相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月11日提交的名稱為“variablefrequencyreceiversforguidedsurfacewavetransmissions”的美國臨時(shí)專利申請no.62/049,175以及于2015年9月8日提交的題為“variablefrequencyreceiversforguidedsurfacewavetransmissions”的美國專利申請no.14/847,639的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

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

背景技術(shù)：

近百年來，通過無線電波發(fā)送的信號涉及使用傳統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)啟動的輻射場。相比無線電科學(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，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：

根據(jù)本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一種裝置包括：引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)，被配置為從沿著地面介質(zhì)行進(jìn)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；從與沿著所述地面介質(zhì)行進(jìn)的所述引導(dǎo)表面波的傳輸相關(guān)聯(lián)的多個(gè)可用頻率中識別至少一個(gè)頻率的處理電路；以及調(diào)整所述引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)經(jīng)由所述地面介質(zhì)接收所述傳輸?shù)念l率到所述至少一個(gè)頻率的處理電路。

調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)接收傳輸?shù)念l率的處理電路還可以包括調(diào)整可變電容器的電容或可變電感器的電感的處理電路。在各種實(shí)施例中，該裝置還可以包括場傳感器或譜分析器，其被配置為至少識別多個(gè)可用頻率中的至少一個(gè)頻率。引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)還可以包括線性探頭、調(diào)諧諧振器和磁線圈中的至少一個(gè)。調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)接收傳輸?shù)念l率可以由處理電路以編程方式執(zhí)行。

在本公開的另外的實(shí)施例中，描述了一種方法，包括：使用引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)接收以引導(dǎo)表面波的形式的電能；從與沿著地面介質(zhì)的多個(gè)引導(dǎo)表面波的傳輸相關(guān)聯(lián)的多個(gè)可用頻率中識別至少一個(gè)頻率；通過所述引導(dǎo)表面波接收器調(diào)整所述引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)經(jīng)由所述地面介質(zhì)接收所述傳輸?shù)念l率到所述至少一個(gè)頻率；以及將電能供應(yīng)到耦合到所述引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的電負(fù)載。

調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)接收傳輸?shù)念l率可以進(jìn)一步包括調(diào)整可變電容器的電容或可變電感器的電感。在各種實(shí)施例中，該方法還包括識別多個(gè)可用頻率中的至少一個(gè)頻率。引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)還可以包括以下中的至少一個(gè)：線性探頭、調(diào)諧諧振器和磁線圈。調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)接收傳輸?shù)念l率可以由處理電路以編程方式執(zhí)行。

本公開的另外的實(shí)施例描述了一種系統(tǒng)，包括：用于從沿地面介質(zhì)行進(jìn)的引導(dǎo)表面波獲得電能并將電能提供給電負(fù)載的裝置，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；用于從與沿所述地面介質(zhì)行進(jìn)的所述引導(dǎo)表面波的傳輸相關(guān)聯(lián)的多個(gè)可用頻率中識別至少一個(gè)頻率的裝置；以及用于調(diào)整所述系統(tǒng)經(jīng)由所述地面介質(zhì)接收所述傳輸?shù)念l率到所述至少一個(gè)頻率的裝置。

用于調(diào)整系統(tǒng)接收傳輸?shù)念l率的裝置還可以包括用于調(diào)整可變電容器的電容或可變電感器的阻抗的裝置。此外，所述系統(tǒng)可以包括用于從所述多個(gè)可用頻率中識別所述至少一個(gè)頻率的裝置，其中，用于從所述多個(gè)可用頻率中識別所述至少一個(gè)頻率的裝置還包括場強(qiáng)計(jì)或譜分析器。

用于從引導(dǎo)表面波獲得電能的裝置還可以包括以下中的至少一個(gè)：線性探頭、調(diào)諧諧振器和磁線圈。用于調(diào)整系統(tǒng)接收傳輸?shù)念l率的裝置還可以包括被配置為以編程方式調(diào)整頻率的處理電路。

附圖說明

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

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

圖2是圖示根據(jù)本公開的各種實(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是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的針對圖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)離漸近線的幅值的實(shí)例的繪圖。

圖5a和5b是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭合成的電場的復(fù)數(shù)入射角的圖。

圖6是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的在圖5a的電場以布魯斯特角與損耗傳導(dǎo)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)本公開的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的實(shí)例的圖形表示。

圖8a到8c是圖示根據(jù)本公開的各種實(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實(shí)例的圖形表示。

圖9a和9b是圖示根據(jù)本公開的各種實(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)典傳輸線模型的實(shí)例的圖形表示。

圖10是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的調(diào)整圖3和7的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭以沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面啟動引導(dǎo)表面波的實(shí)例的流程圖。

圖11是圖示根據(jù)本公開的各種實(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)系的實(shí)例的繪圖。

圖12是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的實(shí)例的圖。

圖13是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的按照復(fù)數(shù)布魯斯特角入射合成電場、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)本公開的各種實(shí)施例的圖12的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的實(shí)例的圖形表示。

圖15a包括根據(jù)本公開的各種實(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)部分的實(shí)例的繪圖。

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

圖16是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭的實(shí)例的圖。

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

圖18a到18c示出根據(jù)本公開的各種實(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)的實(shí)例。

圖18d是圖示根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的調(diào)整接收結(jié)構(gòu)的實(shí)例的流程圖。

圖19示出根據(jù)本公開的各種實(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)的實(shí)例。

圖20示出根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭和引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖21示出了根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的可用于接收由引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭發(fā)射的引導(dǎo)表面波的形式傳輸?shù)哪芰康目勺冾l率接收器的示例。

圖22是示出根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)為可變頻率接收器的部分的功能的一個(gè)示例的流程圖。

圖23是根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的圖21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)示例說明的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

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

如在這里考慮的，輻射電磁場包括以不與波導(dǎo)綁定的波的形式從源結(jié)構(gòu)發(fā)出的電磁能。例如，輻射電磁場通常是離開諸如天線的電氣結(jié)構(gòu)、并通過大氣或者其他介質(zhì)傳播、且不與任何波導(dǎo)結(jié)構(gòu)綁定的場。一旦輻射電磁波離開諸如天線的電氣結(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)，以通過最大化輻射電阻對結(jié)構(gòu)損耗電阻的比率，來輻射電磁場。輻射能在空間中擴(kuò)散并丟失，而無論是否存在接收器。輻射場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“輻射”指的是電磁傳播的該形式。

