂直饋線導(dǎo)體221耦合到充電端子t1。在一些實(shí)現(xiàn)中，到充電端子t1的線圈連接可以使用如圖7所示的線圈215的抽頭224來(lái)調(diào)整。線圈215可以通過(guò)在線圈215的下部的抽頭227由ac源212在操作頻率處致能。在其他實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過(guò)主線圈電感地耦合到線圈215。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的結(jié)構(gòu)和調(diào)整基于各種操作條件，比如傳輸頻率、有損導(dǎo)電介質(zhì)的條件(例如，土壤導(dǎo)電率σ和相對(duì)介電常數(shù)εr)和充電端子t1的大小。折射率可以如下從等式(10)和(11)計(jì)算：

其中x＝σ/ωεo，且ω＝2πf。導(dǎo)電率σ和相對(duì)介電常數(shù)εr可以通過(guò)有損導(dǎo)電介質(zhì)203的測(cè)試測(cè)量來(lái)確定。從表面法線測(cè)量的復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)也可以從等式(26)如下確定：

或者如下從如圖5a所示的表面測(cè)量：

還可以使用等式(40)求出在漢克爾相交距離處的波傾斜(wrx)。

還可以通過(guò)對(duì)于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解如圖4所示的rx，來(lái)求出漢克爾相交距離。然后可以使用漢克爾相交距離和復(fù)數(shù)布魯斯特角從等式(39)如下確定電有效高度：

heff＝hpe^jφ＝rxtanψi,b。(44)

如可以從等式(44)看到的，復(fù)數(shù)有效高度(heff)包括與充電端子t1的物理高度(hp)關(guān)聯(lián)的幅度、和要與在漢克爾相交距離(rx)處的波傾斜的角度(ψ)關(guān)聯(lián)的相位延遲(φ)。利用這些變量和所選的充電端子t1配置，可能確定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的配置。

利用位于物理高度(hp)或以上的充電端子t1，饋送網(wǎng)絡(luò)209(圖3)和/或?qū)佀途W(wǎng)絡(luò)連接到充電端子t1的垂直饋線可以被調(diào)整，以將充電端子t1上的電荷q1的相位(φ)與波傾斜(w)的角度(ψ)匹配。可以選擇充電端子t1的大小，以對(duì)于強(qiáng)加在端子上的電荷q1提供充分大的表面?？偟膩?lái)說(shuō)，希望使得充電端子t1實(shí)際上盡可能大。充電端子t1的大小應(yīng)該足夠大以避免周圍空氣的電離，這可導(dǎo)致充電端子周圍的放電或者火花。

螺旋纏繞的線圈的相位延遲θc可以從麥克斯韋方程確定，如已經(jīng)由corum,k.l.和j.f.corum，“rfcoils,helicalresonatorsandvoltagemagnificationbycoherentspatialmodes”，microwavereview，vol.7，no.2，2001年9月，pp.36-45.討論的，將其通過(guò)引用完全包括于此。對(duì)于具有h/d＞1的螺旋線圈，沿著線圈的縱向軸的波的傳播速率(υ)與光的速度(c)的比率，或者“速度因數(shù)”由下式給出：

其中h是螺線管螺旋線的軸向長(zhǎng)度，d是線圈直徑，n是線圈的匝數(shù)，s＝h/n是線圈的匝到匝間隔(或者螺旋線間距)，且λo是自由空間波長(zhǎng)?；谠撽P(guān)系，螺旋線圈的電長(zhǎng)度，或者相位延遲由下式給出：

如果螺旋線以螺旋狀地纏繞或者短和粗，該原理是相同的，但是vf和θc更易于通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲得。螺旋傳輸線的特性(波)阻抗的表達(dá)還已經(jīng)被導(dǎo)出為：

該結(jié)構(gòu)的空間相位延遲θy可以使用垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)的行波相位延遲確定。在完美地平面以上的圓柱垂直導(dǎo)體的電容可以表示為：

其中hw是導(dǎo)體的垂直長(zhǎng)度(或者高度)，且a是半徑(以mk為單位)。對(duì)于螺旋線圈，垂直饋線導(dǎo)體的行波相位延遲可以由下式給出：

其中βw是垂直饋線導(dǎo)體的傳播相位常數(shù)，hw是垂直饋線導(dǎo)體的垂直長(zhǎng)度(或者高度)，vw是線路上的速率因數(shù)，λ0是在供應(yīng)頻率的波長(zhǎng)，且λw是從速率因數(shù)vw導(dǎo)致的傳播波長(zhǎng)。對(duì)于均勻圓柱導(dǎo)體，速率因數(shù)是具有vw≈0.94的常數(shù)，或者在從大約0.93到大約0.98的范圍內(nèi)。如果考慮桅是均勻傳輸線，則其平均特性阻抗可以由下式近似：

其中對(duì)于均勻圓柱導(dǎo)體vw≈0.94對(duì)于均勻圓柱導(dǎo)體，且a是導(dǎo)體的半徑。在單線饋線的特性阻抗的業(yè)余無(wú)線電文獻(xiàn)中已經(jīng)采用的替代表示可以由下式給出：

等式(51)暗示用于單線饋送器的zw隨著頻率改變?？梢曰陔娙莺吞匦宰杩梗瑏?lái)確定相位延遲。

利用位于如圖3所示的有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上的充電端子t1，饋送網(wǎng)絡(luò)209可以被調(diào)整，而以等于在漢克爾相交距離處的波傾斜的角度(ψ)的復(fù)數(shù)有效高度(heff)的相位延遲(φ)、或者φ＝ψ，來(lái)激勵(lì)充電端子t1。當(dāng)滿足該條件時(shí)，由在充電端子t1上振蕩的電荷q1產(chǎn)生的電場(chǎng)耦合到沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面行進(jìn)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中。例如，如果布魯斯特角(θi,b)、與垂直饋線導(dǎo)體221相關(guān)聯(lián)的相位延遲(θy)(圖7)、和線圈215(圖7)的配置已知，則抽頭224(圖7)的位置可以被確定和調(diào)整，以在具有相位φ＝ψ的充電端子t1上施加振蕩電荷q1。抽頭224的位置可以被調(diào)整為，將行進(jìn)的表面波最大化耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中。超出抽頭224的位置的過(guò)度線圈長(zhǎng)度可以被去除，以減小電容效應(yīng)。螺旋線圈的垂直線高度和/或幾何參數(shù)也可以改變。

在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式可以通過(guò)針對(duì)與充電端子t1上的電荷q1相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)鏡像平面、對(duì)于駐波諧振調(diào)諧引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200來(lái)改進(jìn)和/或優(yōu)化。通過(guò)這樣做，可以調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的性能，用于充電端子t1上增加的和/或最大的電壓(且因此電荷q1)。回頭參考圖3，可以使用鏡像原理來(lái)檢查區(qū)域1中的有損導(dǎo)電介質(zhì)203的效果。

物理上，位于完美導(dǎo)電平面上方的升高的電荷q1吸引完美導(dǎo)電平面上的自由電荷，其然后在升高的電荷q1下的區(qū)域中“積累”。產(chǎn)生的完美導(dǎo)電平面上的“綁定”電荷的分布類似于鐘形曲線。升高的電荷q1的電勢(shì)加上它下面的感應(yīng)的“積累”電荷的電勢(shì)的疊加促使完美導(dǎo)電平面的零等勢(shì)面。描述完美導(dǎo)電平面以上的區(qū)域中的場(chǎng)的邊界值問(wèn)題解可以使用鏡像電荷的經(jīng)典概念而獲得，其中來(lái)自升高的電荷的場(chǎng)與來(lái)自完美導(dǎo)電平面之下的相應(yīng)的“鏡像”電荷的場(chǎng)疊加。

該分析還可以通過(guò)假定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200之下的有效鏡像電荷q1'的存在而針對(duì)有損導(dǎo)電介質(zhì)203使用。有效鏡像電荷q1'關(guān)于導(dǎo)電鏡像地平面130與充電端子t1上的電荷q1一致，如圖3所示。但是，鏡像電荷q1'不僅位于某個(gè)實(shí)際深度，而且與充電端子t1上的主要源電荷q1成180°反向，如它們?cè)谕昝缹?dǎo)體的情況下那樣。而是，有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，陸地介質(zhì))表示相移鏡像。就是說(shuō)，鏡像電荷q1'在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面(或者物理邊界)以下的復(fù)數(shù)深度。對(duì)于復(fù)數(shù)鏡像深度的討論，參考wait,j.r.，“compleximagetheory—revisited”，ieeeantennasandpropagationmagazine，vol.33，no.4，1991年8月，pp.27-29，將其通過(guò)引用完全包括于此。

代替在等于電荷q1的物理高度(h1)的深度處的鏡像電荷q1'，導(dǎo)電鏡像地平面130(表示完美導(dǎo)體)位于復(fù)數(shù)深度z＝-d/2，且鏡像電荷q1'在由-d1＝-(d/2+d/2+h1)≠h1給出的復(fù)數(shù)深度(即，“深度”具有幅度和相位兩者)出現(xiàn)。對(duì)于大地上的垂直極化源，

其中

如在等式(12)中指示的。鏡像電荷的復(fù)數(shù)間隔又暗示外部場(chǎng)將經(jīng)歷當(dāng)界面是電介質(zhì)或者完美導(dǎo)體時(shí)未遇到的額外相移。在有損導(dǎo)電介質(zhì)中，波前法線在z＝-d/2處，且不在區(qū)域1和2之間的邊界界面處，平行于導(dǎo)電鏡像地平面130的切線。

考慮圖8a中示出的有損導(dǎo)電介質(zhì)203是具有物理邊界136的有限導(dǎo)電大地133的情況。有限導(dǎo)電大地133可以由如圖8b所示的完美導(dǎo)電鏡像地平面139替代，其位于物理邊界136之下的復(fù)數(shù)深度z1。當(dāng)向下看到在物理邊界136處的界面中時(shí)，該等效表示展現(xiàn)相同阻抗。圖8b的等效表示可以被建模為等效傳輸線，如圖8c所示。等效結(jié)構(gòu)的截面表示為(z-方向)端負(fù)載傳輸線，該完美導(dǎo)電鏡像平面的阻抗短路(zs＝0)。該深度z1可以通過(guò)令在大地向下看的tem波阻抗與看到圖8c的傳輸線中的鏡像地平面阻抗zin相等而確定。

在圖8a的情況下，上部區(qū)域(空氣)142中的傳播常數(shù)和波固有阻抗是：

在有損大地133中，傳播常數(shù)和波固有阻抗是：

對(duì)于法線入射，圖8b的等效表示等效于其特性阻抗是空氣的阻抗(zo)、具有傳播常數(shù)γo，、且其長(zhǎng)度是z1的tem傳輸線。這樣，在圖8c的短的傳輸線的界面處看到的鏡像地平面阻抗zin由下式給出：

zin＝zotanh(γoz1)。(59)

令與圖8c的等效模式相關(guān)聯(lián)的鏡像地平面阻抗zin與圖8a的法線入射波阻抗相同并求解z1給出到短路(完美導(dǎo)電鏡像地平面139)的距離為：

其中對(duì)于該近似僅考慮反雙曲線正切的串行擴(kuò)展的第一項(xiàng)。注意到在空氣區(qū)域142中，傳播常數(shù)是γo＝j(luò)βo，所以zin＝j(luò)zotanβoz1(其對(duì)于實(shí)數(shù)z1是完全虛數(shù)量)，但是如果σ≠0則ze是復(fù)數(shù)值。因此，僅當(dāng)z1是復(fù)數(shù)距離時(shí)，zin＝ze。

因?yàn)閳D8b的等效表示包括完美導(dǎo)電鏡像地平面139，所以位于大地表面(物理邊界136)處的電荷或者電流的鏡像深度等于在鏡像地平面139的另一側(cè)上的距離z1，或者在大地表面之下的d＝2×z1(其位于z＝0處)。因此，到完美導(dǎo)電鏡像地平面139的距離可以由下式近似：

另外，“鏡像電荷”將與真實(shí)電荷“大小相等方向相反”，所以在深度z1＝-d/2處的完美導(dǎo)電鏡像地平面139的電勢(shì)將是零。

如果在如圖3所示的大地表面以上的距離h1升高電荷q1，則鏡像電荷q1駐留在該表面以下的復(fù)數(shù)距離d1＝d+h1處，或者鏡像地平面130以下的復(fù)數(shù)距離d/2+h1處。圖7的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200b可以建模為可以基于圖8b的完美導(dǎo)電鏡像地平面139的等效單線傳輸線鏡像平面模型。圖9a示出等效單線傳輸線鏡像平面模型的示例，且圖9b示出包括圖8c的短路傳輸線的等效經(jīng)典傳輸線模型的示例。

在圖9a和圖9b的等效鏡像平面模型中，φ＝θy+θc是參考大地133(或者有損導(dǎo)電介質(zhì)203)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的行波相位延遲，θc＝βph是以度表示的物理長(zhǎng)度h的線圈215(圖7)的電長(zhǎng)度，θy＝βwhw是以度表示的物理長(zhǎng)度hw的垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)的電長(zhǎng)度，且θd＝βod/2是鏡像地平面139和大地133(或者有損導(dǎo)電介質(zhì)203)的物理邊界136之間的相移。在圖9a和圖9b的示例中，zw是以歐姆為單位的升高垂直饋線導(dǎo)體221的特性阻抗，zc是以歐姆為單位的線圈215的特性阻抗，且zo是自由空間的特性阻抗。

在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的基底(base)，“向上看”到該結(jié)構(gòu)中的阻抗是z↑＝zbase。其中負(fù)載阻抗是：

其中ct是充電端子t1的自電容，“向上看”到垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)中的阻抗由下式給出：

且“向上看”到線圈215(圖7)中的阻抗由下式給出：

在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的基底處，“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的阻抗是z↓＝zin，其由下式給出：

其中zs＝0。

忽略損耗，等效鏡像平面模型可以被調(diào)諧為當(dāng)z↓+z↑＝0時(shí)在物理邊界136處諧振?；蛘撸诘蛽p耗情況下，在物理邊界136處x↓+x↑＝0，其中x是相應(yīng)的電抗分量。因此，“向上看”到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200中的物理邊界136處的阻抗是“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的物理邊界136處的阻抗的共軛。通過(guò)調(diào)整充電端子t1的負(fù)載阻抗zl，同時(shí)維持行波相位延遲φ等于介質(zhì)的波傾斜ψ的角度，以使得φ＝ψ，這改進(jìn)和/或最大化沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)的表面的、探頭的電場(chǎng)到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的耦合，圖9a和圖9b的等效鏡像平面模型可以被調(diào)諧以相對(duì)于鏡像地平面139諧振。以該方式，等效復(fù)數(shù)鏡像平面模型的阻抗是純電阻的，這維持使得端子t1上的電壓和升高電荷最大化的探頭結(jié)構(gòu)上的疊加駐波，并且通過(guò)等式(1)-(3)和(16)使得傳播表面波最大化。

從漢克爾解得出，由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200激勵(lì)的引導(dǎo)表面波是向外傳播的行波。充電端子t1和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的地樁218之間的沿著饋送網(wǎng)絡(luò)209的源分布(圖3和圖7)實(shí)際上由該結(jié)構(gòu)上的行波加上駐波的疊加構(gòu)成。利用位于物理高度hp或其以上的充電端子t1，通過(guò)饋送網(wǎng)絡(luò)209移動(dòng)的行波的相位延遲匹配與有損導(dǎo)電介質(zhì)203相關(guān)聯(lián)的波傾斜的角度。該模式匹配允許沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203啟動(dòng)行波。一旦對(duì)于行波已建立了相位延遲，就調(diào)整充電端子t1的負(fù)載阻抗zl以使得探頭結(jié)構(gòu)針對(duì)在復(fù)數(shù)深度-d/2的鏡像地平面(圖3的130或者圖8的139)駐波諧振。在該情況下，從鏡像地平面看的阻抗具有零電抗，且充電端子t1上的電荷最大化。

行波現(xiàn)象和駐波現(xiàn)象之間的區(qū)別在于(1)在長(zhǎng)度d的傳輸線(有時(shí)稱為“延遲線”)的部分上的行波的相位延遲(θ＝βd)是由于傳播時(shí)間延遲；然而(2)駐波(由前向和后向傳播波構(gòu)成)的取決于位置的相位取決于線長(zhǎng)度傳播時(shí)間延遲和在不同特性阻抗的線部分之間的界面處的阻抗變換兩者。除了由于以正弦穩(wěn)態(tài)操作的傳輸線部分的物理長(zhǎng)度導(dǎo)致的相位延遲，存在由于比率zoa/zob導(dǎo)致的阻抗不連續(xù)處的額外反射系數(shù)相位，其中zoa和zob是傳輸線的兩個(gè)部分的特性阻抗，例如，特性阻抗的螺旋線圈部分zoa＝zc(圖9b)和特性阻抗的垂直饋線導(dǎo)體的直線部分zob＝zw(圖9b)。

作為該現(xiàn)象的結(jié)果，普遍不同的特性阻抗的兩個(gè)相對(duì)短的傳輸線部分可以用于提供非常大的相移。例如，可以制造由傳輸線的兩個(gè)部分(一個(gè)是低阻抗另一個(gè)是高阻抗)與總共0.05λ的物理長(zhǎng)度一起構(gòu)成的探頭結(jié)構(gòu)，以提供等效于0.25λ諧振的90°的相移。這是由于特性阻抗的大的跳變。以該方式，物理上短的探頭結(jié)構(gòu)可以電氣地長(zhǎng)于組合的兩個(gè)物理長(zhǎng)度。這在圖9a和圖9b示出，其中阻抗比率的不連續(xù)性提供相位的大的跳變。阻抗不連續(xù)性提供其中各部分接合在一起的實(shí)質(zhì)的相移。

參考圖10，示出了流程圖150，示出調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200(圖3和圖7)以實(shí)質(zhì)上模式匹配到有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的示例，該引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式啟動(dòng)沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖3)的表面的引導(dǎo)表面行波。以153開(kāi)始，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的充電端子t1位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上的限定高度。利用有損導(dǎo)電介質(zhì)203的特性和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作頻率，可以通過(guò)對(duì)于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解圖4所示的rx，來(lái)求出漢克爾相交距離?？梢允褂玫仁?41)確定復(fù)數(shù)折射率(n)，且然后可以從等式(42)確定復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)。然后可以從等式(44)確定充電端子t1的物理高度(hp)。充電端子t1應(yīng)該在或者高于物理高度(hp)以便激勵(lì)漢克爾函數(shù)的遠(yuǎn)離分量。當(dāng)啟動(dòng)表面波時(shí)，最初考慮該高度關(guān)系。為了減小或者最小化充電端子t1上的綁定電荷，該高度應(yīng)該是充電端子t1的球面直徑(或者等效球面直徑)的至少四倍。

在156，充電端子t1上的升高的電荷q1的電相位延遲φ匹配到復(fù)數(shù)波傾斜角ψ。螺旋線圈的相位延遲(θc)和/或垂直饋線導(dǎo)體的相位延遲(θy)可以被調(diào)整以使得φ等于波傾斜(w)的角度(ψ)?；诘仁?31)，波傾斜的角度(ψ)可以如下確定：

電相位φ然后可以匹配到波傾斜的角度。當(dāng)啟動(dòng)表面波時(shí)，接下來(lái)考慮該角(或者相位)關(guān)系。例如，可以通過(guò)改變線圈215(圖7)的幾何參數(shù)和/或垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)的長(zhǎng)度(或者高度)，來(lái)調(diào)整電相位延遲φ＝θc+θy。通過(guò)匹配φ＝ψ，可以在邊界界面處具有復(fù)數(shù)布魯斯特角的漢克爾相交距離(rx)處或者超出該漢克爾相交距離(rx)建立電場(chǎng)，以激勵(lì)表面波導(dǎo)模式和沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203啟動(dòng)行波。

接下來(lái)在159，調(diào)諧充電端子t1的負(fù)載阻抗，以諧振該引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的等效鏡像平面模型。圖9a和圖9b的導(dǎo)電鏡像地平面139(或者圖3的130)的深度(d/2)可以使用等式(52)、(53)和(54)以及可以測(cè)量的有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)的值確定。使用該深度，可以使用θd＝βod/2確定有損導(dǎo)電介質(zhì)203的鏡像地平面139和物理邊界136之間的相移(θd)。然后可以使用等式(65)確定“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的阻抗(zin)?？梢钥紤]該諧振關(guān)系，以最大化啟動(dòng)的表面波。

基于線圈215的調(diào)整的參數(shù)以及垂直饋線導(dǎo)體221的長(zhǎng)度，可以使用等式(45)到(51)確定線圈215和垂直饋線導(dǎo)體221的速率因數(shù)、相位延遲和阻抗。另外，可以例如使用等式(24)確定充電端子t1的自電容(ct)。可以使用等式(35)確定線圈215的傳播因數(shù)(βp)，且可以使用等式(49)確定垂直饋線導(dǎo)體221的傳播相位常數(shù)(βw)。使用自電容以及線圈215和垂直饋線導(dǎo)體221的確定的值，可以使用等式(62)、(63)和(64)確定如“向上看”到線圈215中的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的阻抗(zbase)。

通過(guò)調(diào)整負(fù)載阻抗zl以，可將引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的等效鏡像平面模型調(diào)諧為諧振，使得zbase的電抗分量xbase抵消zin的電抗分量xin，或者xbase+xin＝0，來(lái)。因此，“向上看”到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200中的物理邊界136處的阻抗是在“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的物理邊界136處的阻抗的共軛?？梢酝ㄟ^(guò)改變充電端子t1的電容(ct)而不改變充電端子t1的電相位延遲φ＝θc+θy，來(lái)調(diào)整負(fù)載阻抗zl?？梢圆捎玫桨?，來(lái)調(diào)諧負(fù)載阻抗zl以，用于等效鏡像平面模型相對(duì)于導(dǎo)電鏡像地平面139(或者130)的諧振。以該方式，沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)的表面的電場(chǎng)到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的耦合可以改進(jìn)和/或最大化。

這可以通過(guò)示出具有數(shù)字示例的情況更好地理解?？紤]以充電端子t1在頂部的包括物理高度hp的頂部負(fù)載垂直根的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200，其中在1.85mhz的操作頻率(fo)通過(guò)螺旋線圈和垂直饋線導(dǎo)體激勵(lì)充電端子t1。對(duì)于16英尺的高度(h1)和具有相對(duì)介電常數(shù)εr＝15和導(dǎo)電率σ1＝0.010mhos/m的有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)，可以對(duì)于fo＝1.850mhz計(jì)算幾個(gè)表面波傳播參數(shù)。在這些情況下，可以求出漢克爾相交距離是具有hp＝5.5英尺的物理高度的rx＝54.5英尺，其很好地在充電端子t1的實(shí)際高度以下。雖然可以使用充電端子高度h1＝5.5英尺，但是更高的探頭結(jié)構(gòu)減小綁定電容，這允許充電端子t1上更大百分比的自由電荷，提供更大場(chǎng)強(qiáng)和行波的激勵(lì)。

波長(zhǎng)度可以確定為：

其中c是光的速度。從等式(41)，復(fù)數(shù)折射率是：

其中x＝σ1/ωεo，且ω＝2πfo，且從等式(42)，復(fù)數(shù)布魯斯特角是：

使用等式(66)，波傾斜值可以確定為：

因此，可以調(diào)整螺旋線圈以匹配φ＝ψ＝40.614°

垂直饋線導(dǎo)體(近似為具有0.27英寸的直徑的均勻圓柱導(dǎo)體)的速率因數(shù)可以給出為vw≈0.93。因?yàn)閔p＜＜λo，所以垂直饋線導(dǎo)體的傳播相位常數(shù)可以近似為：

從等式(49)，垂直饋線導(dǎo)體的相位延遲是：

θy＝βwhw≈βwhp＝11.640°。(72)