引導(dǎo)電磁場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)電磁場是與波導(dǎo)綁定的電磁場，且其可被特征化為由波導(dǎo)中流動的電流傳送。如果沒有負(fù)載來接收和/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)生器以生成通過沒有電負(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)沿著有限長度波導(dǎo)傳播。因此，術(shù)語“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)為單位的場強(qiáng)的曲線圖100，以進(jìn)一步圖示輻射電磁場和引導(dǎo)電磁場之間的區(qū)別。圖1的曲線圖100示出引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103，該曲線示出作為距離的函數(shù)的引導(dǎo)電磁場的場強(qiáng)。該引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103基本上與傳輸線模式相同。此外，圖1的曲線圖100示出輻射場強(qiáng)曲線106，該曲線示出作為距離的函數(shù)的輻射電磁場的場強(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。輻射場強(qiáng)曲線106幾何地下降(1/d，其中d是距離)，這在對數(shù)-對數(shù)尺度上描繪為直線。另一方面，引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103具有的特性指數(shù)衰減，并在對數(shù)-對數(shù)尺度上展現(xiàn)有區(qū)別的拐點(diǎn)109。引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103和輻射場強(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)電磁場的場強(qiáng)在大部分位置顯著地大于輻射電磁場的場強(qiáng)。在大于相交距離的距離時(shí)，情況相反。因此，引導(dǎo)場強(qiáng)曲線和輻射場強(qiáng)曲線103和106進(jìn)一步圖示引導(dǎo)電磁場和輻射電磁場之間的基本傳播差。對于引導(dǎo)電磁場和輻射電磁場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，其是波動方程，分析上從施加于該問題的邊界條件得出。用于波動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)場被稱為輻射場，且那些傳播場被稱作“赫茲波”。但是，在傳導(dǎo)邊界的存在時(shí)，波動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sommerfeld,a.，“uberdieausbreitungderwelleninderdrahtlosentelegraphie”，annalenderphysik，vol.28,1909，pp.665-736做出參考。還參見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)通過引用完全包括于此。

術(shù)語“地波”和“表面波”標(biāo)識兩個(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)地與來自無線電廣播的現(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，而不啟動引導(dǎo)表面波。

綜上所述，首先，與分支切割積分對應(yīng)的波數(shù)特征值譜的連續(xù)部分產(chǎn)生輻射場，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)一步說明，對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)波動方程的連續(xù)特征值，其是輻射場，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)維持啟動通過有損均勻介質(zhì)的平面或者球面的、開放表面引導(dǎo)波的假定的可能性，但是一百多年來工程領(lǐng)域還沒有已知的結(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，并且還沒有已知的結(jié)構(gòu)用于實(shí)際上實(shí)現(xiàn)通過有損均勻介質(zhì)的平面或者球面的開放表面引導(dǎo)波的啟動。

根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，描述了各種引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭，其配置為沿著損耗傳導(dǎo)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。這種引導(dǎo)電磁場實(shí)質(zhì)上在幅值和相位上與損耗傳導(dǎo)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)合場實(shí)質(zhì)上與損耗傳導(dǎo)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)，所以沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面啟動具有引導(dǎo)表面波的形式的引導(dǎo)電磁場。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，損耗傳導(dǎo)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指定的損耗傳導(dǎo)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例如可以包括任何損耗傳導(dǎo)介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)例中，這種損耗傳導(dǎo)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)僅對于在復(fù)數(shù)布魯斯特角的入射到達(dá)零。參見stratton,j.a.，electromagnetictheory，mcgraw-hill，1941，p.516。

根據(jù)各種實(shí)施例，本公開提出了各種引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭，其產(chǎn)生與包括區(qū)域1的損耗傳導(dǎo)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。根據(jù)各種實(shí)施例，這種電磁場實(shí)質(zhì)上合成按照可以導(dǎo)致零反射的損耗傳導(dǎo)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和磁場分量表示：

在其中假定e^jωt場變化且其中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和磁場分量表示：

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)變元漢克爾函數(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)通過在區(qū)域1和2之間的界面以上和以下分離波動方程、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)鞑ィ掖怪庇诮缑嬷笖?shù)地衰減。這已知為光衰(evanescence)。

因此，等式(1)-(3)可以被看作圓柱對稱的、徑向傳播的波導(dǎo)模式。參見barlow,h.m.，和brown,j.，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.10-12，29-33。本公開詳述激勵(lì)該“開放邊界”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損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，地面)表示的平面的垂直軸z在損耗傳導(dǎo)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的實(shí)例。該損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203組成區(qū)域1，且第二介質(zhì)206組成區(qū)域2并與損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203共享邊界界面。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，損耗傳導(dǎo)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，損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203可以包括地球之外的某些介質(zhì)，無論自然出現(xiàn)或者人造的。在其他實(shí)施例中，損耗傳導(dǎo)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)。

在損耗傳導(dǎo)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可以包括相對于損耗傳導(dǎo)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。取決于電場(e)的入射角度(θi)，可能將電場與包括區(qū)域1的損耗傳導(dǎo)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中的磁場強(qiáng)度。等式(13)暗示等式(1)-(3)中指定的電場和磁場可以導(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(對于ρ＜＜λ)，以上等式(14)具有特性：

負(fù)號指的是當(dāng)源電流(io)垂直向上流動時(shí)，如圖3所示，“趨近”地電流向內(nèi)徑向流動。通過關(guān)于hφ“趨近”的場匹配，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)表示的場具有對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。參見barlow,h.m.和brown,j.,，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.1-5。

在這點(diǎn)上，對于波動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harrington,r.f.，time-harmonicfields，mcgraw-hill，1961，pp.460-463。

該是可以從它的大變元漸近線性態(tài)識別的輸出波，它的大變元漸近線性態(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)的解能通過等式(20a)被確定為

趨近引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭(對于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的具有相等幅值。

因此，超出漢克爾相交點(diǎn)，“遠(yuǎn)離”表示相對于漢克爾函數(shù)的“趨近”表示占據(jù)主導(dǎo)?？梢酝ㄟ^對于-jγρ令等式(20b)和(21)相等，并求解rx，來求出到漢克爾相交點(diǎn)的距離(或者漢克爾相交距離)。對于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。還應(yīng)當(dāng)注意，漢克爾函數(shù)漸近線也隨著損耗傳導(dǎo)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)的幅值的繪圖的實(shí)例。曲線115是等式(20b)的遠(yuǎn)離漸近線的幅值，且曲線118是等式(21)的趨近漸近線的幅值，其中在rx＝54英尺的距離出現(xiàn)漢克爾相交點(diǎn)121。當(dāng)幅值相等時(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。

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是電場的入射角。另外，等式(3)的模式匹配的電場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τ谠诖蠹s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的實(shí)例理解，在圖3中，充電端子t1在損耗傳導(dǎo)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)生的電場的射線光學(xué)解釋。因?yàn)樵诠鈱W(xué)中，最小化入射電場的反射可以改進(jìn)和/或最大化耦合到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式中的能量。對于平行于入射面(不是邊界界面)極化的電場(e||)，可以使用fresnel反射系數(shù)來確定入射電場的反射量，fresnel反射系數(shù)可表示為：

其中θi是針對表面法線測量的常規(guī)的入射角。

在圖5a的實(shí)例中，射線光學(xué)解釋示出平行于具有針對表面法線測量的入射角θi的入射面極化的入射場。當(dāng)γ||(θi)＝0時(shí)將沒有入射電場的反射，且因此入射電場將沿著損耗傳導(dǎo)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。回去參考等式(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)建電場矢量e：

幾何上，圖5a的圖示提出電場矢量e可以由下式給出：

eρ(ρ,z)＝e(ρ,z)cosθi，和(28a)

這意味著場比率是：

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

其是復(fù)數(shù)且具有幅值和相位兩者。對于區(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圖示了電磁波的等相表面和它們對于徑向圓柱引導(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：

通過調(diào)整等式(22)的復(fù)數(shù)場比率，可以合成入射場以按照復(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。對于具有物理高度(或者長度)hp(或者長度)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)的源分布的幅值和相位，所以有效高度(或者長度)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，且被歸一化為通過該結(jié)構(gòu)的基極(或者輸入)向上流動的地電流(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的實(shí)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，且λp是從速度因數(shù)vf產(chǎn)生導(dǎo)致的傳播波長。相對于地(樁)電流i0測量相位延遲。

另外，沿著垂直饋線導(dǎo)體的長度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)體長度lw之間的差值遠(yuǎn)小于供應(yīng)頻率處的波長(λ0)。結(jié)果，通過線圈和垂直饋線導(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)其中相對于地(樁)電流i0測量總相位延遲φ。因此，對于物理高度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，以使得源場匹配導(dǎo)線表面波導(dǎo)模式，并使得在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203上啟動引導(dǎo)表面波。

在圖5a的實(shí)例中，射線光學(xué)用于圖示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(e)的復(fù)數(shù)角度三角學(xué)。從等式(26)回想，對于損耗傳導(dǎo)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是從損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面測量的布魯斯特角。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損耗傳導(dǎo)介質(zhì)表面的長度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之間的損耗傳導(dǎo)介質(zhì)表面127之間測量的復(fù)數(shù)布魯斯特角ψi,b。對于位于物理高度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)生的電場在漢克爾相交距離rx，處并以布魯斯特角對于該損耗傳導(dǎo)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損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203交叉。圖6圖形地圖示減小充電端子t1的物理高度對于以布魯斯特角入射電場的距離的影響。隨著高度從h3通過h2減小到h1，電場以布魯斯特角與損耗傳導(dǎo)介質(zhì)(例如，大地)交叉的點(diǎn)移動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，損耗傳導(dǎo)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)布魯斯特角照射損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面的波對應(yīng)的波傾斜的電場，由此通過實(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的實(shí)例的圖形表示。ac源212用作充電端子t1的激勵(lì)源，其通過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。在其它實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過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)上正交由損耗傳導(dǎo)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)上與由損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203表示的平面正交。第二介質(zhì)206位于損耗傳導(dǎo)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的實(shí)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來調(diào)整。線圈215可以通過在線圈215的下部的抽頭227由ac源212在操作頻率處致能。在其它實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過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、損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的條件(例如，土壤導(dǎo)電率σ和相對介電常數(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和相對介電常數(shù)εr可以通過損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的測試測量來確定。從表面法線測量的復(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)。

還可以通過對于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅值相等，并求解如圖4所示的rx，來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)的幅值、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，以對于強(qiáng)加在端子上的電荷q1提供充分大的表面?？偟膩碚f，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，將其通過引用完全包括于此。對于具有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。基于該關(guān)系，螺旋線圈的電長度，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更易于通過實(shí)驗(yàn)測量獲得。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)體的垂直長度(或者高度)，且a是半徑(以mk為單位)。對于螺旋線圈，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，且λw是從速率因數(shù)vw導(dǎo)致的傳播波長。對于均勻圓柱導(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：

其中對于均勻圓柱導(dǎo)體vw≈0.94對于均勻圓柱導(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?，來確定相位延遲。

利用位于如圖3所示的損耗傳導(dǎo)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)生的電場耦合到沿著損耗傳導(dǎo)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的位置的過度線圈長度可以被去除，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。

在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面上耦合到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式可以通過針對與充電端子t1上的電荷q1相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)鏡像平面、對于駐波諧振調(diào)諧引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200來改進(jìn)和/或優(yōu)化。通過這樣做，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檢查區(qū)域1中的損耗傳導(dǎo)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的電勢加上它下面的感應(yīng)的“積累”電荷的電勢的疊加促使完美導(dǎo)電平面的零等勢面。描述完美導(dǎo)電平面以上的區(qū)域中的場的邊界值問題解可以使用鏡像電荷的經(jīng)典概念而獲得，其中來自升高的電荷的場與來自完美導(dǎo)電平面之下的相應(yīng)的“鏡像”電荷的場疊加。

該分析還可以通過假定引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200之下的有效鏡像電荷q1'的存在而針對損耗傳導(dǎo)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，如它們在完美導(dǎo)體的情況下那樣。而是，損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，陸地介質(zhì))表示相移鏡像。就是說，鏡像電荷q1'在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面(或者物理邊界)以下的復(fù)數(shù)深度。對于復(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”具有幅值和相位兩者)出現(xiàn)。對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。在損耗傳導(dǎo)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中圖示的損耗傳導(dǎo)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實(shí)例，且圖9b圖示包括圖8c的短路傳輸線的等效經(jīng)典傳輸線模型的實(shí)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(或者損耗傳導(dǎo)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度h的線圈215(圖7)的電長度，θy＝βwhw是以度表示的物理長度hw的垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)的電長度，且θd＝βod/2是鏡像地平面139和大地133(或者損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203)的物理邊界136之間的相移。在圖9a和圖9b的實(shí)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”到損耗傳導(dǎo)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?，在低損耗情況下，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”到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的物理邊界136處的阻抗的共軛。通過調(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/或最大化沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，大地)的表面的、探頭的電場到引導(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，通過饋送網(wǎng)絡(luò)209移動的行波的相位延遲匹配與損耗傳導(dǎo)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損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203啟動行波。一旦對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)可以電氣地長于組合的兩個(gè)物理長度。這在圖9a和圖9b圖示，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，圖示調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200(圖3和圖7)以實(shí)質(zhì)上模式匹配到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的實(shí)例，該引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式啟動沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(圖3)的表面的引導(dǎo)表面行波。以153開始，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的充電端子t1位于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203以上的限定高度。利用損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的特性和引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200的工作頻率，可以通過對于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅值相等，并求解圖4所示的rx，來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)啟動表面波時(shí)，接下來考慮該角(或者相位)關(guān)系。例如，可以通過改變線圈215(圖7)的幾何參數(shù)和/或垂直饋線導(dǎo)體221(圖7)的長度(或者高度)，來調(diào)整電相位延遲φ＝θc+θy。通過匹配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，以激勵(lì)表面波導(dǎo)模式和沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203啟動行波。