通過(guò)調(diào)整螺旋線圈的相位延遲以使得θc＝28.974°＝40.614°-11.640°，φ將等于ψ以匹配引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式。為示出φ和ψ之間的關(guān)系，圖11示出兩者在頻率范圍上的繪圖。因?yàn)棣蘸挺變烧呤侨Q于頻率的，所以可以看到它們各自的曲線在大約1.85mhz處彼此相交。

對(duì)于具有0.0881英寸的導(dǎo)體直徑、30英寸的線圈直徑(d)和4英寸的匝到匝間隔(s)的螺旋線圈，該線圈的速率因數(shù)可以使用等式(45)確定為：

且來(lái)自等式(35)的傳播因數(shù)是：

在θc＝28.974°的情況下，螺線管螺旋線(h)的軸向長(zhǎng)度可以使用等式(46)確定，使得：

該高度確定螺旋線圈上連接垂直饋線導(dǎo)體的位置，導(dǎo)致具有8.818匝(n＝h/s)的線圈。

通過(guò)調(diào)整線圈和垂直饋線導(dǎo)體的行波相位延遲以匹配波傾斜角(φ＝θc+θy＝ψ)，可以調(diào)整充電端子t1的負(fù)載阻抗(zl)，用于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的等效鏡像平面模型的駐波諧振。從測(cè)量的大地的介電常數(shù)、電導(dǎo)率和滲透率，可以使用等式(57)確定徑向傳播常數(shù)：

并且導(dǎo)電鏡像地平面的復(fù)數(shù)深度可以從等式(52)近似為：

其中導(dǎo)電鏡像地平面和大地的物理邊界之間的相應(yīng)的相移由下式給出：

θd＝βo(d/2)＝4.015-j4.73°。(78)

使用等式(65)，“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203(即，大地)中的阻抗可以確定為：

zin＝zotanh(jθd)＝rin+jxin＝31.191+j26.27歐姆。(79)

通過(guò)匹配“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的電抗分量(xin)與“向上看”到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200中的電抗分量(xbase)，可以使得到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的耦合最大化。這可以通過(guò)調(diào)整充電端子t1的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不改變線圈和垂直饋線導(dǎo)體的行波相位延遲。例如，通過(guò)將充電端子電容(ct)調(diào)整到61.8126pf，來(lái)自等式(62)的負(fù)載阻抗是：

且匹配在邊界處的電抗分量。

使用等式(51)，垂直饋線導(dǎo)體(具有0.27英寸的直徑(2a))的阻抗給出為：

且“向上看”到垂直饋線導(dǎo)體中的阻抗由等式(63)給出為：

使用等式(47)，螺旋線圈的特性阻抗給出為：

且在基底處“向上看”到線圈中的阻抗由等式(64)給出為：

當(dāng)與等式(79)的解比較時(shí)，可以看到電抗分量相反且近似相等，且因此是彼此的共軛。因此，從完美導(dǎo)電鏡像地平面“向上看”到圖9a和圖9b的等效鏡像平面模型中的阻抗(zip)僅是電阻，或者zip＝r+j0。

當(dāng)通過(guò)匹配饋送網(wǎng)絡(luò)的行波相位延遲與波傾斜角建立由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200(圖3)產(chǎn)生的電場(chǎng)、且探頭結(jié)構(gòu)相對(duì)于在復(fù)數(shù)深度z＝-d/2處的完美導(dǎo)電鏡像地平面諧振時(shí)，場(chǎng)實(shí)質(zhì)上被模式匹配到有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面啟動(dòng)引導(dǎo)表面行波。如圖1所示，引導(dǎo)電磁場(chǎng)的引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103具有的特性指數(shù)衰減，且以對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)量級(jí)展現(xiàn)區(qū)別拐點(diǎn)109。

總之，分析地和實(shí)驗(yàn)地，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的結(jié)構(gòu)上的行波分量在其上端具有匹配表面行波的波傾斜的角度(ψ)的相位延遲(φ)(φ＝ψ)。在該情況下，可以認(rèn)為該表面波導(dǎo)是“模式匹配的”。另外，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的結(jié)構(gòu)上的諧振駐波分量在充電端子t1處具有vmax且在鏡像平面139(圖8b)下具有vmin，其中在復(fù)數(shù)深度z＝-d/2處而不是在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的物理邊界136處的連接處，zip＝rip+j0。(圖8b)。最后，充電端子t1處于圖3的充分高度h1(h≥rxtanψi,b)，使得在復(fù)數(shù)布魯斯特角處入射到有損導(dǎo)電介質(zhì)203上的電磁波在距離(≥rx)之外這樣做，其中項(xiàng)是占主導(dǎo)的?？梢耘c一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭一起使用接收電路，以促進(jìn)無(wú)線傳輸和/或功率傳遞系統(tǒng)。

回去參考圖3，可以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作，以調(diào)整與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200相關(guān)聯(lián)的操作條件的改變。例如，可以使用自適應(yīng)探頭控制系統(tǒng)230來(lái)控制饋送網(wǎng)絡(luò)209和/或充電端子t1，以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作。操作條件可以包括，但是不限于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的特性(例如，電導(dǎo)率σ和相對(duì)介電常數(shù)εr)的改變、場(chǎng)強(qiáng)的變化和/或引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的負(fù)載的變化。如可以從等式(31)、(41)和(42)看到的，可以通過(guò)例如天氣狀況導(dǎo)致的土壤導(dǎo)電率和介電常數(shù)的改變，來(lái)影響折射率(n)、復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)和波傾斜(|w|e^jψ)。

例如電導(dǎo)率測(cè)量探頭、介電常數(shù)傳感器、地參數(shù)計(jì)、場(chǎng)計(jì)、電流監(jiān)視器和/或負(fù)載接收者之類的儀器可以用于監(jiān)控操作條件的改變，并將關(guān)于當(dāng)前操作條件的信息提供給自適應(yīng)探頭控制系統(tǒng)230。探頭控制系統(tǒng)230然后可以對(duì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200做出一個(gè)或多個(gè)調(diào)整，以維持引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的特定操作條件。例如，當(dāng)濕度和溫度改變時(shí)，土壤的電導(dǎo)率也將改變。電導(dǎo)率測(cè)量探頭和/或介電常數(shù)傳感器可以位于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200周圍的多個(gè)位置。通常，可期望在該操作頻率的漢克爾相交距離rx處或其周圍監(jiān)控電導(dǎo)率和/或介電常數(shù)。電導(dǎo)率測(cè)量探頭和/或介電常數(shù)傳感器可以位于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200周圍的多個(gè)位置(例如，每個(gè)象限中)。

電導(dǎo)率測(cè)量探頭和/或介電常數(shù)傳感器可以配置為按照周期性的基礎(chǔ)估計(jì)電導(dǎo)率和/或介電常數(shù)，并將該信息傳遞到探頭控制系統(tǒng)230。該信息可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到探頭控制系統(tǒng)230，網(wǎng)絡(luò)比如但是不限于lan、wlan、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、或者其他適當(dāng)?shù)挠芯€或者無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)?；诒O(jiān)控的電導(dǎo)率和/或介電常數(shù)，探頭控制系統(tǒng)230可以估計(jì)折射率(n)、復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)和/或波傾斜(|w|e^jψ)的變化，并調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200，以維持饋送網(wǎng)絡(luò)209的相位延遲(φ)等于波傾斜角(ψ)和/或維持引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的等效鏡像平面模型的諧振。這可以通過(guò)例如調(diào)整θy、θc和/或ct來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，探頭控制系統(tǒng)230可以調(diào)整充電端子t1的自電容和/或應(yīng)用于充電端子t1的相位延遲(θy，θc)，以將引導(dǎo)表面波的電啟動(dòng)效率維持在最大或其附近。例如，充電端子t1的自電容可以通過(guò)改變端子的大小來(lái)改變。電荷分布也可以通過(guò)增加充電端子t1的大小來(lái)改進(jìn)，增加充電端子t1的大小可以減小從充電端子t1的放電的機(jī)會(huì)。在其他實(shí)施例中，充電端子t1可以包括可以調(diào)整以改變負(fù)載阻抗zl的可變電感。應(yīng)用于充電端子t1的相位可以通過(guò)改變線圈215(圖7)上的抽頭位置、和/或通過(guò)包括沿著線圈215的多個(gè)預(yù)定義抽頭并在不同預(yù)定義抽頭位置之間切換來(lái)調(diào)整，以最大化啟動(dòng)效率。

場(chǎng)或者場(chǎng)強(qiáng)(fs)計(jì)也可以圍繞引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200分布，以測(cè)量與引導(dǎo)表面波相關(guān)聯(lián)的場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。場(chǎng)或者fs計(jì)可以配置為檢測(cè)場(chǎng)強(qiáng)和/或場(chǎng)強(qiáng)(例如，電場(chǎng)強(qiáng))的改變，并將該信息傳遞到探頭控制系統(tǒng)230。該信息可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到探頭控制系統(tǒng)230，網(wǎng)絡(luò)比如但是不限于lan、wlan、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、或者其他適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。當(dāng)負(fù)載和/或環(huán)境條件在操作期間改變或者變化時(shí)，可以調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200以維持在fs計(jì)位置的特定場(chǎng)強(qiáng)，以保證到接收者的適當(dāng)?shù)墓β蕚鬏?、和它們提供的?fù)載。

例如，可以調(diào)整應(yīng)用于充電端子t1的相位延遲(φ＝θy+θc)以匹配波傾斜角(ψ)。通過(guò)調(diào)整一個(gè)或兩個(gè)相位延遲，可以調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200，以保證波傾斜對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)布魯斯特角。這可以通過(guò)調(diào)整線圈215(圖7)上的抽頭位置、以改變供應(yīng)到充電端子t1的相位延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)。供應(yīng)到充電端子t1的電壓電平還可以增加或者減少，以調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)。這可以通過(guò)調(diào)整激勵(lì)源212的輸出電壓或者通過(guò)調(diào)整或者重新配置饋送網(wǎng)絡(luò)209來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以調(diào)整ac源212的抽頭227(圖7)的位置，以增加由充電端子t1看到的電壓。在預(yù)定義范圍內(nèi)維持場(chǎng)強(qiáng)級(jí)別可以改進(jìn)接收者的耦合，減小地電流損耗，和避免與來(lái)自其他引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的傳輸?shù)母蓴_。

探頭控制系統(tǒng)230可以以硬件、固件、由硬件執(zhí)行的軟件、或者其組合實(shí)現(xiàn)。例如，探頭控制系統(tǒng)230可以包括處理電路，其包括處理器和存儲(chǔ)器，處理器和存儲(chǔ)器兩者可以耦合到本地接口，例如具有附帶的控制/地址總線的數(shù)據(jù)總線，如本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的那樣。探頭控制應(yīng)用可以由處理器執(zhí)行，以基于監(jiān)控的條件調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作。探頭控制系統(tǒng)230還可以包括用于與各種監(jiān)控裝置通信的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。通信可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，比如但是不限于lan、wlan、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、或者其他適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。探頭控制系統(tǒng)230例如可以包括比如服務(wù)器、桌面計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)之類的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者具有類似性能的其他系統(tǒng)。

回頭參考圖5a的示例，示出復(fù)數(shù)角三角學(xué)用于具有在漢克爾相交距離(rx)處的復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b)的充電端子t1的入射電場(chǎng)(e)的射線光學(xué)解釋?；叵耄瑢?duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)，布魯斯特角是復(fù)數(shù)且由等式(38)指定。電氣地，幾何參數(shù)通過(guò)等式(39)由充電端子t1的電有效高度(heff)相關(guān)。因?yàn)槲锢砀叨?hp)和漢克爾相交距離(rx)兩者都是實(shí)數(shù)量，所以在漢克爾相交距離處的所需的引導(dǎo)表面波傾斜的角度(wrx)等于復(fù)數(shù)有效高度(heff)的相位(φ)。對(duì)于位于物理高度hp處且以具有適當(dāng)相位φ的電荷激勵(lì)的充電端子t1，產(chǎn)生的電場(chǎng)在漢克爾相交距離rx處，并以布魯斯特角入射該有損導(dǎo)電介質(zhì)邊界界面。在這些條件下，可以激勵(lì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，而沒(méi)有反射或者實(shí)質(zhì)上可忽略的反射。

但是，等式(39)指的是引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的物理高度可以相對(duì)小。雖然這將激勵(lì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，但是這可能導(dǎo)致具有很小自由改變的過(guò)大的綁定電荷。為了補(bǔ)償，可以將充電端子t1升高到適當(dāng)標(biāo)高，以增加自由電荷量。作為一個(gè)示例經(jīng)驗(yàn)法則，充電端子t1可以位于充電端子t1的有效直徑的大約4-5倍(或者更大)的標(biāo)高處。圖6示出將充電端子t1升高到如圖5a所示的物理高度(hp)以上的效果。增加的標(biāo)高導(dǎo)致波傾斜入射該有損導(dǎo)電介質(zhì)的距離移動(dòng)超出漢克爾相交點(diǎn)121(圖5a)。為了改進(jìn)引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的耦合，且因此提供引導(dǎo)表面波的更大的啟動(dòng)效率，可使用下部補(bǔ)償端子t2，以調(diào)整充電端子t1的總有效高度(hte)，使得在漢克爾相交距離處的波傾斜在布魯斯特角。

參考圖12，示出了引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200c的示例，其包括沿著與由有損導(dǎo)電介質(zhì)203表示的平面垂直的垂直軸z布置的升高的充電端子t1和下部補(bǔ)償端子t2。在這方面，充電端子t1直接位于補(bǔ)償端子t2以上，雖然可能使用兩個(gè)或者更多充電和/或補(bǔ)償端子tn的一些其他布置。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200c設(shè)置在有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上。有損導(dǎo)電介質(zhì)203組成區(qū)域1，同時(shí)第二介質(zhì)206組成區(qū)域2，第二介質(zhì)206與有損導(dǎo)電介質(zhì)203共享邊界界面。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200c包括饋送網(wǎng)絡(luò)209，該饋送網(wǎng)絡(luò)209將激勵(lì)源212耦合到充電端子t1和補(bǔ)償端子t2。根據(jù)各種實(shí)施例，取決于在任何給定時(shí)刻施加到端子t1和t2的電壓，電荷q1和q2能施加于相應(yīng)充電和補(bǔ)償端子t1和t2上。i1是經(jīng)由端子引線在充電端子t1上饋送電荷q1的傳導(dǎo)電流，且i2是經(jīng)由端子引線在補(bǔ)償端子t2上饋送電荷q2的傳導(dǎo)電流。

根據(jù)圖12的實(shí)施例，充電端子t1位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上物理高度h1處，且補(bǔ)償端子t2沿著垂直軸z直接位于t1以下物理高度h2處，其中h2小于h1。傳輸結(jié)構(gòu)的高度h可以計(jì)算為h＝h1-h2。充電端子t1具有隔離的(或者自)電容c1，且補(bǔ)償端子t2具有隔離的(或者自)電容c2?；ル娙輈m可取決于其間的距離而存在于端子t1和t2之間。在操作期間，取決于在任何給定時(shí)刻施加到充電端子t1和補(bǔ)償端子t2的電壓，電荷q1和q2分別施加在充電端子t1和補(bǔ)償端子t2上。

接下來(lái)參考圖13，示出了由圖12的充電端子t1和補(bǔ)償端子t2上的升高的電荷產(chǎn)生的效果的射線光學(xué)解釋。利用升高到射線在大于如由線163示出的漢克爾相交點(diǎn)121的距離處以布魯斯特角與有損導(dǎo)電介質(zhì)相交的高度的充電端子t1，補(bǔ)償端子t2可以用于通過(guò)補(bǔ)償增加的高度而調(diào)整hte。補(bǔ)償端子t2的效果是減小引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的電有效高度(或者有效地提升有損介質(zhì)界面)，使得在漢克爾相交距離處的波傾斜在布魯斯特角，如線166示出的。

總有效高度可以寫為與充電端子t1相關(guān)聯(lián)的上部有效高度(hue)和與補(bǔ)償端子t2相關(guān)聯(lián)的下部有效高度(hle)的疊加，使得：

其中φu是施加到上部充電端子t1的相位延遲，φl(shuí)是施加到下部補(bǔ)償端子t2的相位延遲，β＝2π/λp是來(lái)自等式(35)的傳播因數(shù)，hp是充電端子t1的物理高度且hd是補(bǔ)償端子t2的物理高度。如果考慮額外的引線長(zhǎng)度，則可以通過(guò)將充電端子引線長(zhǎng)度z加到充電端子t1的物理高度hp和將補(bǔ)償端子引線長(zhǎng)度y加到補(bǔ)償端子t2的物理高度hd來(lái)說(shuō)明它們，如下所示：

下部有效高度可以用于調(diào)整總有效高度(hte)以等于圖5a的復(fù)數(shù)有效高度(heff)。

等式(85)或者(86)可以用于確定補(bǔ)償端子t2的下部盤的物理高度和饋送端子的相位角，以獲得在漢克爾相交距離處的所需波傾斜。例如，等式(86)可以重寫為作為補(bǔ)償端子高度(hd)的函數(shù)施加到充電端子t1的相移，以給出：

為了確定補(bǔ)償端子t2的定位，可以使用上述關(guān)系。首先，總有效高度(hte)是上部充電端子t1的復(fù)數(shù)有效高度(hue)和下部補(bǔ)償端子t2的復(fù)數(shù)有效高度(hle)的疊加，如等式(86)表示的。之后，入射角的正切可以幾何地表示為：

其等于波傾斜的定義，w。最終，給定所需漢克爾相交距離rx，可以調(diào)整hte以使得入射射線的波傾斜匹配在漢克爾相交點(diǎn)121處的復(fù)數(shù)布魯斯特角。這可以通過(guò)調(diào)整hp、φu和/或hd實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的示例的上下文中討論時(shí)，這些概念可以更好地理解。參考圖14，示出了包括沿著實(shí)質(zhì)上與由有損導(dǎo)電介質(zhì)203表示的平面正交的垂直軸z定位的上部充電端子t1(例如，在高度ht的球)和下部補(bǔ)償端子t2(例如，在高度hd的盤)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d的示例的圖形表示。在操作期間，取決于在任何給定時(shí)刻施加到端子t1和t2的電壓，電荷q1和q2分別施加在充電端子t1和補(bǔ)償端子t2上。

ac源212用作充電端子t1的激勵(lì)源，其通過(guò)包括比如螺旋線圈的線圈215的饋送網(wǎng)絡(luò)209耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d。ac源212可以通過(guò)抽頭227連接在線圈215的下部?jī)啥?，如圖14所示，或者可以通過(guò)主線圈的方式電感地耦合到線圈215。線圈215可以在第一端耦合到地樁218并在第二段耦合到充電端子t1。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以使用在線圈215的第二端處的抽頭224調(diào)整到充電端子t1的連接。補(bǔ)償端子t2位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，地或者大地)以上并實(shí)質(zhì)上與其平行，且通過(guò)耦合到線圈215的抽頭致能。位于線圈215和地樁218之間的電流計(jì)236可以用于提供在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的基底處的電流(i0)的幅度的指示。替代地，可以在耦合到地樁218的導(dǎo)體周圍使用電流鉗以獲得電流(i0)的幅度的指示。

在圖14的示例中，線圈215在第一端耦合到地樁218，并經(jīng)由垂直饋線導(dǎo)體221在第二端耦合到充電端子t1。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以使用在線圈215的第二端處的抽頭224調(diào)整到充電端子t1的連接，如圖14所示。線圈215可以通過(guò)在線圈215的下部的抽頭227由ac源212以操作頻率致能。在其他實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過(guò)主線圈電感地耦合到線圈215。補(bǔ)償端子t2通過(guò)耦合到線圈215的抽頭233致能。位于線圈215和地樁218之間的電流計(jì)236可以用于提供在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d的基底處的電流的幅度的指示。替代的，可以在耦合到地樁218的導(dǎo)體周圍使用電流鉗，以獲得電流的幅度的指示。補(bǔ)償端子t2位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，地)以上并實(shí)質(zhì)上與其平行。

在圖14的示例中，位于線圈215上的到充電端子t1的連接在用于補(bǔ)償端子t2的抽頭223的連接點(diǎn)以上。這種調(diào)整允許增大的電壓(且因此更高的電荷q1)施加到上部充電端子t1。在其他實(shí)施例中，充電端子t1和補(bǔ)償端子t2的連接點(diǎn)可以反向。可以調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭220d的總有效高度(hte)以激勵(lì)具有在漢克爾相交距離rx處的引導(dǎo)表面波傾斜的電場(chǎng)。漢克爾相交距離也可以通過(guò)對(duì)于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解如圖4所示的rx而求出。折射率(n)、復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b和ψi,b)、波傾斜(|w|e^jψ)和復(fù)數(shù)有效高度(heff＝hpe^jφ)可以相對(duì)于上面的等式(41)-(44)確定。

利用所選的充電端子t1配置，可以確定球面直徑(或者有效球面直徑)。例如，如果充電端子t1不配置為球面，則端子配置可以建模為具有有效球面直徑的球面電容?？梢赃x擇充電端子t1的大小以提供用于施加在端子上的電荷q1的足夠大的表面。總的來(lái)說(shuō)，期望使得充電端子t1盡可能大。充電端子t1的大小應(yīng)該足夠大以避免周圍空氣的電離，這可能導(dǎo)致充電端子周圍的放電或者火花。為了減小充電端子t1上的綁定電荷的量，提供用于啟動(dòng)引導(dǎo)表面波的充電端子t1上的自由電荷的期望提升應(yīng)該是有損導(dǎo)電介質(zhì)(例如，大地)以上的有效球面直徑的至少4-5倍。補(bǔ)償端子t2可以用于調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d的總有效高度(hte)，以激勵(lì)具有在rx處的引導(dǎo)表面波傾斜的電場(chǎng)。補(bǔ)償端子t2可以在hd＝ht-hp處位于充電端子t1以下，其中ht是充電端子t1的總物理高度。對(duì)于固定的補(bǔ)償端子t2的位置和施加到上部充電端子t1的相位延遲φu，施加到下部補(bǔ)償端子t2的相位延遲φl(shuí)可以使用等式(86)的關(guān)系來(lái)確定，以使得：

在替代實(shí)施例中，補(bǔ)償端子t2可以位于高度hd處，其中im{φl(shuí)}＝0。這在圖15a中圖形地示出，圖15a分別示出φu的虛數(shù)和實(shí)數(shù)部分的繪圖172和175。補(bǔ)償端子t2位于高度hd處，其中im{φu}＝0，如繪圖172圖形地示出的。在該固定高度，可以從re{φu}確定線圈相位φu，如繪圖175圖形地示出的。

對(duì)于耦合到線圈215的ac源212(例如，在50ω點(diǎn)以最大化耦合)，可以調(diào)整抽頭233的位置以用于補(bǔ)償端子t2與在操作頻率的線圈的至少一部分的并行諧振。圖15b示出了圖14的總的電氣關(guān)聯(lián)(hookup)的示意性圖，其中v1是通過(guò)抽頭227從ac源212施加到線圈215的下部部分的電壓，v2是供應(yīng)到上部充電端子t1的抽頭224處的電壓，且v3是通過(guò)抽頭233施加到下部補(bǔ)償端子t2的電壓。電阻rp和rd分別表示充電端子t1和補(bǔ)償端子t2的地返回電阻。充電端子t1和補(bǔ)償端子t2可以配置為球面、圓柱、環(huán)面、環(huán)、罩或者電容結(jié)構(gòu)的任何其他組合?？梢赃x擇充電端子t1和補(bǔ)償端子t2的大小以提供在端子上施加的電荷q1和q2的足夠大的表面?？偟膩?lái)說(shuō)，需要使得充電端子t1盡可能大。充電端子t1的大小應(yīng)該足夠大以避免周圍空氣的電離，這可導(dǎo)致充電端子周圍的放電或者火花。充電端子t1和補(bǔ)償端子t2的自電容cp和cd例如可以分別使用等式(24)確定。