接下來在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)以及可以測量的損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，大地)的值確定。使用該深度，可以使用θd＝βod/2確定損耗傳導(dǎo)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”到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的阻抗(zin)?？梢钥紤]該諧振關(guān)系，以最大化啟動的表面波。

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)?？梢允褂玫仁?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。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”到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的物理邊界136處的阻抗的共軛?？梢酝ㄟ^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，來調(diào)整負(fù)載阻抗zl。可以采用迭代方案，來調(diào)諧負(fù)載阻抗zl以，用于等效鏡像平面模型相對于導(dǎo)電鏡像地平面139(或者130)的諧振。以該方式，沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，大地)的表面的電場到引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的耦合可以改進(jìn)和/或最大化。

這可以通過圖示具有數(shù)字實(shí)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的工作頻率(fo)通過螺旋線圈和垂直饋線導(dǎo)體激勵(lì)充電端子t1。對于16英尺的高度(h1)和具有相對介電常數(shù)εr＝15和導(dǎo)電率σ1＝0.010mhos/m的損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，大地)，可以對于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，提供更大場強(qiáng)和行波的激勵(lì)。

波長度可以確定為：

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。為圖示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”到損耗傳導(dǎo)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)

通過匹配“向下看”到損耗傳導(dǎo)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。這可以通過調(diào)整充電端子t1的電容來實(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，通過將充電端子電容(ct)調(diào)整到61.8126pf，來自等式(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、且探頭結(jié)構(gòu)相對于在復(fù)數(shù)深度z＝-d/2處的完美導(dǎo)電鏡像地平面諧振時(shí)，場實(shí)質(zhì)上被模式匹配到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的表面啟動引導(dǎo)表面行波。如圖1所示，引導(dǎo)電磁場的引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103具有的特性指數(shù)衰減，且以對數(shù)-對數(shù)量級展現(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處而不是在損耗傳導(dǎo)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損耗傳導(dǎo)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。可以與一個(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，但是不限于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的特性(例如，電導(dǎo)率σ和相對介電常數(shù)εr)的改變、場強(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)率測量探頭、介電常數(shù)傳感器、地參數(shù)計(jì)、場計(jì)、電流監(jiān)視器和/或負(fù)載接收器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)、或者其它適當(dāng)?shù)挠芯€或者無線通信網(wǎng)絡(luò)。基于監(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。這可以通過例如調(diào)整θy、θc和/或ct來實(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的自電容可以通過改變端子的大小來改變。電荷分布也可以通過增加充電端子t1的大小來改進(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。在其它實(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的相位可以通過改變線圈215(圖7)上的抽頭位置、和/或通過包括沿著線圈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調(diào)整，以最大化啟動效率。

場或者場強(qiáng)(fs)計(jì)也可以圍繞引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200分布，以測量與引導(dǎo)表面波相關(guān)聯(lián)的場的場強(qiáng)。場或者fs計(jì)可以配置為檢測場強(qiáng)和/或場強(qiáng)(例如，電場強(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)、或者其它適當(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)位置的特定場強(qiáng)，以保證到接收器的適當(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，以保證波傾斜對應(yīng)于復(fù)數(shù)布魯斯特角。這可以通過調(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)整電場強(qiáng)。這可以通過調(diào)整激勵(lì)源212的輸出電壓或者通過調(diào)整或者重新配置饋送網(wǎng)絡(luò)209來實(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)維持場強(qiáng)級別可以改進(jìn)接收器的耦合，減小地電流損耗，和避免與來自其它引導(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器，處理器和存儲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。通信可以通過網(wǎng)絡(luò)，比如但是不限于lan、wlan、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、或者其它適當(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的實(shí)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(e)的射線光學(xué)解釋?；叵?，對于損耗傳導(dǎo)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)生的電場在漢克爾相交距離rx處，并以布魯斯特角入射該損耗傳導(dǎo)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圖示將充電端子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)致波傾斜入射該損耗傳導(dǎo)介質(zhì)的距離移動超出漢克爾相交點(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的實(shí)例，其包括沿著與由損耗傳導(dǎo)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)本公開的實(shí)施例，引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200c設(shè)置在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203以上。損耗傳導(dǎo)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與損耗傳導(dǎo)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位于損耗傳導(dǎo)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。互電容cm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圖示的漢克爾相交點(diǎn)121的距離處以布魯斯特角與損耗傳導(dǎo)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(或者有效地提升損耗介質(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圖示的。

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是施加到下部補(bǔ)償端子t2的相位延遲，β＝2π/λp是來自等式(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度，則可以通過將充電端子引線長度z加到充電端子t1的物理高度hp和將補(bǔ)償端子引線長度y加到補(bǔ)償端子t2的物理高度hd來說明它們，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)探頭的實(shí)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)上與由損耗傳導(dǎo)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的實(shí)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可以通過抽頭227連接在線圈215的下部兩端，如圖14所示，或者可以通過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位于損耗傳導(dǎo)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)的幅值的指示。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)的幅值的指示。

在圖14的實(shí)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可以通過在線圈215的下部的抽頭227由ac源212以操作頻率致能。在其它實(shí)現(xiàn)中，ac源212可以通過主線圈電感地耦合到線圈215。補(bǔ)償端子t2通過耦合到線圈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值的指示。替代的，可以在耦合到地樁218的導(dǎo)體周圍使用電流鉗，以獲得電流的幅值的指示。補(bǔ)償端子t2位于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，地)以上并實(shí)質(zhì)上與其平行。

在圖14的實(shí)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。在其它實(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?？梢哉{(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。漢克爾相交距離也可以通過對于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅值相等，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?？偟膩碚f，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)該是損耗傳導(dǎo)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。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可以使用等式(86)的關(guān)系來確定，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}＝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圖形地圖示的。在該固定高度，可以從re{φu}確定線圈相位φu，如繪圖175圖形地圖示的。

對于耦合到線圈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。可以選擇充電端子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?？偟膩碚f，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^調(diào)整施加到補(bǔ)償端子t2的電壓v3(例如，通過調(diào)整線圈215上的抽頭233位置)或者通過調(diào)整補(bǔ)償端子t2的高度和/或大小以調(diào)整cd，來建立并行諧振?？梢哉{(diào)整線圈抽頭233的位置以用于并行諧振，這將導(dǎo)致通過地樁218和通過電流計(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。可以調(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)生的場實(shí)質(zhì)上模式匹配到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，導(dǎo)致沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面的引導(dǎo)表面波的啟動。這可以通過測量沿著從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200延伸的徑向的場強(qiáng)來確認(rèn)。

可以通過充電端子t1的附加和/或通過抽頭224施加到充電端子t1的電壓的調(diào)整，來改變包括補(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)?？梢赃M(jìn)一步調(diào)整該系統(tǒng)，以通過迭代地調(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電流計(jì)236的地電流，來改進(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。

在其它實(shí)現(xiàn)中，來自線圈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)?？梢哉{(diào)整線圈抽頭224的位置，直到達(dá)到操作點(diǎn)為止，這導(dǎo)致通過電流計(jì)236的地電流實(shí)質(zhì)上達(dá)到最大。產(chǎn)生的場實(shí)質(zhì)上模式匹配到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式，且沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面啟動引導(dǎo)表面波。這可以通過測量沿著從引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200延伸的徑向的場強(qiáng)來確認(rèn)?？梢赃M(jìn)一步調(diào)整該系統(tǒng)，以通過迭代地調(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電流計(jì)236的地電流，來改進(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，但是不限于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的特性(例如，電導(dǎo)率σ和相對介電常數(shù)εr)的變化、場強(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)率測量探頭、介電常數(shù)傳感器、地參數(shù)計(jì)、場計(jì)、電流監(jiān)視器和/或負(fù)載接收器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的實(shí)例。引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200e設(shè)置在組成區(qū)域1的損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203以上。另外，第二介質(zhì)206共享與損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的邊界界面，并組成區(qū)域2。充電端子t1和t2位于損耗傳導(dǎo)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啟動的引導(dǎo)表面波的場強(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生成沿著損耗傳導(dǎo)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生成的電磁場實(shí)質(zhì)上與損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203模式匹配時(shí)，該電磁場實(shí)質(zhì)上合成在復(fù)數(shù)布魯斯特角入射的波前，導(dǎo)致很少或者沒有反射。因此，表面波導(dǎo)探頭200e不產(chǎn)生輻射波，但是沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面啟動引導(dǎo)表面行波。來自激勵(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)接收器。

人們可以確定損耗傳導(dǎo)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)場泵送的損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的徑向電流貢獻(xiàn)。量zρ＝j(luò)ωμo/γe是損耗傳導(dǎo)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))以在幅值和相位上盡可能接近地匹配電流漸近線。就是說，趨近|j(ρ)|是對|j1|的正切，且遠(yuǎn)離|j(ρ)|是對|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τ?imgfile="bda0001268274560000373.gif"wi="80"he="63"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>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。通過麥克斯韋方程，這種j(ρ)表面電流自動創(chuàng)建符合以下的場：

因此，對于要匹配的引導(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。

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岛拖辔?，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上的電荷以及損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的它們的鏡像，來執(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)，來生成引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103(圖1)。這種引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103可以提供操作的基準(zhǔn)，以使得測量的場強(qiáng)可以與由引導(dǎo)場強(qiáng)曲線103指示的幅值比較，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之一或兩者相對于損耗傳導(dǎo)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與損耗傳導(dǎo)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的電長度，由此影響充電端子t1和t2上的電壓幅值和相位。

注意到，如可以理解的，通過做出各種調(diào)整所執(zhí)行的傳輸?shù)牡梢酝ㄟ^使用計(jì)算機(jī)模型或者通過調(diào)整物理結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。通過做出上述調(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)生的電磁場將實(shí)質(zhì)上或者近似地模式匹配到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波模式。

雖然在圖16的實(shí)例中沒有示出，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，但是不限于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的特性變化(例如，電導(dǎo)率σ和相對介電常數(shù)εr)、場強(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的實(shí)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)上與由損耗傳導(dǎo)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在損耗傳導(dǎo)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相對于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的高度，在各個(gè)充電端子t1和t2與損耗傳導(dǎo)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一半(1/2)的電長度。

雖然將線圈l1a的電長度指定為在操作頻率的波長的近似二分之一(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的二分之一的電長度的事實(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。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的長度或者直徑可以增大或者減小。線圈長度的調(diào)整可以通過位于線圈的一端或者兩端的抽頭提供。在其它實(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的操作頻率的波長的1/2的電長度的情況。

激勵(lì)源212可以通過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。這可以通過鏈路耦合、分接線圈、可變電抗或者可以理解的其它耦合方法達(dá)成。為此，線圈lp用作初級線圈，且線圈l1a用作次級線圈，如可以理解的。

為了對于所需引導(dǎo)表面波的傳輸調(diào)整引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200f，可以相對于損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203和相對于彼此更改各個(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，可以通過添加或者去除匝、或者通過改變線圈l1a的一些其他維度，來更改線圈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。

接下來參考圖18a、圖18b、圖18c和圖19，示出了用于使用無線功率傳送系統(tǒng)中的表面引導(dǎo)波的一般接收電路的實(shí)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)施例以損耗傳導(dǎo)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，損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203包括陸地介質(zhì)(或者大地)。

通過特別參考圖18a，在線性探頭303的輸出端312處的開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，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包括在損耗傳導(dǎo)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在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203以上的高度，還可能在充電端子tr和損耗傳導(dǎo)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的接收器網(wǎng)絡(luò)。線圈lr的一端耦合到充電端子tr，且線圈lr的另一端耦合到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203。接收器網(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。還可以例如通過改變導(dǎo)體的長度，來調(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和損耗傳導(dǎo)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和損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203之間的電容測量來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相對于用作變壓器初級的線圈lr位于次級。如可以理解的，線圈ls可以通過在同一鐵芯結(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。

雖然浸入電磁場中的接收結(jié)構(gòu)可以耦合來自場的能量，但是可以理解的是通過最大化耦合，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，可以對于耦合來自表面引導(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在損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面上激勵(lì)的引導(dǎo)表面波可以考慮為開波導(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、耦合的h場或者激勵(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)附近的損耗傳導(dǎo)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)嘏渲茫瑒t可以調(diào)諧該接收結(jié)構(gòu)以用于相對于在復(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。對于位于損耗傳導(dǎo)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：

其中εr包括相對介電常數(shù)，且σ1是在接收結(jié)構(gòu)的位置處的損耗傳導(dǎo)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，且λp是從速率因數(shù)vf產(chǎn)生的傳播波長?？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)整類似于相對于圖9a和圖9b描述的調(diào)整。

“向下看”到損耗傳導(dǎo)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是損耗傳導(dǎo)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：