如在圖15b中看到的，由線圈215的電感的至少一部分、補(bǔ)償端子t2的自電容cd和與補(bǔ)償端子t2相關(guān)聯(lián)的地返回電阻rd形成諧振電路?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整施加到補(bǔ)償端子t2的電壓v3(例如，通過(guò)調(diào)整線圈215上的抽頭233位置)或者通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償端子t2的高度和/或大小以調(diào)整cd，來(lái)建立并行諧振?？梢哉{(diào)整線圈抽頭233的位置以用于并行諧振，這將導(dǎo)致通過(guò)地樁218和通過(guò)電流計(jì)236的地電流達(dá)到最大點(diǎn)。在已經(jīng)建立補(bǔ)償端子t2的并行諧振之后，可以調(diào)整ac源212的抽頭227的位置到線圈215上的50ω點(diǎn)。

來(lái)自線圈215的電壓v2可以施加到充電端子t1，且可以調(diào)整抽頭224的位置以使得總有效高度(hte)的相位(φ)近似地等于在漢克爾相交距離(rx)處的引導(dǎo)表面波傾斜(wrx)的角度?？梢哉{(diào)整線圈抽頭224的位置直到到達(dá)該操作點(diǎn)為止，這導(dǎo)致通過(guò)電流計(jì)236的地電流增大到最大。在這點(diǎn)，由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d激勵(lì)的產(chǎn)生的場(chǎng)實(shí)質(zhì)上模式匹配到有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，導(dǎo)致沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面的引導(dǎo)表面波的啟動(dòng)。這可以通過(guò)測(cè)量沿著從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200延伸的徑向的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)確認(rèn)。

可以通過(guò)充電端子t1的附加和/或通過(guò)抽頭224施加到充電端子t1的電壓的調(diào)整，來(lái)改變包括補(bǔ)償端子t2的電路的諧振。雖然調(diào)整補(bǔ)償端子電路用于諧振幫助充電端子連接的后續(xù)調(diào)整，但是不必建立在漢克爾相交距離(rx)處的引導(dǎo)表面波傾斜(wrx)。可以進(jìn)一步調(diào)整該系統(tǒng)，以通過(guò)迭代地調(diào)整ac源212的抽頭227的位置以在線圈215上的50ω點(diǎn)、和調(diào)整抽頭233的位置以最大化通過(guò)電流計(jì)236的地電流，來(lái)改進(jìn)耦合。當(dāng)調(diào)整抽頭227和233的位置時(shí)，或者當(dāng)其他組件附加到線圈215時(shí)，包括補(bǔ)償端子t2的電路的諧振可以漂移。

在其他實(shí)現(xiàn)中，來(lái)自線圈215的電壓v2可以施加到充電端子t1，且可以調(diào)整抽頭233的位置，以使得總有效高度(hte)的相位(φ)近似地等于在rx處的引導(dǎo)表面波傾斜的角度(ψ)。可以調(diào)整線圈抽頭224的位置，直到達(dá)到操作點(diǎn)為止，這導(dǎo)致通過(guò)電流計(jì)236的地電流實(shí)質(zhì)上達(dá)到最大。產(chǎn)生的場(chǎng)實(shí)質(zhì)上模式匹配到有損導(dǎo)電介質(zhì)203上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，且沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面啟動(dòng)引導(dǎo)表面波。這可以通過(guò)測(cè)量沿著從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200延伸的徑向的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)確認(rèn)。可以進(jìn)一步調(diào)整該系統(tǒng)，以通過(guò)迭代地調(diào)整ac源212的抽頭227的位置在線圈215上的50ω點(diǎn)，并調(diào)整抽頭224和/或223的位置以最大化通過(guò)電流計(jì)236的地電流，來(lái)改進(jìn)耦合。

回頭參考圖12，可以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作，以調(diào)整用于與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200相關(guān)聯(lián)的操作條件的變化。例如，探頭控制系統(tǒng)230可以用于控制饋送網(wǎng)絡(luò)209和/或充電端子t1和/或補(bǔ)償端子t2的定位，以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的操作。操作條件可以包括，但是不限于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的特性(例如，電導(dǎo)率σ和相對(duì)介電常數(shù)εr)的變化、場(chǎng)強(qiáng)的變化和/或引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭20的負(fù)載的變化。如可以從等式(41)-(44)看到的，可以通過(guò)例如由天氣條件導(dǎo)致的土壤電導(dǎo)率和介電常數(shù)的改變，影響折射率(n)、復(fù)數(shù)布魯斯特角(θi,b和ψi,b)、波傾斜(|w|e^jψ)和復(fù)數(shù)有效高度(heff＝hpe^jφ)。

例如電導(dǎo)率測(cè)量探頭、介電常數(shù)傳感器、地參數(shù)計(jì)、場(chǎng)計(jì)、電流監(jiān)視器和/或負(fù)載接收者之類的儀器可以用于監(jiān)控操作條件的改變，并將關(guān)于當(dāng)前操作條件的信息提供給探頭控制系統(tǒng)230。探頭控制系統(tǒng)230然后可以對(duì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200做出一個(gè)或多個(gè)調(diào)整，以維持引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的特定操作條件。例如，當(dāng)濕度和溫度改變時(shí)，土壤的電導(dǎo)率也將改變。電導(dǎo)率測(cè)量探頭和/或介電常數(shù)傳感器可以位于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200周圍的多個(gè)位置。通常，期望對(duì)于該操作頻率在漢克爾相交距離rx處或其周圍監(jiān)控電導(dǎo)率和/或介電常數(shù)。電導(dǎo)率測(cè)量探頭和/或介電常數(shù)傳感器可以位于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200周圍的多個(gè)位置(例如，每個(gè)象限中)。

然后參考圖16，示出了包括沿著垂直軸z布置的充電端子t1和充電端子t2的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的示例。引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e設(shè)置在組成區(qū)域1的有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上。另外，第二介質(zhì)206共享與有損導(dǎo)電介質(zhì)203的邊界界面，并組成區(qū)域2。充電端子t1和t2位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上。充電端子t1位于高度h1處，且充電端子t2沿著垂直軸z直接位于t1以下高度h2處，其中h2小于h1。由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e表示的傳輸結(jié)構(gòu)的高度h是h＝h1–h2。引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e包括將激勵(lì)源212耦合到充電端子t1和t2的饋送網(wǎng)絡(luò)209。

充電端子t1和/或t2包括可以保持電荷的導(dǎo)電物質(zhì)(mass)，該導(dǎo)電物質(zhì)可以被調(diào)整大小以保持盡可能多的電荷。充電端子t1具有自電容c1，且充電端子t2具有自電容c2，其可以使用例如等式(24)確定。由于將充電端子t1直接放置在充電端子t2以上，所以在充電端子t1和t2之間創(chuàng)建互電容cm。注意到充電端子t1和t2不需要是相同的，而是每個(gè)可以具有單獨(dú)的大小和形狀，且可以包括不同導(dǎo)電物質(zhì)。最終，由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e啟動(dòng)的引導(dǎo)表面波的場(chǎng)強(qiáng)與端子t1上的電荷量成正比。電荷q1又與和充電端子t1相關(guān)聯(lián)的自電容c1成比例，因?yàn)閝1＝c1v，其中v是在充電端子t1上施加的電壓。

當(dāng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以在預(yù)定義操作頻率操作時(shí)，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e生成沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面的引導(dǎo)表面波。激勵(lì)源212可以以施加到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e以激勵(lì)該結(jié)構(gòu)的預(yù)定義頻率生成電能。當(dāng)由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e生成的電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上與有損導(dǎo)電介質(zhì)203模式匹配時(shí)，該電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)上合成在復(fù)數(shù)布魯斯特角入射的波前，導(dǎo)致很少或者沒(méi)有反射。因此，表面波導(dǎo)探頭200e不產(chǎn)生輻射波，但是沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面啟動(dòng)引導(dǎo)表面行波。來(lái)自激勵(lì)源的能量可以作為zenneck表面電流傳送到位于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的有效傳輸范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)接收者。

人們可以確定有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的徑向zenneck表面電流jρ(ρ)的漸近線是j1(ρ)趨近和j2(ρ)遠(yuǎn)離，其中：

趨近(ρ<λ/8):

遠(yuǎn)離(ρ>>λ/8):

其中i1是在第一充電端子t1上饋送電荷q1的傳導(dǎo)電流，且i2是在第二充電端子t2上饋送電荷q2的傳導(dǎo)電流。上部充電端子t1上的電荷q1由q1＝c1v1確定，其中c1是充電端子t1的隔離電容。注意到，對(duì)于由給出的上述j1存在第三分量，其符合leontovich邊界條件且是由第一充電端子q1上的提升的振蕩電荷的準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)泵送的有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的徑向電流貢獻(xiàn)。量zρ＝j(luò)ωμo/γe是有損導(dǎo)電介質(zhì)的徑向阻抗，其中γe＝(jωμ1σ1-ω²μ1ε1)^1/2。

表示由等式(90)和(91)提出的徑向電流趨近和遠(yuǎn)離的漸近線是復(fù)數(shù)量。根據(jù)各種實(shí)施例，合成物理表面電流j(ρ))以在幅度和相位上盡可能接近地匹配電流漸近線。就是說(shuō)，趨近|j(ρ)|是對(duì)|j1|的正切，且遠(yuǎn)離|j(ρ)|是對(duì)|j2|的正切。此外，根據(jù)各種實(shí)施例，j(ρ)的相位應(yīng)該從j1趨近的相位變換為j2遠(yuǎn)離的相位。

為了在傳輸?shù)牡攸c(diǎn)匹配引導(dǎo)表面波模式以啟動(dòng)引導(dǎo)表面波，表面電流|j2|遠(yuǎn)離的相位應(yīng)該不同于表面電流|j1|趨近的相位，該不同是與對(duì)應(yīng)的傳播相位加上大約45度或者225度的常數(shù)。這是因?yàn)閷?duì)于存在兩個(gè)根，一個(gè)在π/4附近且一個(gè)在5π/4附近。適當(dāng)調(diào)整的合成徑向表面電流是：

注意到這與等式(17)一致。通過(guò)麥克斯韋方程，這種j(ρ)表面電流自動(dòng)創(chuàng)建符合以下的場(chǎng)：

因此，對(duì)于要匹配的引導(dǎo)表面波模式的表面電流|j2|遠(yuǎn)離和表面電流|j1|趨近之間的相位差是由于與等式(1)-(3)一致的、等式(93)-(95)中的漢克爾函數(shù)的特性。認(rèn)識(shí)到以下方面是重要的：由等式(1)-(6)和(17)以及等式(92)-(95)表示的場(chǎng)具有綁定到有損界面的傳輸線模式的性質(zhì)，而不是與地波傳播相關(guān)聯(lián)的輻射場(chǎng)。

為了獲得在給定位置處的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的給定設(shè)計(jì)的適當(dāng)?shù)碾妷悍群拖辔?，可以使用迭代方案。特別地，可以考慮到端子t1和t2的饋送電流、充電端子t1和t2上的電荷以及有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的它們的鏡像，來(lái)執(zhí)行引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的給定激勵(lì)和配置的分析，以便確定生成的徑向表面電流密度?？梢缘貓?zhí)行該處理，直到基于所需參數(shù)確定給定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的最優(yōu)配置和激勵(lì)為止。為了幫助確定給定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e是否以最優(yōu)級(jí)別操作，可以基于在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的位置處的區(qū)域1的電導(dǎo)率(σ1)和區(qū)域1的介電常數(shù)(ε1)的值，使用等式(1)-(12)，來(lái)生成引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103(圖1)。這種引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103可以提供操作的基準(zhǔn)，以使得測(cè)量的場(chǎng)強(qiáng)可以與由引導(dǎo)場(chǎng)強(qiáng)曲線103指示的幅度比較，以確定是否已經(jīng)達(dá)成最優(yōu)傳輸。

為了達(dá)成最優(yōu)條件，可以調(diào)整與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)?？梢愿淖円哉{(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的一個(gè)參數(shù)是充電端子t1和/或t2之一或兩者相對(duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面的高度。另外，還可以調(diào)整充電端子t1和t2之間的距離或者間距。這樣做時(shí)，如可以理解的，人們可以最小化或者按照別的方式更改充電端子t1和t2與有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間的互電容cm或者任何綁定電容。還可以調(diào)整各個(gè)充電端子t1和/或t2的大小。通過(guò)改變充電端子t1和/或t2的大小，如可以理解的，人們將改變各個(gè)自電容c1和/或c2和互電容cm。

此外，可以調(diào)整的另一參數(shù)是與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e相關(guān)聯(lián)的饋送網(wǎng)絡(luò)209。這可以通過(guò)調(diào)整組成饋送網(wǎng)絡(luò)209的電感和/或電容性電抗的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在這種電感性電抗包括線圈時(shí)，可以調(diào)整這種線圈上的匝數(shù)。最終，可以做出饋送網(wǎng)絡(luò)209的調(diào)整以更改饋送網(wǎng)絡(luò)209的電長(zhǎng)度，由此影響充電端子t1和t2上的電壓幅度和相位。

注意到，如可以理解的，通過(guò)做出各種調(diào)整所執(zhí)行的傳輸?shù)牡梢酝ㄟ^(guò)使用計(jì)算機(jī)模型或者通過(guò)調(diào)整物理結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)做出上述調(diào)整，人們可以創(chuàng)建近似在上述等式(90)和(91)中指定的引導(dǎo)表面波模式的相同電流j(ρ)的對(duì)應(yīng)的“趨近”表面電流j1和“遠(yuǎn)離”表面電流j2。這樣做時(shí)，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將實(shí)質(zhì)上或者近似地模式匹配到有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波模式。

雖然在圖16的示例中沒(méi)有示出，但是可以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的操作，以對(duì)于與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200相關(guān)聯(lián)的操作條件的變化進(jìn)行調(diào)整。例如，圖12中示出的探頭控制系統(tǒng)230可以用于控制饋送網(wǎng)絡(luò)290和/或充電端子t1和/或t2的定位和/或大小，以控制引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的操作。操作條件可以包括，但是不限于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的特性變化(例如，電導(dǎo)率σ和相對(duì)介電常數(shù)εr)、場(chǎng)強(qiáng)的變化和/或引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的負(fù)載的變化。

現(xiàn)在參考圖17，示出了圖16的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e的示例，在這里表示為引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f。引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f包括沿著實(shí)質(zhì)上與由有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)表示的平面正交的垂直軸z定位的充電端子t1和t2。第二介質(zhì)206在有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上。充電端子t1具有自電容c1，且充電端子t2具有自電容c2。在操作期間，取決于在任何給定時(shí)刻施加到充電端子t1和t2的電壓，電荷q1和q2分別施加在充電端子t1和t2上。取決于其間的距離，充電端子t1和t2之間可存在互電容cm。另外，取決于各個(gè)充電端子t1和t2相對(duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)203的高度，在各個(gè)充電端子t1和t2與有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間可存在綁定電容。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f包括饋送網(wǎng)絡(luò)209，該饋送網(wǎng)絡(luò)209包括電感性阻抗，該電感性阻抗包括具有耦合到充電端子t1和t2中相應(yīng)的一個(gè)的一對(duì)引線的線圈l1a。在一個(gè)實(shí)施例中，指定線圈l1a具有引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f的操作頻率處的波長(zhǎng)一半(1/2)的電長(zhǎng)度。

雖然將線圈l1a的電長(zhǎng)度指定為在操作頻率的波長(zhǎng)的近似二分之一(1/2)，但是可以理解可以指定線圈l1a具有在其他值的電長(zhǎng)度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，線圈l1a具有近似在操作頻率的波長(zhǎng)的二分之一的電長(zhǎng)度的事實(shí)提供在充電端子t1和t2上創(chuàng)建最大電壓差分的優(yōu)勢(shì)。但是，當(dāng)調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f以獲得引導(dǎo)表面波模式的最優(yōu)激勵(lì)時(shí)，線圈l1a的長(zhǎng)度或者直徑可以增大或者減小。線圈長(zhǎng)度的調(diào)整可以通過(guò)位于線圈的一端或者兩端的抽頭提供。在其他實(shí)施例中，這可以是指定電感性阻抗以具有顯著小于或者大于在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f的操作頻率的波長(zhǎng)的1/2的電長(zhǎng)度的情況。

激勵(lì)源212可以通過(guò)磁耦合的方式耦合到饋送網(wǎng)絡(luò)209。特別地，激勵(lì)源212耦合到線圈lp，線圈lp電感地耦合到線圈l1a的線圈lp。這可以通過(guò)鏈路耦合、分接線圈、可變電抗或者可以理解的其他耦合方法達(dá)成。為此，線圈lp用作初級(jí)線圈，且線圈l1a用作次級(jí)線圈，如可以理解的。

為了對(duì)于所需引導(dǎo)表面波的傳輸調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f，可以相對(duì)于有損導(dǎo)電介質(zhì)203和相對(duì)于彼此更改各個(gè)充電端子t1和t2的高度。此外，可以更改充電端子t1和t2的大小。另外，可以通過(guò)添加或者去除匝、或者通過(guò)改變線圈l1a的一些其他維度，來(lái)更改線圈l1a的大小。線圈l1a還可以包括用于調(diào)整如圖17所示的電長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)抽頭。也可以調(diào)整連接到充電端子t1或者t2的抽頭的位置。

接下來(lái)參考圖18a、圖18b、圖18c和圖19，示出了用于使用無(wú)線功率傳送系統(tǒng)中的表面引導(dǎo)波的一般接收電路的示例。圖18a和圖18b-圖18c分別包括線性探頭303和調(diào)諧的諧振器306。圖19是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的磁線圈309。根據(jù)各種實(shí)施例，可以采用線性探頭303、調(diào)諧的諧振器306和磁線圈309中的每一個(gè)，以接收根據(jù)各種實(shí)施例以有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波的形式發(fā)送的功率。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，有損導(dǎo)電介質(zhì)203包括陸地介質(zhì)(或者大地)。

通過(guò)特別參考圖18a，在線性探頭303的輸出端312處的開(kāi)路端子電壓取決于線性探頭303的有效高度。為此，端子點(diǎn)電壓可以計(jì)算為：

其中einc是以伏特每米為單位的在線性探頭303上感應(yīng)的入射電場(chǎng)的強(qiáng)度，dl是沿著線性探頭303的方向上的積分元素，且he是線性探頭303的有效高度。電氣負(fù)載315通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318耦合到輸出端312。

當(dāng)線性探頭303經(jīng)歷如上所述的引導(dǎo)表面波時(shí)，在輸出端312兩端生成電壓，該電壓可以通過(guò)共軛阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318施加到電氣負(fù)載315，如情況可能的。為了促進(jìn)功率到電氣負(fù)載315的流動(dòng)，電氣負(fù)載315應(yīng)該實(shí)質(zhì)上與線性探頭303阻抗匹配，如以下將要描述的。

參考圖18b，擁有等于引導(dǎo)表面波的波傾斜的相移的地電流激勵(lì)線圈306a包括在有損導(dǎo)電介質(zhì)203上方升高(或者懸掛)的充電端子tr。充電端子tr具有自電容cr。另外，取決于充電端子tr在有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上的高度，還可能在充電端子tr和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間存在綁定電容(未示出)。綁定電容應(yīng)該優(yōu)選地盡可能最小化，盡管這不是在每個(gè)情況下完全必要的。

調(diào)諧的諧振器306a還包括包含具有相移φ的線圈lr的接收者網(wǎng)絡(luò)。線圈lr的一端耦合到充電端子tr，且線圈lr的另一端耦合到有損導(dǎo)電介質(zhì)203。接收者網(wǎng)絡(luò)可以包括將線圈lr耦合到充電端子tr的垂直供應(yīng)線導(dǎo)體。為此，線圈lr(其也可以被稱為調(diào)諧的諧振器lr-cr)包括串行調(diào)整的諧振器，因?yàn)槌潆姸俗觕r和線圈lr串行設(shè)置。可以通過(guò)改變充電端子tr的大小和/或高度、和/或調(diào)整線圈lr的大小，來(lái)調(diào)整線圈lr的相位延遲，以使得該結(jié)構(gòu)的相位φ實(shí)質(zhì)上等于波傾斜的角度ψ的角度。還可以例如通過(guò)改變導(dǎo)體的長(zhǎng)度，來(lái)調(diào)整垂直供應(yīng)線的相位延遲。

例如，由自電容cr表示的電抗被計(jì)算為1/jωcr。注意到，該結(jié)構(gòu)306a的總電容還可以包括充電端子tr和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間的電容，其中該結(jié)構(gòu)306a的總電容可以從自電容cr和任何綁定電容兩者計(jì)算，如可以理解的那樣。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電端子tr可以被升高到一高度，從而實(shí)質(zhì)上減小或者消除任何綁定電容?？梢詮某潆姸俗觮r和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間的電容測(cè)量來(lái)確定綁定電容的存在，如先前討論的。

由分立元件線圈lr表示的電感性電抗可以計(jì)算為jωl，其中l(wèi)是線圈lr的集中元件電感。如果線圈lr是分布元件，則其等效端點(diǎn)電感性電抗可以通過(guò)傳統(tǒng)方案確定。為調(diào)諧該結(jié)構(gòu)306a，人們可以做出調(diào)整以使得為了模式匹配到操作頻率的表面波導(dǎo)的目的，相位延遲等于波傾斜。在該情況下，可以認(rèn)為接收結(jié)構(gòu)與表面波導(dǎo)“模式匹配”。該結(jié)構(gòu)周圍的變壓器鏈路和/或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324可以插入在探頭和電氣負(fù)載327之間，以將功率耦合到負(fù)載。在探頭端子321和電氣負(fù)載327之間插入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324可以影響用于到電氣負(fù)載327的最大功率傳送的共軛匹配條件。

當(dāng)在操作頻率的表面電流的存在下放置時(shí)，功率將從表面引導(dǎo)波傳遞到電氣負(fù)載327。為此，電氣負(fù)載327可以通過(guò)磁耦合、電容耦合或者導(dǎo)電(直接分接)耦合的方式，耦合到該結(jié)構(gòu)306a。耦合網(wǎng)絡(luò)的元件可以是集中組件或者分布元件，如可以理解的那樣。

在圖18b所示的實(shí)施例中，采用磁耦合，其中線圈ls相對(duì)于用作變壓器初級(jí)的線圈lr位于次級(jí)。如可以理解的，線圈ls可以通過(guò)在同一鐵芯結(jié)構(gòu)周圍幾何地纏繞它并調(diào)整耦合的磁通量，來(lái)鏈路耦合到線圈lr。另外，雖然接收結(jié)構(gòu)306a包括串行調(diào)諧的諧振器，但是還可以使用適當(dāng)相位延遲的并行調(diào)諧的諧振器或者甚至分布元件諧振器。

雖然浸入電磁場(chǎng)中的接收結(jié)構(gòu)可以耦合來(lái)自場(chǎng)的能量，但是可以理解的是通過(guò)最大化耦合，極化匹配的結(jié)構(gòu)最好地工作，且應(yīng)該遵守用于到波導(dǎo)模式的探頭耦合的現(xiàn)有規(guī)則。例如，te20(橫向電氣模式)波導(dǎo)探頭對(duì)于從以te20模式激勵(lì)的傳統(tǒng)波導(dǎo)提取能量可能是最優(yōu)的。類似地，在這些情況下，可以對(duì)于耦合來(lái)自表面引導(dǎo)波的功率優(yōu)化模式匹配和相位匹配的接收結(jié)構(gòu)。由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上激勵(lì)的引導(dǎo)表面波可以考慮為開(kāi)波導(dǎo)的波導(dǎo)模式。排除波導(dǎo)損耗，可以完全恢復(fù)源能量。有用的接收結(jié)構(gòu)可以是耦合的e場(chǎng)、耦合的h場(chǎng)或者激勵(lì)的表面電流。

可以調(diào)整接收結(jié)構(gòu)以基于在接收結(jié)構(gòu)附近的有損導(dǎo)電介質(zhì)203的局部特性增大或者最大化與引導(dǎo)表面波的耦合。為實(shí)現(xiàn)此，可以調(diào)整接收結(jié)構(gòu)的相位延遲(φ)以匹配在接收結(jié)構(gòu)處的表面行波的波傾斜的角度(ψ)。如果適當(dāng)?shù)嘏渲?，則可以調(diào)諧該接收結(jié)構(gòu)以用于相對(duì)于在復(fù)數(shù)深度z＝-d/2處的完美導(dǎo)電鏡像地平面的諧振。