通過匹配“向下看”到損耗傳導(dǎo)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的實(shí)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)僅包括通過線圈lr的相位延遲(θc)。如對于圖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，示出了圖示調(diào)整接收結(jié)構(gòu)以實(shí)質(zhì)上模式匹配損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203的表面上的引導(dǎo)表面波導(dǎo)模式的實(shí)例的流程圖180。在181開始，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位于損耗傳導(dǎo)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匹配由損耗傳導(dǎo)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，可以通過改變線圈lr的幾何參數(shù)和/或垂直供應(yīng)線導(dǎo)體的長度(或者高度)來調(diào)整電相位延遲φ＝θc+θy。

接下來在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)和可以本地測量的在接收結(jié)構(gòu)處的損耗傳導(dǎo)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和損耗傳導(dǎo)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”到損耗傳導(dǎo)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)。可以使用等式(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”到損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203中的在物理邊界136處的阻抗的共軛?？梢酝ㄟ^改變充電端子tr的電容(cr)來調(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。可以采用迭代方案來調(diào)諧負(fù)載阻抗zr，以用于等效鏡像平面模型相對于導(dǎo)電鏡像地平面139的諧振。以該方式，可以改進(jìn)和/或最大化沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)203(例如，大地)的表面的電場到引導(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穿過磁線圈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的鐵芯的有效相對介電常數(shù)，μo是自由空間的介電常數(shù)，是入射磁場強(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。對于用于到在磁線圈309的橫截面上均勻的入射磁場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。這與可以在接收器中接收的以輻射電磁場的形式發(fā)送的信號形成對比。這種信號具有非常低的可用功率，且這種信號的接收器不加載發(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)。通過對比的方式,驅(qū)動生成輻射電磁波的輻射天線的功率源未由接收器加載，而無論采用的接收器的數(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)無線功率分布。

現(xiàn)在廣泛地研究的傳統(tǒng)的無線功率傳輸/分布系統(tǒng)包括來自輻射場的“能量收獲”以及耦合到電感或者電抗近場的傳感器。相反地，該無線功率系統(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。本公開的無線功率系統(tǒng)也不限于傳統(tǒng)的互電抗耦合近場系統(tǒng)那樣的極短距離。在這里公開的無線功率系統(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(這在極低頻率相對于傳統(tǒng)的在60hz的高壓電源線的傳輸損失是無關(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)，源功率生成相對空閑。

接下來參考圖20a-e，其示出了參考下面的討論使用的各種示意符號的示例。具體參考圖20a，其示出了表示任一引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a、200b、200c、200e、200d或200f的符號或其任何變形。在下面的附圖和討論中，將該符號的描述稱為引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p。為了在下面的討論中簡單起見，對于引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭p的任何引用是對下述中的任何一個(gè)的引用：引導(dǎo)表面波導(dǎo)探頭200a、200b、200c、200e、200d或200f或其變形。

類似地，參考圖20b，其示出了表示引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)的符號，其可以包括線性探頭303(圖18a)、調(diào)諧諧振器306(圖18b-18c)或磁線圈309(圖19)中的任一個(gè)。在下面的附圖和討論中，對該符號的描述將被稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r。為了簡化起見，在下面的討論中，對于引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r的引用是對任何線性探頭303、調(diào)諧諧振器306或磁線圈309中的任何一個(gè)；或其變形的引用。

此外，參考圖20c，其示出了具體表示線性探頭303(圖18a)的符號。在以下附圖和討論中，將該符號的描述稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rp。為了在下面的討論中簡單起見，對引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rp的任何引用是對線性探頭303或其變形的引用。

此外，參考圖20d，其示出了具體表示調(diào)諧諧振器306(圖18b-18c)的符號。在以下附圖和討論中，將該符號的描述稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rr。為了在下面的討論中簡單起見，對引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rr的任何引用是對調(diào)諧諧振器306或其變形的引用。

此外，參考圖20e，其示出了具體表示磁線圈309(圖19)的符號。在以下附圖和討論中，將該符號的描述稱為引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rm。為了在下面的討論中簡單起見，對引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)rm的任何引用是對磁線圈309或其變形的引用。

接下來參考圖21，其示出了可以在設(shè)備中采用以在無線電力輸送系統(tǒng)中從引導(dǎo)表面波獲取電能的通用電路的示例。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，如上所述，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以包括線性探頭、調(diào)諧諧振器和/或磁線圈中的至少一個(gè)。如上所述，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以用于獲得沿著損耗傳導(dǎo)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，損耗傳導(dǎo)介質(zhì)包括地面介質(zhì)(例如，大地)。

當(dāng)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r經(jīng)受如上所述的本公開中的引導(dǎo)表面波時(shí)，在輸出端子2015上產(chǎn)生電壓，該電壓可以通過共軛阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021施加到電負(fù)載2018。為了促進(jìn)電力到電負(fù)載2018的流動，電負(fù)載2018可以基本上阻抗匹配于引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r，如上面參照圖18a-18c和19所述?？赡艿氖?，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021可能不被使用或者其可能未被適當(dāng)?shù)卣{(diào)諧以在某個(gè)頻率接收能量。然而，如果阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021未被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以在給定頻率接收能量，則效率可能由于反射和缺乏最大功率傳輸?shù)榷谄鋵﹄娯?fù)載2018施加電壓的能力上受到損害。

如可以理解的，在各種情況下，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以位于從多個(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可以包括或可通信地耦合到場傳感器2024、譜分析器或任何類似的電組件，其識別與根據(jù)上面詳細(xì)討論的本公開傳輸?shù)囊龑?dǎo)表面波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)頻率。

一旦識別頻譜中的一個(gè)或多個(gè)頻率，頻率識別電路2027可以被配置為調(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，頻率識別電路2027可以包括被配置為控制場傳感器2024、從多個(gè)頻率識別特定頻率、以及配置或調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)2000和/或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021來以識別的頻率接收能量的電路。

根據(jù)各種實(shí)施例，頻率識別電路2027可以配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以識別的頻率從引導(dǎo)表面波之一接收電能，以及最大化傳遞到電負(fù)載2018的能量。配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021可以包括例如調(diào)整可變電容器、調(diào)整可變電感器、調(diào)整其他可變組件、經(jīng)由開關(guān)或其它組件向電路添加或去除電容器和/或電感器、和/或其他類似方法，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r被調(diào)諧到預(yù)定義頻率，諸如使用場傳感器2024識別的頻率。

在一些實(shí)施例中，頻率識別電路2027可以包括處理電路2033或通信地耦合到處理電路2033。處理電路可以包括例如微控制器、計(jì)算設(shè)備或能夠使用場傳感器2024、譜分析器或其他類似的傳感器或設(shè)備可編程地識別可用頻率的其他組件。