例如，考慮包括圖18b的調(diào)諧的諧振器306a的接收結(jié)構(gòu)，包括線圈lr和在線圈lr和充電端子tr之間連接的垂直供應(yīng)線。對(duì)于位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上定義高度的充電端子tr，線圈lr和垂直供應(yīng)線的總相移φ可以與在調(diào)諧的諧振器306a處的波傾斜的角度(ψ)匹配。從等式(22)，可以看到波傾斜漸進(jìn)地通過(guò)：

其中εr包括相對(duì)介電常數(shù)，且σ1是在接收結(jié)構(gòu)的位置處的有損導(dǎo)電介質(zhì)203的電導(dǎo)率，εo是自由空間的介電常數(shù)，且ω＝2πf，其中f是激勵(lì)的頻率。因此，可以從等式(97)確定波傾斜角度(ψ)。

調(diào)諧的諧振器306a的總相移(φ＝θc+θy)包括通過(guò)線圈lr的相位延遲(θc)和垂直供應(yīng)線的相位延遲(θy)兩者。沿著垂直供應(yīng)線的導(dǎo)體長(zhǎng)度lw的空間相位延遲可以由θy＝βwlw給出，其中βw是垂直供應(yīng)線導(dǎo)體的傳播相位常數(shù)。由于線圈(或者螺旋延遲線)的相位延遲是θc＝βplc，其中l(wèi)c是物理常數(shù)且傳播因數(shù)是：

其中vf是該結(jié)構(gòu)上的速率因數(shù)，λ0是在供應(yīng)頻率的波長(zhǎng)，且λp是從速率因數(shù)vf產(chǎn)生的傳播波長(zhǎng)?？梢哉{(diào)整一個(gè)或兩個(gè)相位延遲(θc+θy)以將相移φ與波傾斜的角度(ψ)匹配。例如，可以在圖18b的線圈lr上調(diào)整抽頭位置以調(diào)整線圈相位延遲(θc)以將總相移與波傾斜角匹配(φ＝ψ)。例如，線圈的位置可以通過(guò)抽頭連接旁路，如圖18b所示。垂直供應(yīng)線導(dǎo)體也可以經(jīng)由抽頭連接到線圈lr，可以調(diào)整其在線圈上的位置以將總相移與波傾斜角度匹配。

一旦已經(jīng)調(diào)整調(diào)諧的諧振器306a的相位延遲(φ)，就可以調(diào)整充電端子tr的阻抗以調(diào)諧為相對(duì)于在復(fù)數(shù)深度z＝-d/2處的完美導(dǎo)電鏡像地平面諧振。這可以通過(guò)調(diào)整充電端子t1的電容實(shí)現(xiàn)，而不改變線圈lr和垂直供應(yīng)線的行波相位延遲。該調(diào)整類似于相對(duì)于圖9a和圖9b描述的調(diào)整。

“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中到復(fù)數(shù)鏡像平面的阻抗由下式給定：

zin＝rin+jxin＝zotanh(jβo(d/2))，(99)

其中對(duì)于大地以上的垂直極化源，復(fù)數(shù)鏡像平面的深度可以由下式給出：

其中μ1是有損導(dǎo)電介質(zhì)203的介電常數(shù)，且ε1＝εrεo。

在調(diào)諧的諧振器306a的基底，“向上看”到接收結(jié)構(gòu)中的阻抗是z↑＝zbase，如圖9a所示。其中端子阻抗是：

其中cr是充電端子tr的自電容，“向上看”到調(diào)諧的諧振器306a的垂直供應(yīng)線導(dǎo)體中的阻抗由下式給定：

且“向上看”到調(diào)諧的諧振器306a的線圈lr中的阻抗由下式給定：

通過(guò)匹配“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的電抗分量(xin)與“向上看”到調(diào)諧的諧振器306a中的電抗分量(xbase)，可以最大化到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的耦合。

接下來(lái)參考圖18c，示出了不在接收結(jié)構(gòu)的頂部包括充電端子tr的調(diào)諧的諧振器306b的示例。在該實(shí)施例中，調(diào)諧的諧振器306b不包括在線圈lr和充電端子tr之間耦合的垂直供應(yīng)線。因此，調(diào)諧的諧振器306b的總相移(φ)僅包括通過(guò)線圈lr的相位延遲(θc)。如對(duì)于圖18b的調(diào)諧的諧振器306a那樣，可以調(diào)整線圈相位延遲θc以匹配從等式(97)確定的波傾斜的角度(ψ)，這導(dǎo)致φ＝ψ。雖然對(duì)于耦合到表面波導(dǎo)模式中的接收結(jié)構(gòu)功率提取是可能的，但是難以調(diào)整接收結(jié)構(gòu)以最大化與引導(dǎo)表面波的耦合而沒(méi)有由充電端子tr提供的可變電抗性負(fù)載。

參考圖18d，示出了示出調(diào)整接收結(jié)構(gòu)以實(shí)質(zhì)上模式匹配有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的示例的流程圖180。在181開(kāi)始，如果接收結(jié)構(gòu)包括充電端子tr(例如，圖18b的調(diào)諧的諧振器306a的充電端子)，則在184，充電端子tr位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203以上的定義高度處。因?yàn)橐呀?jīng)由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200建立了表面引導(dǎo)波，所以充電端子tr的物理高度(hp)可以低于有效高度。可以選擇物理高度以減小或者最小化充電端子tr上的綁定電荷(例如，充電端子的球面直徑的四倍)。如果接收結(jié)構(gòu)不包括充電端子tr(例如，圖18c的調(diào)諧的諧振器306b的充電端子)，則流程進(jìn)行到187。

在187，接收結(jié)構(gòu)的電相位延遲φ匹配由有損導(dǎo)電介質(zhì)203的局部特性定義的復(fù)數(shù)波傾斜角ψ?？梢哉{(diào)整螺旋線圈的相位延遲(θc)和/或垂直供應(yīng)線的相位延遲(θy)以使得φ等于波傾斜(w)的角度(ψ)?？梢詮牡仁?86)確定波傾斜的角度(ψ)。然后電相位φ可以匹配波傾斜的角度。例如，可以通過(guò)改變線圈lr的幾何參數(shù)和/或垂直供應(yīng)線導(dǎo)體的長(zhǎng)度(或者高度)來(lái)調(diào)整電相位延遲φ＝θc+θy。

接下來(lái)在190，可以調(diào)諧充電端子tr的負(fù)載阻抗以諧振調(diào)諧的諧振器306a的等效鏡像平面模式。接收結(jié)構(gòu)以下的導(dǎo)電鏡像地平面139(圖9a)的深度(d/2)可以使用等式(100)和可以本地測(cè)量的在接收結(jié)構(gòu)處的有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)的值確定。使用復(fù)數(shù)深度，在鏡像地平面139和有損導(dǎo)電介質(zhì)203的物理邊界136(圖9a)之間的相移(θd)可以使用θd＝βod/2確定。然后可以使用等式(99)確定“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的阻抗(zin)。可以考慮該諧振關(guān)系以最大化與引導(dǎo)表面波的耦合。

基于線圈lr的調(diào)整的參數(shù)和垂直供應(yīng)線導(dǎo)體的長(zhǎng)度，可以確定速率因數(shù)、相位延遲、以及線圈lr和垂直供應(yīng)線的阻抗。另外，可以例如使用等式(24)確定充電端子tr的自電容(cr)?？梢允褂玫仁?98)確定線圈lr的傳播因數(shù)(βp)，且可以使用等式(49)確定垂直供應(yīng)線的傳播相位常數(shù)(βw)。使用自電容、以及線圈lr和垂直供應(yīng)線的確定的值，可以使用等式(101)、(102)和(103)確定“向上看”到線圈lr中的調(diào)諧的諧振器306a的阻抗(zbase)。

圖9a的等效鏡像平面模型應(yīng)用于圖9b的調(diào)諧的諧振器306a。可以通過(guò)調(diào)整充電端子tr的負(fù)載阻抗zr以使得zbase的電抗分量xbase抵消zin的電抗分量xin，或者xbase+xin＝0，來(lái)調(diào)諧調(diào)諧的諧振器306a。因此，“向上看”到調(diào)諧的諧振器306a的線圈中的在物理邊界136(圖9a)處的阻抗是“向下看”到有損導(dǎo)電介質(zhì)203中的在物理邊界136處的阻抗的共軛。可以通過(guò)改變充電端子tr的電容(cr)來(lái)調(diào)整負(fù)載阻抗zr，而不改變由充電端子tr看到的電相位延遲φ＝θc+θy?？梢圆捎玫桨竵?lái)調(diào)諧負(fù)載阻抗zr，以用于等效鏡像平面模型相對(duì)于導(dǎo)電鏡像地平面139的諧振。以該方式，可以改進(jìn)和/或最大化沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，大地)的表面的電場(chǎng)到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的耦合。

參考圖19，磁線圈309包括通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333耦合到電氣負(fù)載336的接收電路。為了促進(jìn)來(lái)自引導(dǎo)表面波的電能的接收和/或提取，磁線圈309可以定位以使得引導(dǎo)表面波的磁通量通過(guò)穿過(guò)磁線圈309，由此在磁線圈309中感應(yīng)電流，并在其輸出端330產(chǎn)生端點(diǎn)電壓。耦合到單匝線圈的引導(dǎo)表面波的磁通量由下式表示：

其中是耦合的磁通量，μr是磁線圈309的鐵芯的有效相對(duì)介電常數(shù)，μo是自由空間的介電常數(shù)，是入射磁場(chǎng)強(qiáng)矢量，是與匝的橫截面正交的單位矢量，且acs是每個(gè)環(huán)路圍繞的區(qū)域。對(duì)于用于到在磁線圈309的橫截面上均勻的入射磁場(chǎng)的最大耦合而定向的n匝磁線圈309，在磁線圈309的輸出端330處出現(xiàn)的開(kāi)路感應(yīng)電壓是：

其中變量如上定義。磁線圈309可以被調(diào)諧到引導(dǎo)表面波頻率，作為分布諧振器或者外部電容器跨接其輸出端330，如可能的情況，且然后通過(guò)共軛阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333阻抗匹配到外部電氣負(fù)載336。

假定由磁線圈309和電氣負(fù)載336表示的產(chǎn)生的電路被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和經(jīng)由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333共軛阻抗匹配，則可以采用磁線圈309中感應(yīng)的電流以最優(yōu)地對(duì)電氣負(fù)載336供電。由磁線圈309表示的接收電路提供的優(yōu)點(diǎn)在于它不必須物理地連接到地。

參考圖18a、圖18b、圖18c和圖19，由線性探頭303、模式匹配結(jié)構(gòu)306和磁線圈309表示的接收電路的每個(gè)促進(jìn)接收從上面描述的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的任何一個(gè)實(shí)施例發(fā)送的電能。為此，接收的能量可以用于經(jīng)由共軛匹配網(wǎng)絡(luò)向電氣負(fù)載315/327/336供應(yīng)功率，如可以理解的。這與可以在接收者中接收的以輻射電磁場(chǎng)的形式發(fā)送的信號(hào)形成對(duì)比。這種信號(hào)具有非常低的可用功率，且這種信號(hào)的接收者不加載發(fā)射器。

使用上面描述的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200生成的當(dāng)前引導(dǎo)表面波的特性還在于由線性探頭303、模式匹配結(jié)構(gòu)306和磁線圈309表示的接收電路將加載應(yīng)用于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的激勵(lì)源212(例如，圖3、圖12和16)，由此生成這種接收電路經(jīng)歷的引導(dǎo)表面波。這反映由上面描述的給定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200生成的引導(dǎo)表面波包括傳輸線模式的事實(shí)。通過(guò)對(duì)比的方式,驅(qū)動(dòng)生成輻射電磁波的輻射天線的功率源未由接收者加載，而無(wú)論采用的接收者的數(shù)目如何。

因此，與一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200和以線性探頭303、調(diào)諧的模式匹配結(jié)構(gòu)306和/或磁線圈309的形式的一個(gè)或多個(gè)接收電路一起，可以組成無(wú)線分布系統(tǒng)。給定使用如以上提出的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的引導(dǎo)表面波的傳輸距離取決于頻率，則可能在寬區(qū)域上甚至全球地實(shí)現(xiàn)無(wú)線功率分布。

現(xiàn)在廣泛地研究的傳統(tǒng)的無(wú)線功率傳輸/分布系統(tǒng)包括來(lái)自輻射場(chǎng)的“能量收獲”以及耦合到電感或者電抗近場(chǎng)的傳感器。相反地，該無(wú)線功率系統(tǒng)不浪費(fèi)以輻射的形式的功率，輻射如果不截取則永遠(yuǎn)丟失。本公開(kāi)的無(wú)線功率系統(tǒng)也不限于傳統(tǒng)的互電抗耦合近場(chǎng)系統(tǒng)那樣的極短距離。在這里公開(kāi)的無(wú)線功率系統(tǒng)探頭耦合到新穎的表面引導(dǎo)傳輸線模式，其等效于通過(guò)波導(dǎo)傳遞功率到負(fù)載、或者傳遞功率到直接連線到遠(yuǎn)程功率發(fā)生器的負(fù)載。不考慮維持傳輸場(chǎng)強(qiáng)需要的功率加上在表面波導(dǎo)中耗散的功率(這在極低頻率相對(duì)于傳統(tǒng)的在60hz的高壓電源線的傳輸損失是無(wú)關(guān)緊要的)，所有發(fā)生器功率僅到達(dá)期望的電氣負(fù)載。當(dāng)電氣負(fù)載需要終止時(shí)，源功率生成相對(duì)空閑。

接下來(lái)參考圖20a-圖20e，示出了參考后續(xù)討論使用的各種示意性符號(hào)的示例。通過(guò)特別參考圖20a，示出了表示引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a、200b、200c、200e、200d或者200f中的任何一個(gè)；或者其任何變形的符號(hào)。在下面的圖和討論中，該符號(hào)的敘述將稱為引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p。為了在下面討論中的簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的任何參考是對(duì)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a、200b、200c、200e、200d或者200f中的任何一個(gè)或者其變形的參考。

類似地，參考圖20b，示出了表示可以包括線性探頭303(圖18a)、調(diào)諧的諧振器306(圖18b-18c)或者磁線圈309(圖19)中的任何一個(gè)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的符號(hào)。在下面的附圖和討論中，該符號(hào)的敘述將稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r。為了在下面討論中的簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r的任何參考是對(duì)線性探頭303、調(diào)諧的諧振器306或者磁線圈309中的任何一個(gè)或者其變形的參考。

進(jìn)一步，參考圖20c，示出了特別地表示線性探頭303(圖18a)的符號(hào)。在下面的附圖和討論中，該符號(hào)的敘述將稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rp。為了在下面討論中的簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rp的任何參考是對(duì)線性探頭303或者其變形的參考。

另外，參考圖20d，示出了特別地表示調(diào)諧的諧振器306(圖18b-圖18c)的符號(hào)。在下面的附圖和討論中，該符號(hào)的敘述將稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rr。為了在下面討論中的簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rr的任何參考是對(duì)調(diào)諧的諧振器306或者其變形的參考。

另外，參考圖20e，示出了特別地表示磁線圈309(圖19)的符號(hào)。在下面的附圖和討論中，該符號(hào)的敘述將稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rm。為了在下面討論中的簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rm的任何參考是對(duì)磁線圈309或者其變形的參考。

圖21描繪了根據(jù)各種實(shí)施例的由多個(gè)無(wú)線功率提供者服務(wù)的地理區(qū)域2100的一個(gè)示例，其操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1、p2和p3。每個(gè)無(wú)線功率提供者使用如前所述的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭功率傳輸系統(tǒng)向相應(yīng)的服務(wù)區(qū)域2106發(fā)射功率。例如，操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1的無(wú)線功率提供者傳輸?shù)椒?wù)區(qū)域2106a，操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p2的無(wú)線功率提供者傳輸?shù)椒?wù)區(qū)域2106b，以及操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的無(wú)線功率提供者p3發(fā)送到服務(wù)區(qū)域2106c。

服務(wù)區(qū)域2106內(nèi)的接收者能夠從如上所述的包括傳輸線路模式的傳輸引導(dǎo)表面波的各個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收功率。服務(wù)區(qū)域2106的大小可以例如由無(wú)線功率提供者的對(duì)應(yīng)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p傳輸功率的頻率的函數(shù)。較低頻率與更大的服務(wù)區(qū)域2106相關(guān)聯(lián)。盡管在圖21中示出了服務(wù)區(qū)域2106為圓形，但是應(yīng)當(dāng)理解服務(wù)區(qū)域2106的實(shí)際形狀可能受到例如地面電導(dǎo)率、地形、接收者施加的負(fù)載和其他因素的影響。

圖21中描繪的無(wú)線功率提供者可以使用頻分復(fù)用來(lái)在非重疊頻率上進(jìn)行傳輸。根據(jù)所需的距離，在各種示例中可以采用許多不同的頻率。作為非限制性示例，操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1的無(wú)線功率提供者可以使用900khz，操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p2的無(wú)線功率提供者可以使用925khz，并且操作引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p3的無(wú)線功率提供者可以使用930khz或其他頻率?？梢赃x擇這些頻率使得由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p驅(qū)動(dòng)的信號(hào)不會(huì)干擾。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線功率提供者的傳輸系統(tǒng)可以布置成類似于常規(guī)蜂窩電話系統(tǒng)的蜂巢式布置。這樣的布置可以最大化頻率的重用。在一些實(shí)施例中，單個(gè)無(wú)線功率提供者可以使用相同或共同定位的傳輸裝置在多個(gè)頻率上進(jìn)行傳輸。

然而，圖21所示的布置可能出于希望最佳地服務(wù)于地理區(qū)域2100內(nèi)的群體。較大的服務(wù)區(qū)域2106(諸如服務(wù)區(qū)域2106b)可以用于服務(wù)農(nóng)村地理位置，而較小的服務(wù)區(qū)域(諸如服務(wù)區(qū)域2106c)可用于服務(wù)于人口密度較高的地理位置。服務(wù)區(qū)域2106可以重疊以便向可以利用在多個(gè)頻率上傳輸?shù)墓β实慕邮照咛峁┰黾拥呢?fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，接收者可以被配置為至少部分地基于接收者處的電負(fù)載的大小從多個(gè)無(wú)線功率提供者獲取功率。此外，無(wú)線功率提供者可以對(duì)應(yīng)于以不同成本提供電力的競(jìng)爭(zhēng)提供者。頻率敏捷接收者可以被配置為使用來(lái)自最低成本的無(wú)線功率提供者的電力，其中多個(gè)無(wú)線功率提供者是可用的。

例如，位置2109a處的接收者可以從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1、p2或p3的任何組合中獲取功率。然而，位置2109b處的接收者可以從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1或p2的任何組合中獲取功率。位置2109b不在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p3的服務(wù)區(qū)域2106c內(nèi)。

無(wú)線功率提供者提供電力的能力可以基于總體負(fù)載而變化。假設(shè)下午2點(diǎn)到7點(diǎn)對(duì)應(yīng)于無(wú)線功率提供者的峰值功率周期，因?yàn)橄挛绲目照{(diào)和其他設(shè)備可能產(chǎn)生峰值需求。無(wú)線功率提供者可以在線提供額外的峰值發(fā)電量以滿足需求。這種高峰發(fā)電量可能是更高的成本，例如燃油發(fā)電機(jī)或天然氣渦輪機(jī)而不是水力發(fā)電。因此，無(wú)線功率提供者在消費(fèi)者身上傳遞的電力成本可能在高峰期間增加。在某些情況下，總負(fù)載會(huì)使無(wú)線功率提供者可靠地提供功率的能力飽和，無(wú)線功率提供者可能會(huì)限制或拒絕接入電力。

鑒于潛在的拒絕服務(wù)和/或更高的成本，多個(gè)無(wú)線功率提供者的服務(wù)區(qū)域2106內(nèi)的接收者可能尋求可能具有較低成本和/或更好的可用性的替代能量來(lái)源。在位置2109a和2109b中，切換到替代無(wú)線功率提供者可以像切換接收者調(diào)諧到的頻率一樣簡(jiǎn)單。

另外，應(yīng)注意的是，圖21的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p21可以包括移動(dòng)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以及靜態(tài)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p。移動(dòng)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p可以在給定區(qū)域中被移動(dòng)并在線，以在必要時(shí)滿足增加的需求。例如，由于運(yùn)動(dòng)賽事、大型聚會(huì)等的預(yù)期增加的需求，移動(dòng)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p可以在給定的區(qū)域中在線。

如將要描述的，本公開(kāi)的各個(gè)方面包括從位置處的無(wú)線功率提供者發(fā)現(xiàn)不同信號(hào)的可用性；從給定的無(wú)線功率提供者接收成本和/或可用性數(shù)據(jù)；在頻率敏捷接收者中選擇一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者；每個(gè)無(wú)線電源的計(jì)量功率使用情況；向無(wú)線功率提供者報(bào)告電力使用情況；以及至少部分地基于所報(bào)告的使用來(lái)調(diào)整所述無(wú)線功率提供者處的功率的產(chǎn)生。

參考圖32-27討論多頻功率接收者的各種實(shí)施例。

參考圖38-40討論頻率敏捷功率接收者的各種實(shí)施例。

移動(dòng)到圖22，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)2400a的一個(gè)示例。接收者系統(tǒng)2400a可以包括引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2404電負(fù)載2406功率計(jì)2409和/或其他部件。引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r包括能夠經(jīng)由引導(dǎo)表面波接收功率的多頻和/或頻率敏捷結(jié)構(gòu)。接收者系統(tǒng)2400a可以能夠同時(shí)經(jīng)由多個(gè)頻率接收電力。接收者系統(tǒng)2400a可以能夠經(jīng)由阻抗匹配電路2404從一個(gè)頻率切換到另一個(gè)頻率。

引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r經(jīng)由阻抗匹配電路2404向電負(fù)載2406提供功率，電負(fù)載2406可對(duì)應(yīng)于任何類型的負(fù)載。在各種實(shí)施例中，通過(guò)直流(dc)或交流電(ac)提供功率。也就是說(shuō)，負(fù)載可以包括將電力從其發(fā)送的頻率轉(zhuǎn)換成dc功率的能力。此外，可以采用ac到ac轉(zhuǎn)換，將來(lái)自發(fā)送頻率的功率轉(zhuǎn)換成用于負(fù)載的期望頻率。如果需要交流電，則可以以60hz、50hz或另一個(gè)頻率提供功率，其不需要與承載功率的引導(dǎo)表面波的頻率相同。耦合到功率計(jì)2409的傳感器2412可以位于引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r和電負(fù)載2406之間的電源線上。傳感器2412檢測(cè)電負(fù)載2406的功率使用。在這方面，傳感器2412可以檢測(cè)通過(guò)電源線所使用的功率、電流和/或電壓。

功率計(jì)2409可以包括提供者控制電路2415、使用報(bào)告電路2418和/或其他組件。提供者控制電路2415可以經(jīng)由頻率控制線路2419來(lái)控制阻抗匹配電路，以便選擇一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者。在這方面，提供者控制電路2415可以指定要導(dǎo)引表面波接收結(jié)構(gòu)r接收的一個(gè)或多個(gè)功率頻率以接收功率。頻率控制線2419可以引起可變電容器的調(diào)整、可變電感器的調(diào)整和/或其他類似的動(dòng)作，使得阻抗匹配電路2040被調(diào)諧到特定的頻率。

提供者控制電路2415可以至少部分地基于各種因素的任何因素選擇功率提供者。接收者系統(tǒng)2400a的當(dāng)前位置可以確定哪些無(wú)線功率提供者是可用的。為此，提供者控制電路2415可以使用位置信息(例如，通過(guò)全球定位系統(tǒng)(gps)或手動(dòng)輸入的地址獲得)來(lái)查找給定位置處的可用無(wú)線功率提供者。無(wú)線功率提供者服務(wù)某個(gè)位置的能力可能會(huì)隨時(shí)間而變化。例如，功率提供者a和功率提供者b可以在給定時(shí)間t服務(wù)于位置q。

與一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前成本信息可以至少部分地基于最小化成本來(lái)通知選擇。例如，在非高峰期間，功率提供者a可以每千瓦時(shí)收費(fèi)0.10美元，而功率提供者b可以每千瓦時(shí)收取0.04美元。在高峰期，功率提供者a可以每千瓦時(shí)費(fèi)用0.10美元(與非峰值不變)，而功率提供者b可能每千瓦時(shí)可能收取0.20美元(比非高峰大幅增加)。在一些實(shí)施例中，可以至少部分地基于接收者位置來(lái)評(píng)估成本。例如，更靠近發(fā)射探頭的接收者可以被給予較低的價(jià)格，而遠(yuǎn)離發(fā)射探頭的接收者可以被給予更高的價(jià)格。

電負(fù)載2406的當(dāng)前功率使用也可以通知提供者的選擇。如果電負(fù)載2406使用相對(duì)較小的功率，則功率成本可能是比功率質(zhì)量的更小因素。相比之下，如果電負(fù)載2406正在使用大量功率，則功率成本可能是重要的因素。

電負(fù)載2406的服務(wù)級(jí)別要求也可以考慮提供者選擇。不同的功率提供者可能與不同級(jí)別的功率質(zhì)量和/或可用性相關(guān)聯(lián)。質(zhì)量問(wèn)題可能由于接收者的位置、功率提供者的負(fù)載和/或其他因素而出現(xiàn)。關(guān)于可用性，例如，使用太陽(yáng)能電池陣列的功率提供者可能在晚上不能傳輸功率。在某些情況下，無(wú)線功率提供者可能會(huì)從系統(tǒng)中丟棄不太重要的接收者，以保持系統(tǒng)質(zhì)量和/或可用性。此外，在某些情況下，無(wú)線功率提供者可能會(huì)操作封閉系統(tǒng)，其中只允許某些批準(zhǔn)的客戶使用接收者。

如果電負(fù)載2406的功率損失將導(dǎo)致潛在的壽命損失或損傷，則功率質(zhì)量而不是成本可能是主要因素。然而，一些功率使用可能會(huì)重新安排到具有更低功率成本的其他時(shí)間。在一些情況下，接收者系統(tǒng)2400a可能能夠在無(wú)線傳輸?shù)墓β屎陀蓚鹘y(tǒng)的基于有線電網(wǎng)傳輸?shù)墓β手g進(jìn)行切換。

使用報(bào)告電路2418用于將功率使用傳輸回?zé)o線功率提供者。在一些實(shí)施例中，使用報(bào)告電路2418可以將功率使用歷史存儲(chǔ)在功率計(jì)2409的本地存儲(chǔ)器中。使用報(bào)告電路2418可以響應(yīng)于預(yù)定事件以周期性的間隔實(shí)時(shí)地和/或在其他時(shí)間發(fā)送功率使用。使用報(bào)告電路2418可以被配置為根據(jù)將要描述的各種方法來(lái)報(bào)告使用數(shù)據(jù)。另外，接收者系統(tǒng)2400a報(bào)告的使用數(shù)據(jù)可以由無(wú)線功率提供者采用來(lái)調(diào)整發(fā)電和/或傳輸參數(shù)。

在一些實(shí)施例中，電負(fù)載2406可以包括潛在許多用途的總負(fù)載。例如，電負(fù)載2406可以對(duì)應(yīng)于電力公司的客戶通過(guò)常規(guī)有線電網(wǎng)施加的負(fù)載。在這種情況下，接收者系統(tǒng)2400可以由功率提供者操作，以從最低成本的提供者獲得批發(fā)功率。

參考圖23，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境2500。聯(lián)網(wǎng)環(huán)境100包括經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)2506彼此進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的多個(gè)功率提供者系統(tǒng)2503a...2503n和多個(gè)功率計(jì)2409a...2409n。網(wǎng)絡(luò)2506包括例如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、外部網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)(wan)、局域網(wǎng)(lan)、有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)或其他合適的網(wǎng)絡(luò)等，或兩個(gè)或更多個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)的任何組合。

每個(gè)功率提供者系統(tǒng)2503可以包括例如服務(wù)器計(jì)算機(jī)或提供計(jì)算能力的任何其他系統(tǒng)?；蛘?，功率提供者系統(tǒng)2503可以使用可以被布置在例如一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器庫(kù)或計(jì)算機(jī)庫(kù)或其他布置中的多個(gè)計(jì)算設(shè)備。這樣的計(jì)算設(shè)備可以位于單個(gè)安裝中，或者可以分布在許多不同的地理位置中。例如，功率提供者系統(tǒng)2503可以包括多個(gè)計(jì)算設(shè)備，其一起可以包括主機(jī)計(jì)算資源、網(wǎng)格計(jì)算資源和/或任何其他分布式計(jì)算設(shè)備。在一些情況下，功率提供者系統(tǒng)2503可以對(duì)應(yīng)于彈性計(jì)算資源，其中處理、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)或其他計(jì)算相關(guān)資源的分配容量可以隨時(shí)間變化。

接下來(lái)，提供關(guān)于聯(lián)網(wǎng)環(huán)境2500的各種組件的操作的一般描述。功率提供者系統(tǒng)2503被配置為經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)2506將成本數(shù)據(jù)2509和可用性數(shù)據(jù)2512傳輸?shù)焦β视?jì)2409。成本數(shù)據(jù)2509可以指示適用于特定無(wú)線功率提供者的費(fèi)率調(diào)度。成本數(shù)據(jù)2509可以包括當(dāng)前費(fèi)率、先前費(fèi)率和未來(lái)費(fèi)率。費(fèi)率可以分層，使得第一級(jí)別的使用被評(píng)估為一個(gè)費(fèi)率，并且第二級(jí)別的使用被評(píng)估為不同的費(fèi)率。成本數(shù)據(jù)2509可以是特定的給定客戶或使用類型，或者可以包括通常適用的費(fèi)率。成本數(shù)據(jù)2509可以包括位置特定的費(fèi)率。例如，由于特許經(jīng)營(yíng)費(fèi)，稅費(fèi)和/或其他費(fèi)用，城市或其他管轄區(qū)的稅率可能會(huì)更高。

可用性數(shù)據(jù)2512可以指示一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者是否具有可用的功率容量，并且如果是，則在什么頻率上。可用性數(shù)據(jù)2512可以指示用于發(fā)射探頭的參考位置，并且潛在地指示指示各種距離處的信號(hào)質(zhì)量和/或功率傳輸容量的一個(gè)或多個(gè)度量。例如，可用性數(shù)據(jù)2512可以指示無(wú)線功率提供者在給定參考位置處具有在100khz可用的2.5mw的功率容量?？捎眯詳?shù)據(jù)2512可以指示被允許從給定無(wú)線功率提供者消耗功率的特定客戶和/或客戶類別。

功率計(jì)2409被配置為將功率使用數(shù)據(jù)2515發(fā)送到相應(yīng)的功率提供者系統(tǒng)2503。在各種實(shí)施例中，使用數(shù)據(jù)2515可以包括當(dāng)前消耗的功率，一段時(shí)間內(nèi)消耗的功率、唯一的客戶標(biāo)識(shí)、相應(yīng)的接收者系統(tǒng)2400a(圖22)的標(biāo)識(shí)、對(duì)應(yīng)的接收者系統(tǒng)2400a的位置的標(biāo)識(shí)、消耗功率的頻率或多個(gè)頻率的標(biāo)識(shí)、消耗功率的特定發(fā)射站的標(biāo)識(shí)、電負(fù)載2406的類型和/或其他信息。

在一些情況下，功率計(jì)2409可以與功率提供者系統(tǒng)2503通信，以便保留功率容量和/或接收功率的獲得許可。一些實(shí)施例可以依賴于接收者系統(tǒng)2400a被具體配置為不獲得功率，除非被授權(quán)。在其他實(shí)施例中，可以使用加擾和/或加密的形式。例如，無(wú)線功率提供者可以被配置為隨機(jī)地切換頻率和/或啟用或禁用功率傳輸。為了成功接收功率或至少不間斷地接收功率，可能需要理解驅(qū)動(dòng)頻移的模式。因此，可以向授權(quán)的接收者系統(tǒng)2400a提供編碼該模式的密鑰。密鑰可以通過(guò)加密通信來(lái)提供。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖24，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)2400b的一個(gè)示例。與接收者系統(tǒng)2400a(圖22)相反，接收者系統(tǒng)2400b包括作為電負(fù)載2406的一部分的負(fù)載調(diào)制器2530。負(fù)載調(diào)制器2530可以與電負(fù)載2406并聯(lián)或串聯(lián)。負(fù)載調(diào)制器2530被配置為調(diào)制電負(fù)載2406的振幅以將信息傳送到正在從其抽取功率的無(wú)線功率提供者。

在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線功率提供者能夠檢測(cè)由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p看到的總電負(fù)載。使用該特征，可以調(diào)制總電負(fù)載以傳送諸如由功率計(jì)2409報(bào)告的功率使用數(shù)據(jù)2515的信息。負(fù)載的調(diào)制將被配置為不干擾或中斷被提供給電負(fù)載2406的功率。此外，調(diào)制的性質(zhì)可以被選擇為不同于電負(fù)載2406消耗的功率的自然波動(dòng)。此外，負(fù)載調(diào)制器2530可以被配置為避免與其他接收者系統(tǒng)2400b的負(fù)載調(diào)制器2530的沖突。可以使用類似于載波偵聽(tīng)、沖突檢測(cè)、沖突避免等的方法。也可以應(yīng)用頻分復(fù)用技術(shù)和/或時(shí)分復(fù)用技術(shù)，以使得能夠?yàn)榻o定的無(wú)線功率提供者共存多個(gè)負(fù)載調(diào)制器2530。

現(xiàn)在繼續(xù)參考圖25，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)2400c的一個(gè)示例。與接收者系統(tǒng)2400b(圖24)相反，接收者系統(tǒng)2400c可以被配置為從無(wú)線功率提供者接收在帶內(nèi)數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，能夠接收嵌入傳送功率的引導(dǎo)表面波中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)解調(diào)器2533可以從阻抗匹配電路2404的接收信號(hào)或者從引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r本身截取接收信號(hào)。例如，引導(dǎo)表面波可以在頻率、相位和/或幅度上變化以傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)解調(diào)器2533可以解調(diào)這些數(shù)據(jù)傳輸，以將提供者數(shù)據(jù)2536提供給功率計(jì)2409，并且具體地，提供給提供者控制電路2415。提供者數(shù)據(jù)2536可以包括成本數(shù)據(jù)2509(圖23)、可用性或容量數(shù)據(jù)2512(圖23)和/或其他數(shù)據(jù)。

通過(guò)增加負(fù)載調(diào)制器2530和數(shù)據(jù)解調(diào)器2533，可以促進(jìn)無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)帶內(nèi)的前向和返回路徑通信。因此，結(jié)合聯(lián)網(wǎng)環(huán)境2500(圖23)描述的操作可以在帶內(nèi)而不用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)2506(圖23)進(jìn)行。然而，應(yīng)當(dāng)理解，各種實(shí)施例可以對(duì)成本數(shù)據(jù)2509、可用性數(shù)據(jù)2512和/或功率使用數(shù)據(jù)2515采用帶內(nèi)和帶外通信的混合。

參考圖41-45討論關(guān)于使用負(fù)載調(diào)制器2530的實(shí)施例的附加細(xì)節(jié)。

移動(dòng)到圖26，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的無(wú)線功率提供者2700。無(wú)線功率提供者2700可以包括例如功率提供者系統(tǒng)2503、發(fā)電機(jī)控制2703和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p。功率提供者系統(tǒng)2503可以可操作以從功率計(jì)2409接收功率使用數(shù)據(jù)2515(圖23)。功率提供者系統(tǒng)2503可以處理功率使用數(shù)據(jù)2515以確定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的總體負(fù)載。

使用總體負(fù)載信息，功率提供者系統(tǒng)2503可以命令發(fā)電機(jī)控制2703通過(guò)與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)與發(fā)電相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)。例如，發(fā)電機(jī)控制2703可能帶來(lái)提供額外的發(fā)電能力以滿足需求和/或可以操作發(fā)電機(jī)以滿足增加的負(fù)載。相反，如果總負(fù)載已經(jīng)下降，則發(fā)電機(jī)控制2703可以移除或禁用發(fā)電能力，和/或可以操作發(fā)電機(jī)以滿足減小的負(fù)載。在各種實(shí)施例中，可以響應(yīng)于功率使用數(shù)據(jù)2515來(lái)調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的各種參數(shù)，以便以有效的方式滿足當(dāng)前負(fù)載。最后，發(fā)電機(jī)或其他電源被驅(qū)動(dòng)以在給定任何特定時(shí)間的負(fù)載性質(zhì)的情況下，在相應(yīng)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的充電端子上保持恒定的電壓或電荷。

接下來(lái)參考圖27，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的功率提供者系統(tǒng)2503的一部分的操作的一個(gè)示例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖27的流程圖僅提供可以用于實(shí)現(xiàn)如本文所述的功率提供者系統(tǒng)2503的部分的操作的許多不同類型的功能布置的示例。作為替代，圖27的流程圖可以被視為描繪根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的在功率提供者系統(tǒng)2503中實(shí)現(xiàn)的方法的元素的示例。

從框3003開(kāi)始，功率提供者系統(tǒng)2503可以接收來(lái)自接收者系統(tǒng)2400(圖22)的對(duì)于功率容量的請(qǐng)求。在框3006中，功率提供者系統(tǒng)2503可以確定接收者系統(tǒng)2400的位置。在某些情況下，該請(qǐng)求和/或后續(xù)通信可以指定接收者系統(tǒng)2400的位置，例如在gps坐標(biāo)中?；蛘撸邮照呦到y(tǒng)2400可以與固定位置相關(guān)聯(lián)，并且功率提供者系統(tǒng)2503可以查找數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的固定位置。

在框3009中，功率提供者系統(tǒng)2503可以確定與接收者系統(tǒng)2400相關(guān)聯(lián)的電負(fù)載2406(圖22)。電負(fù)載2406可以是固定的，并且存儲(chǔ)在與接收者系統(tǒng)2400的標(biāo)識(shí)相關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中?；蛘?，電負(fù)載2406可以由來(lái)自接收者系統(tǒng)2400的請(qǐng)求和/或后續(xù)通信來(lái)指定。

在框3012中，功率提供者系統(tǒng)2503可以確定接收者系統(tǒng)2400對(duì)一個(gè)或多個(gè)功率頻率的分配。功率提供者系統(tǒng)2503可以基于客戶位置、客戶類型等來(lái)確定可以為客戶服務(wù)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭系統(tǒng)。此外，功率提供者系統(tǒng)2503可以確定這種系統(tǒng)的當(dāng)前可用容量。在框3015中，功率提供者系統(tǒng)2503可以向接收者系統(tǒng)2400通知所提出的分配，包括成本、可用性和/或其他參數(shù)。

在框3018中，功率提供者系統(tǒng)2503可以從接收者系統(tǒng)2400獲得它希望進(jìn)行功率連接的確認(rèn)。在框3021中，供電系統(tǒng)2503可以確定是否需要調(diào)整發(fā)電容量以適應(yīng)接收者系統(tǒng)2400。如果是，則功率提供者系統(tǒng)2503移動(dòng)到框3024，并且可以調(diào)整發(fā)電容量以適應(yīng)與接收者系統(tǒng)2400相關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的電負(fù)載2406。功率提供者系統(tǒng)2503繼續(xù)到框3027。如果不需要調(diào)整發(fā)電容量，則功率提供者系統(tǒng)2503從框3021移動(dòng)到框3027。

在框3027中，功率提供者系統(tǒng)2503可以通知接收者系統(tǒng)2400功率容量可用并準(zhǔn)備好。在這種通知中，功率提供者系統(tǒng)2503可以發(fā)送接收功率所需的信息，包括頻率變化模式(例如，跳頻)和/或其他數(shù)據(jù)，以克服電力盜竊威懾措施。在框3030中，當(dāng)接收者系統(tǒng)2400創(chuàng)建負(fù)載時(shí)，功率提供者系統(tǒng)2503發(fā)起到接收者系統(tǒng)2400的無(wú)線功率傳輸。此后，功率提供者系統(tǒng)2503的部分的操作結(jié)束。

盡管圖27的流程圖描述了為了發(fā)起無(wú)線功率傳輸?shù)奈帐滞ㄐ胚^(guò)程的一個(gè)示例，應(yīng)當(dāng)理解，這種過(guò)程的各種任務(wù)可以是可選的。例如，接收者系統(tǒng)2400可以能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功率頻率，并且接收者系統(tǒng)2400可以被配置為報(bào)告“榮譽(yù)”系統(tǒng)上的功率使用。換句話說(shuō)，在一些實(shí)施例中，功率提供者系統(tǒng)2503的事先批準(zhǔn)可能不被采用。接收者系統(tǒng)2400可以使用各種技術(shù)來(lái)硬化以確保它們不被篡改，使得它們將功率使用適當(dāng)?shù)貓?bào)告給相應(yīng)的功率提供者系統(tǒng)2503。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖28，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的提供功率提供者系統(tǒng)2503的另一部分的操作的一個(gè)示例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖28的流程圖僅提供可用于實(shí)現(xiàn)如本文所述的功率提供者系統(tǒng)2503的部分的操作的許多不同類型的功能布置的示例。作為替代，圖28的流程圖可以被視為描繪根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的在功率提供者系統(tǒng)2503中實(shí)現(xiàn)的方法的元素的示例。

從框3103開(kāi)始，功率提供者系統(tǒng)2503可以從多個(gè)接收者系統(tǒng)2400(圖22)接收多個(gè)功率使用數(shù)據(jù)2515(圖23)的報(bào)告。根據(jù)這些報(bào)告，功率提供者系統(tǒng)2503可以在框3106確定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭上的總體負(fù)載。在一些實(shí)施例中，功率提供者系統(tǒng)2503可以能夠通過(guò)測(cè)量在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的地樁處的電流、通過(guò)確定從諸如發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)能場(chǎng)等的電源提供給引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的電流和電壓、或者通過(guò)相對(duì)于各個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的部件獲得其它讀數(shù)來(lái)確定總體負(fù)載。

在框3109中，功率提供者系統(tǒng)2503可以至少部分地基于系統(tǒng)的總體負(fù)載和/或其他操作參數(shù)(例如給定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的上層端子上的電壓或電荷)來(lái)確定是否增加功率容量。如果要增加容量，則功率提供者系統(tǒng)2503移動(dòng)到框3112，并且可以調(diào)整發(fā)電機(jī)或其他電源的操作參數(shù)以增加功率容量。也就是說(shuō)，功率提供者系統(tǒng)2503可以與發(fā)電機(jī)控制2703(圖26)進(jìn)行通信，以在線更多的發(fā)電容量。功率提供者系統(tǒng)2503進(jìn)行到框3115。

代替地，如果功率提供者系統(tǒng)2503在框3109中確定不增加功率容量，則功率提供者系統(tǒng)2503從框3109轉(zhuǎn)換到框3118。在框3118中，功率提供者系統(tǒng)2503可以至少部分地基于總體負(fù)載確定是否減少功率容量。如果要降低容量，則功率提供者系統(tǒng)2503移動(dòng)到框3121，并且可以調(diào)整發(fā)電機(jī)或其他電源的操作參數(shù)以降低功率容量。這可以通過(guò)與發(fā)電機(jī)控制2703通信以使發(fā)電量脫機(jī)來(lái)進(jìn)行。功率提供者系統(tǒng)2503進(jìn)行到框3115。

在框3115中，功率提供者系統(tǒng)2503確定是否將一個(gè)或多個(gè)接收者系統(tǒng)2400傳送到其他引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭。例如，施加在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭上的負(fù)載可以最大化，并且一個(gè)或多個(gè)接收者系統(tǒng)2400可能需要被轉(zhuǎn)移到在其它頻率上操作的系統(tǒng)以防止過(guò)載。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移的接收者系統(tǒng)2400可以繼續(xù)在現(xiàn)有頻率上操作，但是也可以在轉(zhuǎn)移的頻率進(jìn)行操作，以獲得至少一些功率。在一種情況下，總負(fù)載可能已經(jīng)下降到使得當(dāng)前頻率處的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭被關(guān)閉的程度，并且現(xiàn)有的接收者系統(tǒng)2400將被轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率。

如果要轉(zhuǎn)移一個(gè)或多個(gè)接收者系統(tǒng)2400，則功率提供者系統(tǒng)2503可以在框3124中生成新的接收者分配。然后，功率提供者系統(tǒng)2503可以在框3127中向受影響的接收者系統(tǒng)2400發(fā)送通知。此后，功率提供者系統(tǒng)2503的部分的操作結(jié)束。

接下來(lái)參考圖29，其示出了提供根據(jù)各種實(shí)施例的接收者系統(tǒng)2400(圖22)的一部分的操作的一個(gè)示例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖29的流程圖僅僅提供可用于實(shí)現(xiàn)本文所述的接收者系統(tǒng)2400的部分的操作的許多不同類型的功能布置的示例。作為替代，圖29的流程圖可以被視為描繪根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的在接收者系統(tǒng)2400中實(shí)現(xiàn)的方法的元素的示例。

從框3203開(kāi)始，接收者系統(tǒng)2400可以發(fā)現(xiàn)可用的無(wú)線功率提供者。該發(fā)現(xiàn)可以涉及頻率傳輸頻譜的掃描、經(jīng)由因特網(wǎng)與一個(gè)或多個(gè)功率提供者系統(tǒng)2503(圖23)的通信或另一種方法。該發(fā)現(xiàn)可能涉及獲得有關(guān)成本、可用性和/或其他因素的信息。在框3206中，接收者系統(tǒng)2400可以確定預(yù)測(cè)的電負(fù)載2406(圖22)。在方框3209中，接收者系統(tǒng)2400可以選擇一個(gè)或多個(gè)從其獲得功率的無(wú)線功率提供者。推動(dòng)選擇的因素可以包括例如成本、可用性、可靠性等等。

在框3212中，接收者系統(tǒng)2400可以從所選擇的無(wú)線功率提供者請(qǐng)求功率。在框3215中，接收者系統(tǒng)2400可以開(kāi)始從所選擇的無(wú)線功率提供者接收功率。在框3218中，接收者系統(tǒng)2400可以確定電負(fù)載2406的當(dāng)前功率使用。在框3221中，接收者系統(tǒng)2400可以向相應(yīng)的無(wú)線功率提供者報(bào)告功率使用。

在框3224中，接收者系統(tǒng)2400可以從一個(gè)或多個(gè)無(wú)線功率提供者接收功率提供者數(shù)據(jù)。該功率提供者數(shù)據(jù)可以包括更新的可用性、成本、頻率和/或其他信息。在框3227中，接收者系統(tǒng)2400確定是否調(diào)整其操作。如果不是，則接收者系統(tǒng)2400返回到框3215并且繼續(xù)從無(wú)線功率提供者接收功率。

如果要調(diào)整操作，則接收者系統(tǒng)2400轉(zhuǎn)到框3230并調(diào)整所選擇的無(wú)線功率提供者和/或其他操作參數(shù)。例如，接收者系統(tǒng)2400可以切換到較低成本的提供者，或者接收者系統(tǒng)2400可以添加另一個(gè)提供者來(lái)處理增加的電負(fù)載2406。此后，接收者系統(tǒng)2400返回到框3215，并使用調(diào)整的參數(shù)繼續(xù)接收功率。

參考圖30，示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的功率提供者系統(tǒng)2503的示意性框圖。功率提供者系統(tǒng)2503可以包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備4000。每個(gè)計(jì)算設(shè)備4000包括至少一個(gè)處理器電路，例如具有處理器4003和存儲(chǔ)器4006，兩者都耦合到本地接口4009。對(duì)此，每個(gè)計(jì)算設(shè)備4000可以包括例如至少一個(gè)服務(wù)器計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備。本地接口4009可以包括例如具有伴隨的地址/控制總線或其他總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線，如可以理解的那樣。