在一些實(shí)施例中，處理電路2033可以包括處理器、存儲器、數(shù)據(jù)總線和/或訪問所識別的頻率并且編程配置引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以匹配沿著損耗傳導(dǎo)介質(zhì)行進(jìn)的引導(dǎo)表面波的頻率的其它組件。由處理電路2033執(zhí)行的編程配置可以包括例如由動態(tài)地調(diào)整可變電容器、可變電感器或其它可變電氣組件、或者通過產(chǎn)生使得引起在這些組件中的相應(yīng)改變的一個(gè)或多個(gè)控制信號來調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021以其他方式添加或去除電容器、電感器或其他組件的電路或處理器執(zhí)行的邏輯。為此，可變電容器或可變電感器可以包括由處理電路2033的處理器執(zhí)行的應(yīng)用控制的微調(diào)電容器或電感器?；蛘?，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021可包括根據(jù)需要切換到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021中或從阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021切換出的多個(gè)電容器、電感器或其它電組件。

接下來參考圖22，其示出了根據(jù)各種實(shí)施例的提供用于從引導(dǎo)表面波探頭p接收電能的系統(tǒng)操作的一個(gè)示例的流程圖?？梢岳斫?，圖43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)2000的一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22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2033來實(shí)現(xiàn)。

如上所述，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以被調(diào)諧或調(diào)整以匹配由引導(dǎo)表面波探頭p發(fā)射的引導(dǎo)表面波的頻率。在各種情況下，例如，當(dāng)從第一區(qū)域行進(jìn)到第二區(qū)域時(shí)，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可能遇到從不同探頭p發(fā)射的引導(dǎo)表面波?；蛘撸谄渌闆r下，引導(dǎo)表面波探頭p可以改變引導(dǎo)表面波被產(chǎn)生的頻率?？梢詧?zhí)行這樣的場景以阻止盜竊，調(diào)整傳輸范圍或執(zhí)行其他有益的功能。假設(shè)在第一區(qū)域中可用的引導(dǎo)表面波的頻率不同于在第二區(qū)域中可用的引導(dǎo)表面波的頻率，則必須調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以匹配頻率。類似地，如果引導(dǎo)表面波導(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)的電路無縫地訪問電能，而不管頻率的變化。設(shè)備、裝置或其他系統(tǒng)可以被稱為“頻率無關(guān)”。

從2103開始，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)頻率來識別頻率。為此，可以使用場傳感器2024、譜分析器或類似的組件來識別頻率。因此，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r可以包括或可通信地耦合到場傳感器2024或譜分析器。

接下來，在2106中，確定是否已經(jīng)識別了多于一個(gè)頻率。如果已經(jīng)識別了多于一個(gè)頻率，則過程可以前進(jìn)到2109，其中可以基于例如信號強(qiáng)度、用戶偏好、功率成本、網(wǎng)絡(luò)類型等來選擇頻率之一。用于選擇頻率的標(biāo)準(zhǔn)可以存儲在處理電路2033的存儲器中或其他存儲器。在各種實(shí)施例中，用戶可以例如通過指定在客戶端設(shè)備上可執(zhí)行的客戶端應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)，定義用于選擇頻率的標(biāo)準(zhǔn)。為此，用戶可以指定一個(gè)電力提供者應(yīng)優(yōu)先于另一個(gè)電力提供者，應(yīng)當(dāng)選擇與較低價(jià)格相關(guān)聯(lián)的電能，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選指示可靠的網(wǎng)絡(luò)等。

返回參考2106，假設(shè)只識別了一個(gè)頻率，則過程進(jìn)行到2112，其中，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)2000接收引導(dǎo)表面波的傳輸?shù)念l率被調(diào)整為基于所識別的頻率的諧振頻率。類似地，在2109中選擇頻率之后，過程進(jìn)行到2112，其中，引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)2000接收引導(dǎo)表面波的傳輸?shù)念l率被調(diào)整為基于所識別的頻率的諧振頻率。

根據(jù)各種實(shí)施例，調(diào)整引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r訪問電能的頻率由處理電路2033以編程方式執(zhí)行。為此，處理電路2033可以配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2021，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r以所識別的頻率從一個(gè)引導(dǎo)表面波接收電能。這可以包括例如調(diào)整可變電容器，調(diào)整可變電感器，調(diào)整其他電氣組件，向電路添加或從電路去除電容器、電感器或其它電氣組件和/或其它方法，使得引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r被調(diào)諧或調(diào)整到預(yù)定義頻率，諸如使用場傳感器2024識別的頻率。

接下來，過程進(jìn)行到2115，其中接收器可以監(jiān)測由引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r獲得的和/或由電負(fù)載2018消耗的電能的使用?？梢员O(jiān)測電能，例如以確定所消耗的電能是否超過允許的消耗，如可以理解的。在另外的實(shí)施例中，圖22的流程圖可以在設(shè)備中采用多個(gè)引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r被實(shí)現(xiàn)。為此，處理電路2033可以配置第一引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r1以第一頻率接收設(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以第二頻率接收電能，從而增加由設(shè)備訪問的電能。

應(yīng)當(dāng)注意，電負(fù)載2018可以被配置為接受不同頻率的電壓或者是“頻率無關(guān)的”，使得通過引導(dǎo)表面波接收結(jié)構(gòu)r接收的功率的頻率的改變不會中斷電負(fù)載2018的操作。在一個(gè)實(shí)施例中，電負(fù)載2018可以包括整流器和其它電路，以產(chǎn)生與輸入ac電壓的頻率無關(guān)的dc電壓，其中dc電壓然后被進(jìn)一步施加到電負(fù)載2018的附加組件。

參考圖23，其示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的處理電路2033的示意性框圖。處理電路2033可以包括計(jì)算設(shè)備，諸如服務(wù)器計(jì)算機(jī)、臺式計(jì)算機(jī)或移動計(jì)算設(shè)備。在其他實(shí)施例中，處理電路2033可以包括微控制器。處理電路2033可以包括例如具有都耦合到本地接口2309的處理器2303和存儲器2306的至少一個(gè)處理器電路。本地接口2309可以包括例如具有伴隨的地址/控制總線或如可以理解的其它總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線。

存儲在存儲器2306中的是可由處理器2303執(zhí)行的數(shù)據(jù)和幾個(gè)組件。具體地，存儲在存儲器2306中并且可由處理器2303執(zhí)行的是頻率監(jiān)測應(yīng)用2312、阻抗控制應(yīng)用2315、以及潛在的其他應(yīng)用。頻率監(jiān)測應(yīng)用2312可以被配置為訪問從場傳感器2023、譜分析器或類似設(shè)備獲得的測量，并且識別表面波導(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2315可以被配置為以可編程方式調(diào)整可變電容器、可變電感器或其他類似組件。還存儲在存儲器2306中的可以是數(shù)據(jù)存儲2318和其他數(shù)據(jù)。另外，操作系統(tǒng)可以存儲在存儲器2306中并且可由處理器2303執(zhí)行。