存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006中的是數(shù)據(jù)和可由處理器4003執(zhí)行的幾個(gè)組件。特別地，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006中并且由處理器4003可執(zhí)行的是功率提供者邏輯4012和潛在的其他應(yīng)用。也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006中的數(shù)據(jù)可以是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4015和其他數(shù)據(jù)。此外，操作系統(tǒng)可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006中并且可由處理器4003執(zhí)行。

參考圖31，示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的功率計(jì)2409的示意性框圖。功率計(jì)2409可以包括例如具有處理器4103和存儲(chǔ)器4106的至少一個(gè)處理器電路，二者都耦合到本地接口4109。為此，功率計(jì)2409可以包括例如至少一個(gè)計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備。本地接口4109可以包括例如具有伴隨的地址/控制總線或其他總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線，如可以理解的那樣。

存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4106中的是數(shù)據(jù)和可由處理器4103執(zhí)行的幾個(gè)組件。特別地，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4106中并且由處理器4103可執(zhí)行的是提供者控制邏輯4118，其將處理器4103轉(zhuǎn)換為提供者控制電路2415(圖22)，將處理器4103轉(zhuǎn)換成使用報(bào)告電路2418(圖22)的使用情況報(bào)告邏輯4121以及潛在的其他應(yīng)用。也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4106中的數(shù)據(jù)可以是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4115和其他數(shù)據(jù)。此外，操作系統(tǒng)可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4106中并且可由處理器4103執(zhí)行。

參考圖30和31，應(yīng)當(dāng)理解，可以存儲(chǔ)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006、4106中的其他應(yīng)用，并且可以由處理器4003、4103執(zhí)行，如可以理解的那樣。如果本文中討論的任何組件以軟件的形式實(shí)現(xiàn)，則可以采用多種編程語(yǔ)言中的任何一種，例如c、c++、c#、objectivec、java、javascript、perl、php、visualruby、或其他編程語(yǔ)言。

多個(gè)軟件組件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006、4106中，并且可由處理器4003、4103執(zhí)行。在這方面，術(shù)語(yǔ)“可執(zhí)行”是指最終可以由處理器4003、4103可執(zhí)行形式的程序文件、可執(zhí)行程序的的示例可以是例如可以被轉(zhuǎn)換成可以被加載到存儲(chǔ)器4006、4106的隨機(jī)存取部分并由處理器4003運(yùn)行的格式的機(jī)器代碼的編譯程序、可以以適當(dāng)格式表示的源代碼(例如能夠被加載到存儲(chǔ)器4006、4166的隨機(jī)存取部分中并由處理器4003、4103執(zhí)行的目標(biāo)代碼)、或源代碼，該源代碼由另一可執(zhí)行程序編譯以生成由處理器4003、4103執(zhí)行存儲(chǔ)器4006、4106的隨機(jī)存取部分中的指令。可執(zhí)行程序可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4006、4106的任何部分或組件中，包括例如、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)卡、諸如致密盤(cd)或數(shù)字通用盤(dvd)的光盤、軟盤、磁帶或其他存儲(chǔ)器組件。

存儲(chǔ)器4006、4106在本文中被定義為包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件。易失性組件是在掉電時(shí)不保留數(shù)據(jù)值的組件。非易失性組件是在掉電時(shí)保留數(shù)據(jù)的組件。因此，存儲(chǔ)器4006、4106可以包括例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器、經(jīng)由存儲(chǔ)卡讀卡器訪問(wèn)的存儲(chǔ)卡、通過(guò)相關(guān)的軟盤驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)的軟盤、經(jīng)由光盤驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)的光盤、通過(guò)適當(dāng)?shù)拇艓?qū)動(dòng)器訪問(wèn)的磁帶和/或其他存儲(chǔ)器組件，或這些存儲(chǔ)器組件中的任何兩個(gè)或更多個(gè)的組合。此外，ram可以包括例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)和其它這樣的設(shè)備。rom可以包括例如可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom)或其它類似的存儲(chǔ)器件。

此外，處理器4003、4103可以表示多個(gè)處理器4003、4103和/或多個(gè)處理器核心，并且存儲(chǔ)器4006、4106可以分別表示在并行處理電路中操作的多個(gè)存儲(chǔ)器4006、4106。在這種情況下，本地接口4009、4109可以是適合的網(wǎng)絡(luò)，其有助于在多個(gè)處理器4003、4103的任何兩個(gè)之間、任何處理器4003、4103之間、任何存儲(chǔ)器4006、4106之間或任何兩個(gè)存儲(chǔ)器4006、4106之間的通信等。本地接口4009、4109可以包括設(shè)計(jì)為協(xié)調(diào)該通信(包括例如執(zhí)行負(fù)載平衡)的附加系統(tǒng)。處理器4003、4103可以是電氣的或者其他一些可用的結(jié)構(gòu)。

盡管功率提供者邏輯4012、提供者控制邏輯4118、使用報(bào)告邏輯4121以及本文所描述的其他各種系統(tǒng)可以體現(xiàn)在如上所述由通用硬件執(zhí)行的軟件或代碼中，但作為替代，也可以體現(xiàn)在專用硬件或軟件/通用硬件和專用硬件的組合中。如果體現(xiàn)在專用硬件中，則每個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為采用多種技術(shù)中的任何一種或組合的電路或狀態(tài)機(jī)。這些技術(shù)可以包括但不限于具有用于在應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有適當(dāng)?shù)倪壿嬮T的專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其他組件等。這些技術(shù)通常是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此在此不再詳細(xì)描述。

圖27、圖28和圖29的流程圖示出了功率提供者系統(tǒng)2503和接收者系統(tǒng)2400的部分的實(shí)現(xiàn)的功能和操作。如果以軟件體現(xiàn)，則每個(gè)塊可以表示包括用于實(shí)現(xiàn)指定邏輯功能的程序指令的模塊、段或代碼部分。程序指令可以以源代碼的形式實(shí)現(xiàn)，該源代碼包括以編程語(yǔ)言或機(jī)器代碼編寫的人類可讀語(yǔ)句，該代碼包括可由諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器4003、4103的合適執(zhí)行系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)字指令。機(jī)器碼可以從源代碼等轉(zhuǎn)換。如果在硬件中體現(xiàn)，則每個(gè)塊可以表示電路或多個(gè)互連電路以實(shí)現(xiàn)指定的邏輯功能。

盡管圖27、圖28和圖29的流程圖示出了執(zhí)行的具體順序，應(yīng)當(dāng)理解，執(zhí)行順序可能與所描繪的順序不同。例如，可以相對(duì)于所示的順序擾亂兩個(gè)或更多個(gè)塊的執(zhí)行順序。此外，圖27、圖28和圖29中連續(xù)示出的兩個(gè)或更多塊可以同時(shí)執(zhí)行或部分同時(shí)執(zhí)行。此外，在一些實(shí)施例中，圖27、圖28和圖29所示的一個(gè)或多個(gè)塊可以被跳過(guò)或省略。此外，為了增強(qiáng)實(shí)用性、會(huì)計(jì)、性能測(cè)量或提供故障排除輔助等目的，可以將任何數(shù)量的計(jì)數(shù)器、狀態(tài)變量、警告信號(hào)量或消息添加到本文所描述的邏輯流程中?？梢岳斫?，所有這樣的變化在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。

此外，包括軟件或代碼的包括功率提供者邏輯4012、提供者控制邏輯4118和使用情況報(bào)告邏輯4121在內(nèi)的任何邏輯或應(yīng)用可以體現(xiàn)在任何非暫時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中以供由指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合，指令執(zhí)行系統(tǒng)諸如例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器4003、4103。在這種意義上，邏輯可以包括例如包括可以從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)取出并由指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的指令和聲明的語(yǔ)句。在本公開(kāi)的上下文中，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”可以是可以包含、存儲(chǔ)或維護(hù)本文描述的由指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用的邏輯或應(yīng)用的任何介質(zhì)。

計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括許多物理介質(zhì)中的任何一種，例如磁性、光學(xué)或半導(dǎo)體介質(zhì)。合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例將包括但不限于磁帶、磁軟盤、磁性硬盤驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)卡、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器或光盤。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是包括例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器(rom)、可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom))或其他類型的存儲(chǔ)設(shè)備。

此外，包括功率提供者邏輯4012、提供者控制邏輯4118和使用情況報(bào)告邏輯4121的這里描述的任何邏輯或應(yīng)用可以以各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)和構(gòu)造。例如，所描述的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用可以被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)應(yīng)用的模塊或組件。此外，本文描述的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用可以在共享或分開(kāi)的計(jì)算設(shè)備中或其組合中執(zhí)行。例如，本文描述的多個(gè)應(yīng)用可以在相同的計(jì)算設(shè)備中或在多個(gè)計(jì)算設(shè)備中執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解，諸如“應(yīng)用”、“服務(wù)”、“系統(tǒng)”、“引擎”、“模塊”等的術(shù)語(yǔ)可以是可互換的，而不是限制性的。

除非另有特別說(shuō)明，諸如短語(yǔ)“x、y或z中的至少一個(gè)”之類的分離語(yǔ)言與上下文一起被理解為用于表示項(xiàng)目、術(shù)語(yǔ)等可以是x、y或z，或其任何組合(例如x、y和/或z)。因此，這種分離語(yǔ)言通常不意圖并且不應(yīng)意味著某些實(shí)施方案要求存在x中的至少一種、y中的至少一種和z中的至少一種。

參考圖32，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收電路5100的示例。圖32包括引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r(圖20c)。根據(jù)各種實(shí)施例，可以使用每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r來(lái)接收在諸如地面介質(zhì)的有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖3)的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波形式的電能?？梢允褂萌魏蝞個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r來(lái)接收以引導(dǎo)表面波的形式傳輸?shù)哪芰?。根?jù)各種實(shí)施例，引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r中的每一個(gè)同時(shí)接收引導(dǎo)表面波形式的能量。引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r中的每一個(gè)有助于接收以至少一個(gè)以唯一的預(yù)定頻率工作的至少一個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以引導(dǎo)表面波的形式傳輸?shù)哪芰?，并提供至少一個(gè)負(fù)載5127。因此，引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r中的每一個(gè)可以以相對(duì)于所有其它頻率的唯一頻率以引導(dǎo)表面波的形式同時(shí)接收能量。引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r中的每一個(gè)可以耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n。注意，每個(gè)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以包括上述引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rp(圖20c)、rr(圖20d)或rm(圖20e)中的任何一個(gè)。

每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n可以耦合到相應(yīng)的一個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r，以便實(shí)現(xiàn)用于到負(fù)載5127的最大功率傳輸?shù)墓曹椘ヅ錀l件。每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n可以包括變壓器、電阻器、電感器、電容器或傳輸線的組合。根據(jù)各種實(shí)施例，相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n可以包括對(duì)于每個(gè)操作頻率可調(diào)節(jié)的單個(gè)電容器和/或單個(gè)電感器，如可以理解的。

每個(gè)相應(yīng)的變壓器5124a...n可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n，以有效地根據(jù)需要調(diào)整電壓更高或更低。各個(gè)變壓器5124a...n可以包括可變變壓器，以允許調(diào)整以便維持調(diào)節(jié)的電壓輸出。

每個(gè)相應(yīng)的波形整流器5118a...n可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的變壓器5124a...n，以便將交流(ac)電壓從任何接收的引導(dǎo)表面波轉(zhuǎn)換成直流(dc)電壓。這種dc電壓可以包括紋波dc電壓，如可以理解的。各個(gè)波整流器5118a...n可以包括單相整流器和/或多相整流器，并且可以是全波整流器或半波整流器。波整流器5118a...n可以包括平滑電路和/或?yàn)V波器以減小電壓中的任何紋波。相應(yīng)的波整流器5118a...n可以耦合到公共總線5112，以允許所有相應(yīng)的整流波形被發(fā)送到電壓調(diào)節(jié)器5115。電壓調(diào)節(jié)器5115可以耦合到相應(yīng)的波整流器5118a...n，以便保持恒定的電壓電平以傳送到負(fù)載5127。各種電路元件可以放置在波整流器5118a...n的輸出處，以確保每個(gè)波整流器5118a...n的輸出不反饋到或不利地影響耦合到公共總線5112的其他波形整流器5118a...n。

引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r中的每一個(gè)以預(yù)定的操作頻率從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波形式的能量。每個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以相對(duì)于其他引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p傳輸能量的頻率是唯一的不同頻率工作。因此，每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r以相對(duì)于所有其它傳輸頻率的唯一頻率同時(shí)接收引導(dǎo)表面波形式的能量。因此，每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n根據(jù)每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r進(jìn)行調(diào)諧，以在每個(gè)相應(yīng)的操作頻率下從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p同時(shí)接收以引導(dǎo)表面波形式的能量。相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n被調(diào)諧以便實(shí)現(xiàn)共軛阻抗匹配，以促進(jìn)通過(guò)相應(yīng)波整流器5118a...n和電壓調(diào)節(jié)器5115向負(fù)載5127的功率流動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r直接耦合到相應(yīng)的波整流器5118a...n而不耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n或相應(yīng)的變壓器5124a...n。然而，這些實(shí)施例可能影響向負(fù)載5127提供功率的效率。換句話說(shuō)，沒(méi)有各個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n或各個(gè)變壓器5124a...n的接收電路5100的實(shí)施例可能不會(huì)產(chǎn)生對(duì)負(fù)載5127的最佳功率供應(yīng)。

相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5121a...n被特別地配置用于每個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r，以便于將引導(dǎo)表面波形式的能量以多個(gè)操作頻率中的相應(yīng)一個(gè)頻率傳送到負(fù)載5127。然后可以通過(guò)相應(yīng)的變壓器5124a...n升高或降低每個(gè)引導(dǎo)表面波的電壓輸出。然后，每個(gè)引導(dǎo)表面波被相應(yīng)的波形整流器5118a...n整流。各個(gè)波整流器5118a...n將每個(gè)整流的引導(dǎo)表面波輸出到公共總線5112或節(jié)點(diǎn)上。在替代實(shí)施例中，相應(yīng)的波形整流器5118a...n耦合到相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器，例如dc到dc轉(zhuǎn)換器，以便有效地改變電壓。接下來(lái)，電壓調(diào)節(jié)器5115接收經(jīng)整流的引導(dǎo)表面波，并向負(fù)載5127發(fā)送穩(wěn)定的dc信號(hào)。

根據(jù)各種實(shí)施例，單個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115的輸入端可以如圖所示耦合到相應(yīng)的波整流器5118a...n。在其他實(shí)施例中，可以使用多于一個(gè)的電壓調(diào)節(jié)器5115。多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115的輸出端可以并聯(lián)耦合以向負(fù)載5127提供組合的dc輸出電流。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115的輸出端可以串聯(lián)耦合以向負(fù)載5127提供組合的dc輸出電壓。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115的輸出端可以并聯(lián)耦合，并且所得到的并聯(lián)耦合然后可以串聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115可以并聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115可以并聯(lián)耦合。然后可以串聯(lián)耦合兩個(gè)并聯(lián)耦合。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115的輸出端可以串聯(lián)耦合，然后所得到的串聯(lián)耦合可以并聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115可以串聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5115可以串聯(lián)耦合。然后可以并聯(lián)耦合兩個(gè)串聯(lián)耦合?？梢岳斫?，所選擇的并聯(lián)/串聯(lián)配置可以取決于負(fù)載5127的電壓和電流要求。

參考圖33，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收電路5100的示例。圖33包括調(diào)諧諧振器5206，其包括引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rr(圖20d)。雖然示出了調(diào)諧諧振器，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用線性探頭rp和電磁線圈rm。根據(jù)各種實(shí)施例，調(diào)諧諧振器5206可以用于以有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖3)的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式接收能量。調(diào)諧諧振器5206有助于接收從以特定的預(yù)定頻率工作的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量，以被提供給負(fù)載5227。調(diào)諧諧振器5206包括線圈5203。

線圈5203可以經(jīng)由直接抽頭耦合耦合到隔離電路5212a...n。隔離電路5212a...n可以被抽頭到線圈5203中，以將線圈5203的部分縮短到抽頭下方，以便調(diào)諧諧振器5206能夠以多個(gè)頻率傳輸同時(shí)接收。隔離電路5212a...n可以包括陷波偶極子、低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器或其組合。線圈5203也可以感應(yīng)耦合到線圈5209a...n。每個(gè)線圈5209a...n可以耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n。

每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的線圈5209a...n，以便實(shí)現(xiàn)用于到負(fù)載5227的最大功率傳輸?shù)墓曹椘ヅ錀l件。每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n可以包括變壓器、電阻器、電感器、電容器或傳輸線。根據(jù)各種實(shí)施例，相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n可以包括對(duì)于每個(gè)操作頻率可調(diào)節(jié)的單個(gè)電容器和/或單個(gè)電感器，如可以理解的。

每個(gè)相應(yīng)的波整流器5218a...n可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n，以便將交流(ac)電壓從任何接收的引導(dǎo)表面波轉(zhuǎn)換成直流(dc)電壓。各個(gè)波整流器5218a...n可以包括單相整流器和/或多相整流器，并且可以是全波整流器或半波整流器。波整流器5218a...n可以包括平滑電路和/或?yàn)V波器以減小ac紋波電壓。波整流器5218a...n可以耦合到相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5215a...n，以便保持恒定的電壓電平以傳遞到負(fù)載5227。

調(diào)諧諧振器5206以預(yù)定的傳輸頻率通過(guò)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量。通過(guò)抽頭耦合到調(diào)諧諧振器5206的線圈5203的每個(gè)隔離電路5212a...n使線圈5203的部分在抽頭下方短路。因此，調(diào)諧諧振器5206可以在多個(gè)傳輸頻率下同時(shí)接收。具體地，每個(gè)隔離電路5212a...n使線圈5203的預(yù)定部分短路，使得剩余部分提供電感以允許調(diào)諧諧振器5206以相應(yīng)的頻率諧振。或者，每個(gè)隔離電路5212a...n使線圈5203的預(yù)定義部分短路，使得包括線圈5203的一部分的相應(yīng)接收者網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相位延遲(φ)匹配與相應(yīng)一個(gè)引導(dǎo)表面波相關(guān)聯(lián)的波傾斜角(ψ)，其中各波傾斜角(ψ)至少部分地基于接收結(jié)構(gòu)附近的有損導(dǎo)電介質(zhì)或地面介質(zhì)的特性。

為此，相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n應(yīng)該被耦合在線圈5203的有效部分上用于相應(yīng)的頻率。線圈5203可以感應(yīng)耦合到多個(gè)線圈5209a...n，其中線圈5209a...n相對(duì)于用作變壓器初級(jí)線圈的線圈5203定位為次級(jí)。因此，每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n根據(jù)每個(gè)相應(yīng)的電感耦合和直接抽頭耦合進(jìn)行調(diào)諧，以在每個(gè)相應(yīng)的傳輸頻率下同時(shí)從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收引導(dǎo)的表面波。相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n被調(diào)諧以便實(shí)現(xiàn)共軛阻抗匹配，以促進(jìn)通過(guò)相應(yīng)波整流器5218a...n和電壓調(diào)節(jié)器5215a...n向負(fù)載5227的功率流動(dòng)。在替代實(shí)施例中，可以使用多個(gè)調(diào)諧諧振器5206，每個(gè)具有耦合到單個(gè)線圈5209或多個(gè)線圈5209a...n的線圈5203。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)調(diào)諧諧振器5206直接耦合到相應(yīng)的波整流器5218a...n，而不耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n或相應(yīng)的變壓器5224a...n。然而，這些實(shí)施例可能影響向負(fù)載5227提供功率的效率。換句話說(shuō)，沒(méi)有相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n或相應(yīng)的變壓器5224a...n的接收電路5100的實(shí)施例可能不產(chǎn)生對(duì)負(fù)載5227的最佳功率供應(yīng)。

相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n被特別地配置用于每個(gè)相應(yīng)的感應(yīng)和直接抽頭耦合，以便于在多個(gè)傳輸頻率下將每個(gè)引導(dǎo)表面波同時(shí)傳送到負(fù)載5227。然后每個(gè)信號(hào)由相應(yīng)的波形整流器5218a...n整流。各個(gè)波整流器5218a...n將每個(gè)整流信號(hào)輸出到相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5215a...n。在替代實(shí)施例中，相應(yīng)的波整流器5218a...n可以將每個(gè)信號(hào)輸出到公共總線或節(jié)點(diǎn)，以被發(fā)送到單個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5215。在其他實(shí)施例中，相應(yīng)波整流器5218a...n可以將每個(gè)整流信號(hào)輸出到功率轉(zhuǎn)換器，如dc到dc轉(zhuǎn)換器，以有效地改變電壓。或者，如果負(fù)載5227采用ac信號(hào)，則各波整流器5218a...n可以將每個(gè)整流信號(hào)輸出到諸如dc到ac逆變器的功率逆變器。

電壓調(diào)節(jié)器5215a...n的輸出端可以并聯(lián)耦合以向負(fù)載5227提供組合的dc輸出電流。在其它實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5215a...n的輸出端可以串聯(lián)耦合以提供組合dc輸出電壓到負(fù)載5227。在其他實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5215a...n的輸出端可以并聯(lián)耦合，并且所得到的并聯(lián)耦合然后可以串聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5215可以并聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5215可以并聯(lián)耦合。然后可以串聯(lián)耦合兩個(gè)并聯(lián)耦合。在其他實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5215的輸出端可以串聯(lián)耦合，然后所得到的串聯(lián)耦合可以并聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5215可以串聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5215可以串聯(lián)耦合。然后可以并聯(lián)耦合兩個(gè)串聯(lián)耦合。可以理解，所選擇的并聯(lián)/串聯(lián)配置可以取決于負(fù)載5227的電壓和電流要求。

參考圖34，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收電路5100的示例。圖34包括在圖20e中描繪的磁性線圈5306a和5306b作為引導(dǎo)表面接收結(jié)構(gòu)rm。盡管示出了磁性線圈5306a和5306b，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他接收結(jié)構(gòu)rp(圖20c)和rr(圖20d)。根據(jù)各種實(shí)施例，每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5306a和5306b可用于接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖3)的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量?？梢允褂萌魏蝞個(gè)磁線圈5306a和5306b來(lái)接收以引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰俊８鶕?jù)各種實(shí)施例，每個(gè)磁性線圈5306a和5306b同時(shí)接收以引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰俊Ｃ總€(gè)相應(yīng)的磁性線圈5306a和5306b有助于接收以導(dǎo)引表面波導(dǎo)探頭p以唯一的預(yù)定頻率傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量，以提供負(fù)載5327。因此，每個(gè)磁性線圈5306a和5306b可以同時(shí)接收以相對(duì)于所有其它頻率的唯一頻率的引導(dǎo)表面波的形式的能量。每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5306a和5306b耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a或5321b。

每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a或5321b可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5306a或5306b，以便實(shí)現(xiàn)用于到負(fù)載5327的最大功率傳輸?shù)墓曹椘ヅ錀l件。每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a和5321b可以包括變壓器、電阻器、電感器、電容器或傳輸線的組合。根據(jù)各種實(shí)施例，相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a和5321b可以包括對(duì)于每個(gè)操作頻率可調(diào)節(jié)的單個(gè)電容器和/或單個(gè)電感器，如可以理解的。

每個(gè)相應(yīng)波整流器5318a或5318b可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a或5321b，以便將交流電(ac)從任何接收到的引導(dǎo)表面波轉(zhuǎn)換成直流電(dc)。各個(gè)波整流器5318a和5318b可以包括單相整流器和/或多相整流器，并且可以是全波整流器或半波整流器。波整流器5318a和5318b可以包括平滑電路和/或?yàn)V波器以減小ac紋波電壓。相應(yīng)的波形整流器5318a和5318b可以耦合到相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5315a或5315b，以便保持恒定的電壓電平以傳送到負(fù)載5327。