應(yīng)當(dāng)理解，可以存在存儲在存儲器2306中并且可以被處理器2303執(zhí)行的其他應(yīng)用，如可以理解的。在這里討論的任何組件以軟件的形式實(shí)現(xiàn)的情況下，可以采用多種編程語言中的任何一種，例如assembly、c、c++、c#、objectivec、perl、php、visualruby、或其他編程語言。

多個(gè)軟件組件存儲在存儲器2306中并且可由處理器2303執(zhí)行。在這方面，術(shù)語“可執(zhí)行的”是指處于最終可由處理器2303運(yùn)行的形式的程序文件?？蓤?zhí)行程序的示例可以是例如編譯的程序，其可以被轉(zhuǎn)換成可以被加載到存儲器2306的隨機(jī)存取部分中并由處理器2303運(yùn)行的格式的機(jī)器代碼；可以表示為適當(dāng)?shù)母袷降脑创a，例如能夠被加載到存儲器2306的隨機(jī)存取部分中并由處理器2303執(zhí)行的目標(biāo)代碼；或可由另一可執(zhí)行程序解釋以在存儲器2306的隨機(jī)存取部分中產(chǎn)生指令以可由處理器2303執(zhí)行的源代碼，等。可執(zhí)行程序可以存儲在存儲器2306的任何部分或組件中，包括例如隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、硬盤驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器、usb閃存驅(qū)動器、存儲卡、諸如壓縮盤(cd)或數(shù)字通用盤(dvd)的光盤、軟盤、磁帶或其它存儲器組件。

存儲器2306在本文中被定義為包括易失性和非易失性存儲器和數(shù)據(jù)存儲組件。易失性組件是在失去電力時(shí)不保留數(shù)據(jù)值的組件。非易失性組件是在失去電力時(shí)保留數(shù)據(jù)的組件。因此，存儲器2306可以包括例如隨機(jī)存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、硬盤驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器、usb閃存驅(qū)動器、通過存儲卡讀取器訪問的存儲卡、經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的軟盤驅(qū)動器訪問的軟盤、經(jīng)由光盤驅(qū)動器訪問的光盤、經(jīng)由適當(dāng)?shù)拇艓?qū)動器訪問的磁帶和/或其它存儲器組件、或這些存儲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)存取存儲器(sram)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲器(mram)和其它這樣的設(shè)備。rom可以包括例如可編程只讀存儲器(prom)、可擦除可編程只讀存儲器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)或其它類似的存儲器設(shè)備。

此外，處理器2303可以表示多個(gè)處理器2303和/或多個(gè)處理器核，并且存儲器2306可以表示分別在并行處理電路中操作的多個(gè)存儲器2306。在這種情況下，本地接口lo_number可以是促進(jìn)多個(gè)處理器2303中的任何兩個(gè)之間、任何處理器2303和任何存儲器2306之間或者任何兩個(gè)存儲器2306等之間的通信的適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)。本地接口lo_number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2303可以是電的或一些其他可用的結(jié)構(gòu)。

盡管頻率監(jiān)測應(yīng)用2312、阻抗控制應(yīng)用2315以及本文描述的其它各種系統(tǒng)可以以由如上所述的通用硬件執(zhí)行的軟件或代碼來實(shí)現(xiàn)，但是作為替代，也可以在專用硬件或軟件/通用硬件和專用硬件的組合來實(shí)現(xiàn)。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)中的任何一種或其組合的電路或狀態(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)邏輯門的專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)或其它組件等。這樣的技術(shù)通常是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此在本文中不進(jìn)行詳細(xì)描述。

在一些實(shí)施例中，圖22的流程圖示出了頻率監(jiān)測應(yīng)用2312、阻抗控制應(yīng)用2315或其他類似應(yīng)用的各部分的實(shí)現(xiàn)的功能和操作。如果體現(xiàn)為軟件，則每個(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代碼的模塊、段或部分。程序指令可以以源代碼的形式實(shí)現(xiàn)，源代碼包括以編程語言編寫的人類可讀語句或包括可由諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器2303之類的適當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)識別的數(shù)字指令的機(jī)器代碼。機(jī)器代碼可以從源代碼等轉(zhuǎn)換。如果體現(xiàn)為硬件，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。

此外，包括軟件或代碼的本文描述的任何邏輯或應(yīng)用(包括頻率監(jiān)測應(yīng)用2312和阻抗控制應(yīng)用2315)可以實(shí)現(xiàn)在任何非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供由例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中的處理器2303的指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用。在這個(gè)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)獲取并由指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的指令和聲明的語句。在本公開的上下文中，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”可以是可以包含、存儲或維持這里描述的由指令執(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)中的任何一個(gè)，例如磁介質(zhì)、光介質(zhì)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、磁硬盤驅(qū)動器、存儲卡、固態(tài)驅(qū)動器、usb閃存驅(qū)動器或光盤。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)存取存儲器(sram)和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)或磁隨機(jī)存取存儲器(mram)的隨機(jī)存取存儲器(ram)。此外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是只讀存儲器(rom)、可編程只讀存儲器(prom)、可擦除可編程只讀存儲器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)或其他類型的存儲器設(shè)備。

此外，本文描述的任何邏輯或應(yīng)用，包括頻率監(jiān)測應(yīng)用2312和阻抗控制應(yīng)用2315，可以以各種方式實(shí)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)化。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)用可以在共享或單獨(dú)的計(jì)算設(shè)備或其組合中執(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)備中或在相同處理電路2033中的多個(gè)計(jì)算設(shè)備中執(zhí)行。另外，應(yīng)當(dāng)理解，諸如“應(yīng)用”、“服務(wù)”、“系統(tǒng)”、“發(fā)動機(jī)”、“模塊”等等的術(shù)語可以是可互換的并且不旨在限制。

應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本公開的上述實(shí)施例僅僅是為了清楚地理解本公開的原理而闡述的實(shí)現(xiàn)的可能示例。在實(shí)質(zhì)上不偏離本公開的精神和原理的情況下，可以對上述實(shí)施例進(jìn)行許多變化和修改。所有這些修改和變化旨在被包括在本公開的范圍內(nèi)并由所附權(quán)利要求保護(hù)。另外，所描述的實(shí)施例和從屬權(quán)利要求的所有可選和優(yōu)選特征和修改可用于本文教導(dǎo)的本公開的所有方面。此外，從屬權(quán)利要求的各個(gè)特征以及所描述的實(shí)施例的所有可選的和優(yōu)選的特征和修改是可組合的并且可以彼此互換。