每個(gè)磁性線圈5306a和5306b以預(yù)定的傳輸頻率從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量。每個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p相對(duì)于其它引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以不同的頻率傳輸。因此，相對(duì)于所有其它頻率，每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5306a和5306b同時(shí)以獨(dú)特的頻率接收引導(dǎo)表面波的形式的能量的傳輸。因此，每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a和5321b根據(jù)每個(gè)相應(yīng)的磁線圈5306a或5306b進(jìn)行調(diào)諧，以在每個(gè)相應(yīng)的傳輸頻率下同時(shí)接收來(lái)自引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的引導(dǎo)表面波。相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a和5321b被調(diào)諧以便實(shí)現(xiàn)共軛阻抗匹配，以促進(jìn)通過(guò)相應(yīng)波整流器5318a和5318b以及相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b向負(fù)載5327的功率流動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁性線圈5306a和5306b直接耦合到相應(yīng)的波形整流器5318a...n，而不耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5221a...n。然而，這些實(shí)施例可能影響向負(fù)載5327提供功率的效率。換句話說(shuō)，沒(méi)有相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a...n的接收電路5100的實(shí)施例可能不產(chǎn)生對(duì)負(fù)載5327的最佳功率供應(yīng)。

相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5321a和5321b被特別地配置用于每個(gè)磁性線圈5306a或5306b，以便于以多個(gè)操作頻率中的相應(yīng)的一個(gè)將每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)表面波傳送到負(fù)載5327。然后，每個(gè)引導(dǎo)表面波被相應(yīng)的波形整流器5318a或5318b整流。相應(yīng)的波整流器5318a和5318b將每個(gè)整流的引導(dǎo)表面波輸出到相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5315a或5315b。接下來(lái)，電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b接收整流的引導(dǎo)表面波并向負(fù)載5327發(fā)送穩(wěn)定的dc信號(hào)。在替代實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b可以耦合到功率逆變器，諸如dc至ac電源逆變器，如果負(fù)載5327采取交流信號(hào)。

根據(jù)各種實(shí)施例，電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b的輸入端可以耦合到相應(yīng)的波整流器5318a和5318b。在其他實(shí)施例中，單個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315的輸入端可以耦合到相應(yīng)的波形整流器5318a和5318b。根據(jù)各種實(shí)施例，電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b的輸出端可以并聯(lián)耦合以向負(fù)載5327提供組合的dc輸出電流。在其他實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5315a和5315b的輸出端可以串聯(lián)耦合以提供組合的直流輸出電壓到負(fù)載5327。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315的輸出端可以并聯(lián)耦合，然后所得到的并聯(lián)耦合可以串聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315可以并聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315可以并聯(lián)耦合。然后可以串聯(lián)耦合兩個(gè)并聯(lián)耦合。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315的輸出端可以串聯(lián)耦合，然后所得到的串聯(lián)耦合可以并聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315可以串聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5315可以串聯(lián)耦合。然后可以并聯(lián)耦合兩個(gè)串聯(lián)耦合。

參考圖35，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的接收電路5100的示例。圖35包括在圖20e中描繪的磁線圈5406a和5406b作為引導(dǎo)面接收結(jié)構(gòu)rm。盡管示出了磁性線圈5306a和5306b，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他接收結(jié)構(gòu)rp(圖20c)和rr(圖20d)。根據(jù)各種實(shí)施例，每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5406a和5406b可用于接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖3)的表面上傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的形式的能量?？梢允褂萌魏蝞個(gè)磁線圈5406a和5406b來(lái)接收以引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰俊８鶕?jù)各種實(shí)施例，每個(gè)磁線圈5406a和5406b同時(shí)從引導(dǎo)表面波接收能量。每個(gè)相應(yīng)的磁性線圈5406a和5406b有助于接收從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以唯一的預(yù)定頻率傳輸?shù)截?fù)載5427的引導(dǎo)表面波的形式的能量。因此，每個(gè)電磁線圈5406a和5406b可以同時(shí)接收以相對(duì)于所有其它頻率的唯一頻率的引導(dǎo)表面波的形式的能量。每個(gè)相應(yīng)的磁線圈5406a和5406b耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a或5421b。

每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a或5421b可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的磁線圈5406a或5406b，以便實(shí)現(xiàn)用于到負(fù)載5427的最大功率傳輸?shù)墓曹椘ヅ錀l件。每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a和5421b可以包括變壓器、電阻器、電感器、電容器或傳輸線的組合。根據(jù)各種實(shí)施例，相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a和5421b可以包括對(duì)于每個(gè)操作頻率可調(diào)節(jié)的單個(gè)電容器和/或單個(gè)電感器，如可以理解的。

每個(gè)相應(yīng)的波整流器5418a或5418b可以耦合到每個(gè)相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a或5421b，以便將交流電(ac)從任何接收的引導(dǎo)表面波轉(zhuǎn)換為直流(dc)。各個(gè)波整流器5418a和5418b可以包括單相整流器和/或多相整流器，并且可以是全波整流器或半波整流器。波整流器5418a和5418b可以包括平滑電路或?yàn)V波器以減小ac紋波電壓。相應(yīng)的波整流器5418a和5418b可以耦合到相應(yīng)的二極管5409a或5409b，以便允許電流傳遞到電壓調(diào)節(jié)器5415，同時(shí)阻止反向電流。

每個(gè)磁線圈5406a和5406b以預(yù)定的傳輸頻率從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203的表面上以引導(dǎo)表面波形式傳輸?shù)哪芰俊Ｃ總€(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p相對(duì)于其它引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以不同的頻率操作。因此，相應(yīng)于所有其它頻率，每個(gè)相應(yīng)的磁線圈5406a和5406b以獨(dú)特的頻率同時(shí)接收引導(dǎo)表面波形式的能量的傳輸。因此，各個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a和5421b根據(jù)每個(gè)相應(yīng)的磁線圈5406a或5406b進(jìn)行調(diào)諧，以在每個(gè)相應(yīng)的傳輸頻率下同時(shí)接收來(lái)自引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的引導(dǎo)表面波。相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a和5421b被調(diào)諧以便實(shí)現(xiàn)共軛阻抗匹配，以促進(jìn)通過(guò)相應(yīng)波整流器5418a和5418b以及電壓調(diào)節(jié)器5415a向負(fù)載5427的功率流動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁線圈5406a和5406b直接耦合到相應(yīng)的波整流器5418a...n，而不耦合到相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a...n。然而，這些實(shí)施例可能影響向負(fù)載5427提供功率的效率。換句話說(shuō)，沒(méi)有相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a...n的接收電路5100的實(shí)施例可能不會(huì)產(chǎn)生對(duì)負(fù)載5427的最佳功率供應(yīng)。

相應(yīng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)5421a和5421b被專門配置用于每個(gè)磁性線圈5406a或5406b，以便于以多個(gè)傳輸頻率中的相應(yīng)一個(gè)傳送每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)表面波到負(fù)載5427。然后，每個(gè)引導(dǎo)表面波被相應(yīng)的波整流器5418a或5418b整流。相應(yīng)的波整流器5418a和5418b將每個(gè)整流的引導(dǎo)表面波輸出到相應(yīng)的二極管5409a或5409b。接下來(lái)，電壓調(diào)節(jié)器5415接收整流的引導(dǎo)表面波并向負(fù)載5427發(fā)送穩(wěn)定的dc信號(hào)。在替代實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器5415可耦合到功率逆變器，例如dc至ac功率逆變器，如果負(fù)載5427采取ac號(hào)。

根據(jù)各種實(shí)施例，單個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415可以耦合到波整流器5418a和5418b。在其他實(shí)施例中，波整流器5418a和5418b可以各自耦合到相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器5415。根據(jù)各種實(shí)施例，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415的輸出端可以并聯(lián)耦合以提供到負(fù)載5427的組合dc輸出電流。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415的輸出端可以串聯(lián)耦合以向負(fù)載5427提供組合的dc輸出電壓。在其他實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415的輸出端可以并聯(lián)耦合，并且所得到的并聯(lián)耦合然后可以串聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415可以并聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415可以并聯(lián)耦合。然后可以串聯(lián)耦合兩個(gè)并聯(lián)耦合。在其它實(shí)施例中，多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415的輸出端可以串聯(lián)耦合，然后所得到的串聯(lián)耦合可以并聯(lián)耦合。例如，一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415可以串聯(lián)耦合，另一對(duì)兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器5415可以串聯(lián)耦合。然后可以并聯(lián)耦合兩個(gè)串聯(lián)耦合?？梢岳斫猓x擇的并聯(lián)/串聯(lián)配置可以取決于負(fù)載5427的電壓和電流要求。

參考圖36，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的用于同時(shí)接收多個(gè)頻率的信號(hào)的系統(tǒng)的示例。圖36包括兩個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p1和p2、接收電路5100、場(chǎng)測(cè)量?jī)x5512。引導(dǎo)面波導(dǎo)探頭p1可以在第一操作區(qū)域5503a中以第一傳輸頻率f1傳輸引導(dǎo)表面波，同時(shí)引導(dǎo)波導(dǎo)探頭p2可以在第二操作區(qū)域5503b中以第二傳輸頻率f2傳輸引導(dǎo)表面波。接收電路5100可以位于傳輸?shù)牡谝粎^(qū)域5503a和第二操作區(qū)域5503b重疊的點(diǎn)處。場(chǎng)測(cè)量?jī)x5512也可以位于第一操作區(qū)域5503a和第二操作區(qū)域5503b重疊的點(diǎn)，以便檢測(cè)與引導(dǎo)表面波相關(guān)聯(lián)的場(chǎng)強(qiáng)。

參考圖37，示出了根據(jù)各實(shí)施例的接收電路5100的操作的一個(gè)示例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖37的流程圖僅提供可用于實(shí)現(xiàn)接收電路5100的操作的功能布置的示例。

從框5603開(kāi)始，接收電路5100可以確定哪些頻率可用于以引導(dǎo)表面波的形式接收電能。接收電路5100可以包括例如經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)與引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p通信以確定可用頻率的接收控制器。如上所述，接收電路5100可以同時(shí)從相對(duì)于彼此以不同頻率工作的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波接收能量。接下來(lái)，在框5606處，接收電路5100選擇將接收的引導(dǎo)表面波形式的電能的頻率。接下來(lái)，在框5609處，接收電路5100調(diào)諧以在所選擇的頻率下操作。如上所述，根據(jù)每個(gè)相應(yīng)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r調(diào)諧各個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。然后，在框5612，接收電路5100向電負(fù)載傳遞能量。

接下來(lái)參考圖38，示出了可用于在無(wú)線功率傳送系統(tǒng)中從引導(dǎo)表面波接收電能的設(shè)備中的一般性電路的示例。在各種實(shí)施例中，設(shè)備包括引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r，其如上所述可以包括線性探頭、調(diào)諧諧振器和/或電磁線圈中的至少一個(gè)。如上所述，可以使用引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r來(lái)獲得沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)的表面行進(jìn)的引導(dǎo)表面波的形式的電能。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，有損導(dǎo)電介質(zhì)包括陸地介質(zhì)(例如，地球)。

當(dāng)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r受到如本公開(kāi)中所述的引導(dǎo)表面波時(shí)，跨越輸出端子6015產(chǎn)生電壓，該電壓可以通過(guò)共軛阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021施加到電負(fù)載6018。為了促進(jìn)到電負(fù)載6018的功率流動(dòng)，電負(fù)載6018可以基本上與引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r阻抗匹配，如上面參考圖18a-18c以及圖19所述。可能不使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021，或者可能沒(méi)有適當(dāng)調(diào)諧以在特定頻率下接收能量。然而，如果阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021沒(méi)有被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以在給定頻率處接收能量，則由于反射和缺少最大功率傳輸?shù)榷鴮?duì)電負(fù)載6018施加電壓的能力可能會(huì)損害效率。

可以理解，在各種情況下，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以在從多個(gè)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p傳輸?shù)亩鄠€(gè)引導(dǎo)表面波的交叉處。為此，每個(gè)引導(dǎo)表面波可以通過(guò)不同的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p以不同的頻率傳輸。因此，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以包括或可以通信地耦合到場(chǎng)傳感器6024、頻譜分析儀或任何類似的電氣部件，根據(jù)如上詳細(xì)討論的公開(kāi)來(lái)識(shí)別與正在傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)頻率。

在對(duì)頻譜中的一個(gè)或多個(gè)頻率進(jìn)行識(shí)別之后，頻率識(shí)別電路6027可被配置為調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r從引導(dǎo)表面波接收電能的頻率。為此，頻率識(shí)別電路6027可以包括被配置為控制場(chǎng)傳感器6024，從多個(gè)頻率識(shí)別特定頻率并且配置或調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)6000和/或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021以識(shí)別的頻率接收功率的電路。

根據(jù)各種實(shí)施例，頻率識(shí)別電路6027可以配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以所識(shí)別的頻率從引導(dǎo)表面波中的一個(gè)接收電能，并且將傳送到電負(fù)載6018的功率最大化。配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021可以包括例如調(diào)節(jié)可變電容器、調(diào)節(jié)可變電感器、調(diào)節(jié)其它可變?cè)⑼ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)或其它組件向電路添加或從電路中去除電容器和/或電感器、和/或其他類似的方法，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r被調(diào)諧到預(yù)定義的頻率，例如使用場(chǎng)傳感器6024識(shí)別的頻率。

在一些實(shí)施例中，頻率識(shí)別電路6027可以包括或可通信地耦合到處理電路6033。處理電路可以包括例如微控制器、計(jì)算設(shè)備或能夠使用場(chǎng)傳感器6024、頻譜分析儀或其它類似的傳感器或裝置以編程方式識(shí)別可用頻率的其他組件。

在一些實(shí)施例中，處理電路6033可以包括處理器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)總線和/或其他組件，其訪問(wèn)所識(shí)別的頻率的，并以編程方式配置引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以匹配沿著有損導(dǎo)電介質(zhì)行進(jìn)的引導(dǎo)表面波的頻率。由處理電路6033執(zhí)行的程序化配置可以包括例如由處理器或電路執(zhí)行的邏輯，該處理器或電路動(dòng)態(tài)地調(diào)整可變電容器、可變電感器或其它可變電氣部件，或以其他方式添加或去除電容器、電感器或其它通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)的其他組件，這些控制信號(hào)使得這些部件的相應(yīng)變化來(lái)調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021。為此，可變電容器或可變電感器可以包括由處理電路6033的處理器執(zhí)行的應(yīng)用控制的微調(diào)電容器或電感器。或者，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021可以包括多個(gè)電容器、電感器或根據(jù)需要被切換到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021中的其它電氣部件。

接下來(lái)參考圖39，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的從引導(dǎo)表面波探頭p接收電能的系統(tǒng)的操作的一個(gè)示例的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖39的流程圖僅提供可用于實(shí)現(xiàn)如本文所述的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)6000的部分的操作的許多不同類型的功能布置的示例。在一些實(shí)施例中，圖39的流程圖可以由耦合到引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r的處理電路6033來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如上所述，可以調(diào)諧或調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以匹配由引導(dǎo)表面波探頭p傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波的頻率。在各種情況下，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可能會(huì)遇到例如當(dāng)從第一區(qū)域行進(jìn)到第二區(qū)域時(shí)從不同的探頭p發(fā)射的引導(dǎo)表面波。或者，在其他情況下，引導(dǎo)表面波探頭p可以改變產(chǎn)生引導(dǎo)表面波的頻率?？梢詧?zhí)行這種情況以阻止盜竊、調(diào)整傳輸范圍或執(zhí)行其他有益功能。假設(shè)在第一區(qū)域中可用的引導(dǎo)表面波的頻率與第二區(qū)域中可用的引導(dǎo)表面波不同，則引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r必須調(diào)整以匹配頻率。類似地，如果導(dǎo)向面波導(dǎo)探頭p改變其產(chǎn)生引導(dǎo)表面波的頻率，則引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r必須相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。為此，設(shè)備、裝置或其他系統(tǒng)可以利用引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r和相關(guān)聯(lián)的電路無(wú)縫地訪問(wèn)電能，而不管頻率的變化。設(shè)備、裝置或其他系統(tǒng)可以被稱為“頻率無(wú)關(guān)”。

從6103開(kāi)始，例如從與引導(dǎo)表面波的傳輸相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)頻率識(shí)別頻率。為此，可以使用場(chǎng)傳感器6024、頻譜分析儀或類似組件來(lái)識(shí)別頻率。因此，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以包括或者可通信地耦合到場(chǎng)傳感器6024或頻譜分析儀。

接下來(lái)，在6106中，確定是否已經(jīng)識(shí)別了多于一個(gè)頻率。如果已經(jīng)識(shí)別出多于一個(gè)頻率，則該過(guò)程可以進(jìn)行到6109，其中可以基于例如信號(hào)強(qiáng)度、用戶偏好、功率成本、網(wǎng)絡(luò)類型等來(lái)選擇頻率之一。用于選擇頻率的標(biāo)準(zhǔn)可以存儲(chǔ)在處理電路6033的存儲(chǔ)器或其他存儲(chǔ)器中。在各種實(shí)施例中，用戶可以定義用于選擇頻率的標(biāo)準(zhǔn)，例如，通過(guò)在客戶機(jī)設(shè)備上可執(zhí)行的客戶端應(yīng)用程序中指定標(biāo)準(zhǔn)。為此，用戶可以指定一個(gè)功率提供者應(yīng)該優(yōu)先于另一個(gè)功率提供者，應(yīng)該選擇與較低價(jià)格相關(guān)的電能，應(yīng)該優(yōu)先考慮的網(wǎng)絡(luò)是可靠的等。

返回到6106，假設(shè)僅識(shí)別出一個(gè)頻率，處理進(jìn)行到6112，其中基于所識(shí)別的頻率將引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)6000接收引導(dǎo)表面波的傳輸?shù)念l率調(diào)節(jié)到諧振頻率。類似地，在6109中選擇頻率之后，處理進(jìn)行到6112，其中基于所識(shí)別的頻率將引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)6000接收引導(dǎo)表面波的傳輸?shù)念l率調(diào)節(jié)到諧振頻率。

根據(jù)各種實(shí)施例，調(diào)節(jié)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r接入電能的頻率由處理電路6033以編程方式執(zhí)行。為此，處理電路6033可以配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)6021，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r從處于識(shí)別的頻率的一個(gè)引導(dǎo)表面波接收電能。這可以包括例如調(diào)節(jié)可變電容器、調(diào)節(jié)可變電感器、調(diào)節(jié)其它電氣組件、向電路添加或從電路移除電容器、電感器或其他電氣組件、和/或其他方法，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r調(diào)諧或調(diào)節(jié)到預(yù)定頻率，例如使用場(chǎng)傳感器6024識(shí)別的頻率。

接下來(lái)，處理進(jìn)行到6115，其中接收者可以監(jiān)視通過(guò)引導(dǎo)的表面波接收結(jié)構(gòu)r獲得和/或由電負(fù)載6018消耗的電能的使用?？梢员O(jiān)視電能，例如確定電能消耗是否超過(guò)允許的消耗量，如可以理解。在另外的實(shí)施例中，圖39的流程圖可以用在實(shí)現(xiàn)多個(gè)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r的裝置中。為此，處理電路6033可以配置第一引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r1以在第一頻率處接收設(shè)備中的電能，并且可以在設(shè)備中配置第二引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r2以在第二頻率處接收電能，從而增加由該裝置訪問(wèn)的電能。

應(yīng)當(dāng)注意，電負(fù)載6018可以被配置為接受不同頻率的電壓或者是“頻率無(wú)關(guān)”，使得通過(guò)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r接收的功率頻率的變化不會(huì)中斷電負(fù)載6018的操作。在一個(gè)實(shí)施例中，電負(fù)載6018可以包括整流器和其他電路，以產(chǎn)生dc電壓，而不管輸入ac電壓的頻率如何，其中dc電壓然后被進(jìn)一步施加到電負(fù)載6018的附加組件。

參考圖40，示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的處理電路6033的示意性框圖。處理電路6033可以包括諸如服務(wù)器計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算設(shè)備之類的計(jì)算設(shè)備。在其他實(shí)施例中，處理電路6033可以包括微控制器。處理電路6033可以包括例如具有處理器6303和存儲(chǔ)器6306的至少一個(gè)處理器電路，二者都耦合到本地接口6309。本地接口6309可以包括例如具有伴隨地址/控制總線或其他總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線，如可以理解的。

存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中的是數(shù)據(jù)和可由處理器6303執(zhí)行的若干組件。特別地，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中并且可由處理器6303執(zhí)行的是頻率監(jiān)視應(yīng)用6312、阻抗控制應(yīng)用6315和潛在的其他應(yīng)用。頻率監(jiān)視應(yīng)用6312可以被配置為訪問(wèn)從場(chǎng)傳感器6023、頻譜分析儀或類似設(shè)備獲得的測(cè)量，并且識(shí)別表面波導(dǎo)接收結(jié)構(gòu)r從引導(dǎo)表面波接收電能的頻率。阻抗控制應(yīng)用6315可以被配置為以編程方式調(diào)節(jié)可變電容器、可變電感器或其它類似組件。也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中的數(shù)據(jù)可以是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)6318和其他數(shù)據(jù)。此外，操作系統(tǒng)可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中并且可由處理器6303執(zhí)行。

應(yīng)當(dāng)理解，可以存在存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中并可由處理器6303執(zhí)行的其他應(yīng)用，如可以理解的那樣。如果本文中討論的任何組件以軟件的形式實(shí)現(xiàn)，則可以采用多種編程語(yǔ)言中的任何一種，例如assembly、c、c++、c#、objectivec、perl、php、ruby、或其他編程語(yǔ)言。

許多軟件組件被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306中并且可由處理器6303執(zhí)行。在這方面，術(shù)語(yǔ)“可執(zhí)行”是指最終由處理器6303運(yùn)行的形式的程序文件?？蓤?zhí)行程序的示例可以是例如可以被轉(zhuǎn)換成可以被加載到存儲(chǔ)器6306的隨機(jī)訪問(wèn)部分并由處理器6303運(yùn)行的格式的機(jī)器代碼的編譯程序、可以以能夠被加載到存儲(chǔ)器6306的隨機(jī)訪問(wèn)部分并由處理器6303執(zhí)行的目標(biāo)代碼的適當(dāng)格式表示的源代碼、或可由另一可執(zhí)行程序解釋以在存儲(chǔ)器6306的隨機(jī)存取部分中產(chǎn)生由處理器6303執(zhí)行的指令的源代碼等。可執(zhí)行程序可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6306的任何部分或組件中，包括例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)卡、諸如致密盤(cd)或數(shù)字通用盤(dvd)的光盤、軟盤、磁帶或其他存儲(chǔ)器組件。

存儲(chǔ)器6306在此被定義為包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件。易失性組件是在掉電時(shí)不保留數(shù)據(jù)值的組件。非易失性組件是在掉電時(shí)保留數(shù)據(jù)的組件。因此，存儲(chǔ)器6306可以包括例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器、經(jīng)由存儲(chǔ)卡讀卡器訪問(wèn)的存儲(chǔ)卡、通過(guò)相關(guān)的軟盤驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)的軟盤、通過(guò)光盤驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)的光盤、經(jīng)由適當(dāng)?shù)拇艓?qū)動(dòng)器訪問(wèn)的磁帶和/或其他存儲(chǔ)器組件、或這些存儲(chǔ)器組件中的任何兩個(gè)或更多個(gè)的組合。此外，ram可以包括例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)和其它這樣的設(shè)備。rom可以包括例如可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom)或其它類似的存儲(chǔ)器件。

此外，處理器6303可以表示多個(gè)處理器6303和/或多個(gè)處理器核心，并且存儲(chǔ)器6306可以表示分別在并行處理電路中操作的多個(gè)存儲(chǔ)器6306。在這種情況下，本地接口6309可以是促進(jìn)多個(gè)處理器6303中的任何兩個(gè)之間、任何處理器6303和任何存儲(chǔ)器6306之間、或任何兩個(gè)存儲(chǔ)器6306之間的通信的適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)。本地接口6309可以包括被設(shè)計(jì)為協(xié)調(diào)該通信的附加系統(tǒng)，包括例如執(zhí)行負(fù)載平衡。處理器6303可以是電氣的或者一些其他可用的結(jié)構(gòu)。

盡管頻率監(jiān)測(cè)應(yīng)用6312、阻抗控制應(yīng)用6315以及本文描述的其它各種系統(tǒng)可以體現(xiàn)在如上所述由通用硬件執(zhí)行的軟件或代碼中，但作為替代，也可以將其專用于硬件或軟件/通用硬件和專用硬件的組合。如果實(shí)現(xiàn)在專用硬件中，則每個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為采用多種技術(shù)中的任何一種或組合的電路或狀態(tài)機(jī)。這些技術(shù)可以包括但不限于具有用于在應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有適當(dāng)?shù)倪壿嬮T的專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其他組件等。這些技術(shù)通常是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此在此不再詳細(xì)描述。

在一些實(shí)施例中，圖39的流程圖示出了頻率監(jiān)視應(yīng)用程序6312、阻抗控制應(yīng)用程序6315或其他類似應(yīng)用程序的部分實(shí)現(xiàn)的功能和操作。如果體現(xiàn)在軟件中，每個(gè)塊可以表示包括用于實(shí)現(xiàn)指定的邏輯功能的程序指令的模塊、段或代碼部分。程序指令可以以包含以編程語(yǔ)言或機(jī)器代碼編寫的人類可讀語(yǔ)句的源代碼的形式實(shí)現(xiàn)，該編程語(yǔ)言或機(jī)器代碼包括可由諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器6303的合適執(zhí)行系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)字指令。機(jī)器碼可以從源代碼等轉(zhuǎn)換。如果在硬件中實(shí)現(xiàn)，每個(gè)塊可以表示電路或多個(gè)互連電路以實(shí)現(xiàn)指定的邏輯功能。

此外，包括軟件或代碼的包括頻率監(jiān)視應(yīng)用6312和阻抗控制應(yīng)用6315在內(nèi)的任何邏輯或應(yīng)用可以體現(xiàn)在任何非暫時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器6303。在這種意義上，邏輯可以包括例如包括可以從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)取出并由指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的指令和聲明的語(yǔ)句。在本公開(kāi)的上下文中，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”可以是可以包含、存儲(chǔ)或維護(hù)本文描述的由指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用的邏輯或應(yīng)用的任何介質(zhì)。

計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括許多物理介質(zhì)中的任何一種，例如磁性、光學(xué)或半導(dǎo)體介質(zhì)。合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例將包括但不限于磁帶、磁軟盤、磁性硬盤驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)卡、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器、usb閃存驅(qū)動(dòng)器或光盤。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是包括例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器(rom)、可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom))或其他類型的存儲(chǔ)設(shè)備。

此外，包括頻率監(jiān)視應(yīng)用6312和阻抗控制應(yīng)用6315在內(nèi)的任何邏輯或應(yīng)用可以以各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)和構(gòu)造。例如，所描述的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用可以被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)應(yīng)用的模塊或組件。此外，本文描述的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用可以在共享或分開(kāi)的計(jì)算設(shè)備中或其組合中執(zhí)行。例如，本文描述的多個(gè)應(yīng)用可以在相同的計(jì)算設(shè)備中或在同一處理電路6033中的多個(gè)計(jì)算設(shè)備中執(zhí)行。另外，應(yīng)理解的是，諸如“應(yīng)用”、“服務(wù)”、“系統(tǒng)”、“引擎”、“模塊”等可以互換，而不是限制。

參考圖41，示出了包括上部充電端子t1(例如，高度為ht的球體)和下部補(bǔ)償端子t2(例如，高度為hd的盤)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的示例的圖形表示7100，其中沿著垂直于由有損導(dǎo)電介質(zhì)203呈現(xiàn)的平面垂直的垂直軸z定位。該引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭7100的該實(shí)施例與圖14的波導(dǎo)探頭具有相似之處，具有解調(diào)器7110和濾波器7120組件的附加元件。應(yīng)當(dāng)理解，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭7100被示出為示例以說(shuō)明本公開(kāi)的各種實(shí)施例，并且可以采用本文所述的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的其他實(shí)施例。

在操作期間，根據(jù)在任何給定時(shí)刻施加到端子t1和t2的電壓，電荷q1和q2分別施加在充電和補(bǔ)償端子t1和t2上。

ac源212用作充電端子t¹的激勵(lì)源，電荷端子t1通過(guò)包括例如螺旋線圈的線圈215的饋電網(wǎng)絡(luò)209耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200d。ac源212可以通過(guò)抽頭227跨越線圈215的下部連接，如圖14所示，或者可以通過(guò)初級(jí)線圈感應(yīng)耦合到線圈215。線圈215可以在第一端處耦合到地樁218，并且在第二端處耦合到充電端子t1。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以使用在線圈215的第二端處的抽頭224來(lái)調(diào)整與充電端子t1的連接。補(bǔ)償端子t2位于有損導(dǎo)電介質(zhì)203(例如，地或地球)的上方并且基本上平行，并且通過(guò)耦合到線圈215的抽頭233激勵(lì)。位于線圈215和地樁218之間的電流計(jì)236可用于提供在引導(dǎo)表面探頭的基部處的電流(i0)的大小的指示。

該測(cè)量可能是調(diào)節(jié)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭7100并檢測(cè)由接收電路嵌入的數(shù)據(jù)的因素，如下所述。濾波器7120可以耦合到電流計(jì)236以將濾波器施加到檢測(cè)到的電流。例如，如果接收電路通過(guò)調(diào)制等于或高于預(yù)定頻率的控制負(fù)載來(lái)嵌入數(shù)據(jù)，則濾波器7120可以包括濾波低于該預(yù)定頻率的檢測(cè)電流的低通濾波器。

解調(diào)器7110可以耦合到電流計(jì)236以將當(dāng)前流中的嵌入的調(diào)制轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。如圖所示，解調(diào)器7110可以經(jīng)由濾波器7120耦合到電流表236。解調(diào)器7110還可以直接耦合到電流計(jì)236，或者經(jīng)由其他中間組件耦合到電流計(jì)236。解調(diào)器7110被配置為通過(guò)接收電路應(yīng)用與應(yīng)用于嵌入數(shù)據(jù)的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的解調(diào)方案，以獲得原始的嵌入數(shù)據(jù)信號(hào)。

接下來(lái)參考圖42a、42b和42c，示出了在各種實(shí)施例中在引導(dǎo)表面波導(dǎo)功率輸送系統(tǒng)中使用表面引導(dǎo)波的一般性接收電路的示例。這些圖中表示的接收電路與圖18a，18b和19的接收電路具有相似之處，其中包括com開(kāi)關(guān)的附加元件。

圖42a和42b包括線性探頭303和調(diào)諧諧振器306。圖43是根據(jù)本公開(kāi)的各種實(shí)施例的磁性線圈309。根據(jù)各種實(shí)施例，可以使用線性探頭303、調(diào)諧諧振器306和磁線圈309中的每一個(gè)來(lái)接收在有損導(dǎo)電介質(zhì)203(圖41)的表面上以引導(dǎo)表面波的形式傳輸?shù)墓β?。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，有損導(dǎo)電介質(zhì)203包括陸地介質(zhì)。電負(fù)載315通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318(例如，電壓調(diào)節(jié)器)耦合到輸出端子312。

當(dāng)如上所述線性探頭303經(jīng)歷引導(dǎo)表面波時(shí)，跨越輸出端子312產(chǎn)生電壓，根據(jù)情況，電壓可通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318施加到電負(fù)載315。為了便于向電負(fù)載315的功率流動(dòng)，如下所述，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318提供電負(fù)載315和線性探頭303之間的阻抗匹配。

此外，可變控制負(fù)載zc與電負(fù)載315并聯(lián)耦合。com開(kāi)關(guān)7210可以包括例如手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)、固態(tài)設(shè)備、由計(jì)算設(shè)備控制的開(kāi)關(guān)、或被配置為斷開(kāi)和閉合電路開(kāi)關(guān)的其它裝置。在本實(shí)施例中，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7210閉合時(shí)，可變控制負(fù)載zc的組合阻抗將是z1和z2的組合阻抗，并且僅當(dāng)com開(kāi)關(guān)7210斷開(kāi)時(shí)為z1的阻抗。通過(guò)調(diào)制com開(kāi)關(guān)7210在斷開(kāi)和閉合之間的狀態(tài)，由于可變控制負(fù)載zc的阻抗變化，相應(yīng)地調(diào)節(jié)由可變控制負(fù)載zc和電負(fù)載315呈現(xiàn)的總負(fù)載。在替代實(shí)施例中，可以省略阻抗z1，使得耦合到調(diào)諧諧振器306的總負(fù)載在單獨(dú)的電負(fù)載315(com開(kāi)關(guān)使得通過(guò)阻抗z1路徑斷開(kāi))與阻抗z2和電負(fù)載315并聯(lián)之間變化。通過(guò)改變與電負(fù)載315并聯(lián)的阻抗，com開(kāi)關(guān)調(diào)制耦合到線性探頭303的總電負(fù)載。此外，可以有許多其他調(diào)節(jié)負(fù)載的方式，如可以理解的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，電負(fù)載315可以不是電路的一部分。在這種情況下，可變控制負(fù)載zc將是耦合到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)318的唯一負(fù)載。

參見(jiàn)圖42b，調(diào)諧諧振器306包括在有損導(dǎo)電介質(zhì)203上方升高的充電端子tr。充電端子tr具有自電容cr。此外，取決于有損導(dǎo)電介質(zhì)203之上的充電端子tr的高度，還可以在充電端子tr和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間存在結(jié)合電容(未示出)。結(jié)合電容應(yīng)優(yōu)選盡可能多最小化為，盡管在多相波導(dǎo)探頭的每個(gè)實(shí)例中這可能不是完全必要的。

調(diào)諧諧振器306還包括線圈lr。線圈lr的一端耦合到充電端子tr，線圈lr的另一端耦合到有損導(dǎo)電介質(zhì)203。為此，調(diào)諧諧振器306(其也可以稱為調(diào)諧諧振器lr-cr)包括串聯(lián)調(diào)諧諧振器，由于充電端子cr和線圈lr串聯(lián)放置。調(diào)諧諧振器306通過(guò)調(diào)整充電端子tr的尺寸和/或高度來(lái)調(diào)節(jié)和/或調(diào)節(jié)線圈lr的尺寸來(lái)調(diào)諧，從而基本上消除了結(jié)構(gòu)的無(wú)功阻抗。

例如，由自電容cr呈現(xiàn)的電抗計(jì)算為1/(jωcr)。注意，調(diào)諧諧振器306的總電容還可以包括充電端子tr和有損耗導(dǎo)電介質(zhì)203之間的電容，其中調(diào)諧諧振器306的總電容可以從自電容cr和任何結(jié)合的電容兩者計(jì)算，如可以理解的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電端子tr可以升高到高度，以便基本上減少或消除任何結(jié)合的電容。可以通過(guò)充電端子tr和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間的電容測(cè)量來(lái)確定結(jié)合電容的存在。

由離散元件線圈lr呈現(xiàn)的感抗可以被計(jì)算為jωl，其中l(wèi)是線圈lr的集總元件電感。如果線圈lr是分布式元件，其等效端點(diǎn)感抗可以通過(guò)常規(guī)方法來(lái)確定。為了調(diào)諧調(diào)諧諧振器306，可以進(jìn)行調(diào)整，使得由線圈lr呈現(xiàn)的感抗等于由調(diào)諧諧振器306呈現(xiàn)的電容電抗，使得調(diào)諧諧振器306的所得凈電抗在操作頻率處基本上為零。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324(或電壓調(diào)節(jié)器)可以插入在探頭端子321和電負(fù)載327之間，以便實(shí)現(xiàn)用于向電負(fù)載327傳遞最大功率的共軛匹配條件。此外，線圈lr被調(diào)整使得耦合在充電端子tr和有損導(dǎo)電介質(zhì)203之間的結(jié)果接收者網(wǎng)絡(luò)具有與入射引導(dǎo)表面波相關(guān)聯(lián)的波傾斜角(ψ)匹配的相位延遲(φ)，波傾斜角(ψ)至少部分地基于如上所述的調(diào)諧諧振器306附近的有損導(dǎo)電介質(zhì)203的特性。

當(dāng)存在如上所述在調(diào)諧諧振器306的頻率下產(chǎn)生的引導(dǎo)表面波時(shí)，最大功率將從表面導(dǎo)波傳遞到電負(fù)載327。也就是說(shuō)，一旦在調(diào)諧諧振器306和電負(fù)載327之間建立共軛阻抗匹配，將功率從結(jié)構(gòu)傳送到電負(fù)載327。為此，電負(fù)載327可以通過(guò)磁耦合、電容耦合或?qū)щ?直接抽頭)耦合耦合到調(diào)諧諧振器306。耦合網(wǎng)絡(luò)的元件可以是集中的組件或分布式元件，如可以理解的。在圖42b所示的實(shí)施例中，使用磁耦合，其中線圈ls相對(duì)于用作變壓器初級(jí)線圈的線圈lr定位為次級(jí)。線圈ls可以通過(guò)圍繞相同的芯結(jié)構(gòu)幾何地纏繞線圈lr并且調(diào)節(jié)耦合的磁通量而鏈接耦合，如可以理解的。此外，雖然調(diào)諧諧振器306包括串聯(lián)調(diào)諧諧振器，但也可以使用并聯(lián)調(diào)諧諧振器或甚至分布元件諧振器。

com開(kāi)關(guān)7220與電負(fù)載327和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324并聯(lián)耦合。com開(kāi)關(guān)7220可以包括例如手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)、固態(tài)設(shè)備、由計(jì)算設(shè)備控制的開(kāi)關(guān)或被配置為斷開(kāi)和閉合電路開(kāi)關(guān)的其它裝置。因此，在該非限制性示例中，連接阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324和電負(fù)載327的電路包括可變控制負(fù)載zc，其包括并聯(lián)連接的電阻器r1和r2。在該實(shí)施例中，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7220閉合時(shí)，電路的組合阻抗將是r1和r2的組合電阻，并且僅當(dāng)com開(kāi)關(guān)7220斷開(kāi)時(shí)，是r1的電阻。通過(guò)調(diào)制開(kāi)關(guān)7220在斷開(kāi)和閉合之間的狀態(tài)，由于可變控制負(fù)載zc的阻抗變化，相應(yīng)地調(diào)制由可變控制負(fù)載zc和電負(fù)載327呈現(xiàn)的總負(fù)載。在替代實(shí)施例中，可以省略電阻器r1，使得耦合到調(diào)諧諧振器306的總負(fù)載在單獨(dú)的電負(fù)載327(com開(kāi)關(guān)使得通過(guò)電阻器r1的路徑斷開(kāi))和與電阻器r2與電負(fù)載315并聯(lián)之間變化。通過(guò)改變與電負(fù)載315并聯(lián)的電阻，com開(kāi)關(guān)調(diào)制耦合到線性探頭303的最終總電負(fù)載。此外，可以有許多其它調(diào)節(jié)負(fù)載的方式，如可以理解的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，電負(fù)載327可以不是電路的一部分。在這種情況下，可變控制負(fù)載zc將是耦合到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324的唯一負(fù)載。

參考圖圖43，磁線圈309包括通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333耦合到電負(fù)載336的接收電路。為了便于從引導(dǎo)表面波接收和/或提取功率，可以將磁性線圈309定位使得引導(dǎo)表面波的磁通量通過(guò)磁性線圈309，從而在電磁線圈309中引起電流并在其輸出端330產(chǎn)生端點(diǎn)電壓。

假定由磁性線圈309和電負(fù)載336呈現(xiàn)的所得到的電路通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)和共軛阻抗匹配，則可以采用在磁線圈309中感應(yīng)的電流來(lái)最佳地為電負(fù)載336供電。由磁線圈309呈現(xiàn)的接收電路提供的優(yōu)點(diǎn)在于其不必物理地連接到地。

com開(kāi)關(guān)7310與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333和電負(fù)載336并聯(lián)耦合。com開(kāi)關(guān)7310可以包括例如手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)、固態(tài)設(shè)備、由計(jì)算設(shè)備控制的開(kāi)關(guān)或被配置為斷開(kāi)和閉合電路開(kāi)關(guān)的其它裝置。如圖所示，連接阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)333和電負(fù)載336的電路可以包括并聯(lián)連接的電阻器r1和r2形式的阻抗的可變控制負(fù)載zc。在本實(shí)施例中，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7310閉合時(shí)，可變控制負(fù)載zc的組合阻抗將是r1和r2的組合電阻，并且僅當(dāng)com開(kāi)關(guān)7310斷開(kāi)時(shí)為r1的電阻。通過(guò)調(diào)制com開(kāi)關(guān)7310在斷開(kāi)和閉合之間的狀態(tài)，由于控制負(fù)載zc的阻抗變化，相應(yīng)地調(diào)制包括可變控制負(fù)載zc和電負(fù)載336的總負(fù)載。在替代實(shí)施例中，可以省略電阻器r1，使得耦合到磁性線圈309的總負(fù)載在單獨(dú)的電負(fù)載336(com開(kāi)關(guān)使得通過(guò)電阻器r1的路徑斷開(kāi))與電阻器r2和電負(fù)載336并聯(lián)之間變化。通過(guò)改變與電負(fù)載336并聯(lián)的電阻，com開(kāi)關(guān)7310調(diào)制耦合到線性探頭303的最終總電負(fù)載。此外，可以存在很多其他調(diào)節(jié)負(fù)載的方式，如可以理解的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，電負(fù)載336可以不是電路的一部分。在這種情況下，可變控制負(fù)載zc將是耦合到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)324的唯一負(fù)載。

參考圖圖42a，42b和43，由線性探頭303、調(diào)諧諧振器306和磁性線圈309呈現(xiàn)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)每個(gè)便于接收從上述引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的任一實(shí)施例傳輸?shù)碾姽β省榇?，所接收的能量可以用于為電?fù)載315/327/336供電。這與可能以輻射電磁場(chǎng)的形式傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)中可能接收的信號(hào)形成對(duì)比。這種信號(hào)具有非常低的可用功率，并且這種信號(hào)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)不加載發(fā)射機(jī)。

通過(guò)調(diào)制由線性探頭303、調(diào)諧諧振器306和使用com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310的電磁線圈309所呈現(xiàn)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)所繪制的負(fù)載，可以通過(guò)引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭7100(圖41)的電流表236(圖41)檢測(cè)相應(yīng)的電流變化。

例如，數(shù)據(jù)可以被編碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后可以將其轉(zhuǎn)換成由編碼技術(shù)定義的符號(hào)。符號(hào)將各自對(duì)應(yīng)于不同的當(dāng)前狀態(tài)，例如振幅狀態(tài)、頻率狀態(tài)、相位狀態(tài)或另一狀態(tài)。com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310可以根據(jù)符號(hào)的采樣來(lái)調(diào)制電負(fù)載315/327/336以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)。然后，電流計(jì)236將對(duì)檢測(cè)到的電流進(jìn)行采樣以獲得嵌入符號(hào)，并重新捕獲符號(hào)。也可以使用其他方法來(lái)通過(guò)調(diào)制電負(fù)載315/327/336來(lái)嵌入調(diào)制信號(hào)，如可以理解的。

移動(dòng)到圖44a-44c，示出了通過(guò)與引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)通信耦合的諸如線性探頭303(圖42a)、調(diào)諧諧振器306(圖42b)或根據(jù)各種實(shí)施例的磁性線圈309(圖43)的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭7100(圖41)的電流表236(圖41)所觀察到的調(diào)制電流的示例圖。在圖44a中，示例性引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)具有由電負(fù)載315/327/336(圖42a/42b/43)呈現(xiàn)的總負(fù)載的電路和具有com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310的控制負(fù)載zc(圖42a/42b/43)，如上所述。因此，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310在連接狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)之間移動(dòng)時(shí)，電流表236觀察到的電流在電流電平c1和c2之間交替。

在圖44b中，示例性引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)具有由電負(fù)載315/327/336呈現(xiàn)的總負(fù)載和具有串聯(lián)連接到單個(gè)電阻器r1的com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310的控制負(fù)載zc的電路。因此，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310在連接狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)之間移動(dòng)時(shí)，由電流表236觀察到的電流在表示閉合電路的電流電平c1和指示開(kāi)路的無(wú)電流之間交替。根據(jù)圖圖44a和24b中討論的實(shí)施例，可以對(duì)由電流表236檢測(cè)到的電流進(jìn)行采樣，并且可以通過(guò)觀察或處理電流的包絡(luò)來(lái)檢測(cè)嵌入符號(hào)。然后，這些符號(hào)將被解調(diào)器7110轉(zhuǎn)換成嵌入數(shù)據(jù)。

在圖44c中，示例性引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)具有由電負(fù)載315/327/336呈現(xiàn)的總負(fù)載和具有串聯(lián)連接到單個(gè)電阻器r1的com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310的控制負(fù)載zc的電路。因此，當(dāng)com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310在連接狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)之間移動(dòng)時(shí)，由電流表236觀察到的電流在指示閉合電路的電流c1和指示開(kāi)路的無(wú)電流之間交替。根據(jù)圖44a-44c中討論的實(shí)施例，可以對(duì)由電流計(jì)236檢測(cè)到的電流進(jìn)行采樣，并且可以通過(guò)觀察或處理電流的包絡(luò)來(lái)檢測(cè)嵌入符號(hào)。在示例性示例中，可以處理由電流表236檢測(cè)到的電流的相位電平pl1、pl2、pl3，以確定嵌入信號(hào)，如圖44c所示。然后，這些符號(hào)將被解調(diào)器7110轉(zhuǎn)換成嵌入數(shù)據(jù)。

接下來(lái)參考圖45，示出了根據(jù)各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)和相關(guān)電路的一部分的操作的一個(gè)示例的流程圖。從框7503開(kāi)始，使用引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)303/306/309接收引導(dǎo)表面波形式的電能。接下來(lái)，在框7505中，將電能提供給耦合到引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)303/306/309的電負(fù)載。在框7507中，通過(guò)控制負(fù)載電路(例如，耦合到可變阻抗控制負(fù)載zc的com開(kāi)關(guān)7210/7220/7310)基于數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)調(diào)制或改變耦合到引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)303/306/309的總負(fù)載，其中總負(fù)載由電負(fù)載315/327/336和可變控制負(fù)載zc呈現(xiàn)。或者，在相應(yīng)電路中不存在電氣負(fù)載315/327/336的情況下，可變控制負(fù)載zc將包括耦合到相應(yīng)的引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)303/306/309的整個(gè)負(fù)載。相應(yīng)地，在框7509中，在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p處，可以檢測(cè)產(chǎn)生引導(dǎo)表面波的引導(dǎo)波導(dǎo)探頭p的電流的調(diào)制。然后，在框7511中，可以確定對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)信號(hào)的至少一部分的在引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p處嵌入電流的符號(hào)或值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，不同的電流電平(c1或c2)可以對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)字(0或1)。在其他實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)的不同相位電平或頻率電平可對(duì)應(yīng)于不同的二進(jìn)制數(shù)字。因此，可以從信號(hào)中獲得數(shù)據(jù)。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)本公開(kāi)的上述實(shí)施例僅是為了清楚地理解本公開(kāi)的原理而提出的實(shí)現(xiàn)的可能的示例。可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例做出許多變化和修改而不實(shí)質(zhì)上脫離本公開(kāi)的精神和原理。所有這種修改和變化在這里意在包括在本公開(kāi)的范圍內(nèi)并由以下權(quán)利要求保護(hù)。另外，描述的實(shí)施例和從屬權(quán)利要求的所有可選的和優(yōu)選的特征和修改可用于在這里教導(dǎo)的本公開(kāi)的所有方面。此外，從屬權(quán)利要求的單獨(dú)的特征，以及描述的實(shí)施例的所有可選的和優(yōu)選的特征和修改是彼此可組合和可互換的。