用于无线功率提供者的频分复用的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月9日提交的题为“frequencydivisionmultiplexingforwirelesspowerproviders(用于无线功率提供者的频分复用)”的共同未决美国非临时专利申请第14/849,246号和于2014年9月11日提交的题为“frequencydivisionmultiplexingforwirelesspowerproviders(用于无线功率提供者的频分复用)”的美国临时专利申请第62/049,232号的权益和优先权，其全部内容通过引用全部合并于此。
本申请涉及于2013年3月7日提交的并被分配申请号13/789,538、并且于2014年9月11日公开为公开号us2014/0252886a1的标题为“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未决美国非临时专利申请，并将其通过引用全部合并于此。本申请还涉及于2013年3月7日提交的并被分配申请号13/789,525、并且于2014年9月11日公开为公开号us2014/0252865a1的标题为“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未决美国非临时专利申请，并将其通过引用全部合并于此。本申请进一步涉及于2014年9月10日提交的并被分配申请号14/483,089的标题为“excitationanduseofguidedsurfacewavemodesonlossymedia”的共同未决美国非临时专利申请，且将其通过引用全部合并于此。本申请进一步涉及于2015年6月2日提交的并被分配申请号14/728,507的标题为“excitationanduseofguidedsurfacewaves”的共同未决美国非临时专利申请，且将其通过引用全部合并于此。本申请进一步涉及于2015年6月2日提交的并被分配申请号14/728,492的标题为“excitationanduseofguidedsurfacewaves”的共同未决美国非临时专利申请，且将其通过引用全部合并于此。
背景技术：
近百年来，通过无线电波发送的信号涉及使用传统的天线结构启动的辐射场。相比无线电科学，最近一世纪的电功率分布系统涉及沿着导电体引导的能量的传输。自从1900年代早期以来，已经存在射频(rf)和功率传输之间的区别的理解。
技术实现要素：
本公开的实施例涉及用于无线功率提供者的频分复用。无线功率提供者可以在不同频率上传输功率，并且接收者可以通过调谐到适当频率从一个或多个无线功率提供者消耗功率。
在一个实施例中，其中，一种装置，包括：引导表面波接收结构，配置为从沿着地面介质进行的引导表面波获得电能；耦合到所述引导表面波接收结构的电负载，所述电负载作为耦合到产生所述引导表面波的引导表面波导探头的激励源处的负载；和控制电路，配置为至少：确定正在传输电能的频率；以及调谐所述电负载以在所述频率上接收电能。
所述控制电路还可以配置为至少向功率提供者系统发送以所述频率对所述电能访问的请求。所述控制电路还可以配置为至少向功率提供者系统报告所述装置的唯一标识符。所述控制电路还可以配置为至少：确定正在传输电能的多个频率；和从所述多个频率选择频率。所述控制电路还可以配置为至少：确定正在传输电能的第二频率；和重新调谐电负载以在替代所述频率或除了所述频率的第二频率上接收所述电能。所述控制电路还可以配置为至少部分地基于由所述装置执行的频率扫描来至少确定所述频率。所述控制电路还可以配置为至少：监测由所述电负载消耗的电能；和向功率提供者系统报告功率使用度量。所述控制电路可以还能够接收在所述引导表面波上调制的数据。
所述的装置可以还包括负载调制器，其配置为通过调制所述电负载来将数据信号传输到所述引导表面波导探头。所述控制电路还可以配置为经由网络将数据传输到功率提供者系统。所述控制电路还可以配置为至少：经由所述频率接收指示与功耗相关联的成本的成本数据；经由所述频率接收指示电能的可用性的可用性数据；和所述频率至少部分地基于所述成本数据和所述可用性数据来确定。所述控制电路还可以配置为至少：确定所述装置的当前位置；和接收指示引导表面波导探头的位置的数据和引导表面波导探头用于传输电能的对应频率；并且其中，所述频率至少部分地基于所述装置的当前位置、所述引导表面波导探头的位置以及所述引导表面波导探头用于传输所述电能的相应频率来确定。
在另一实施例中，一种装置，包括：第一引导表面波导探头，配置为在第一频率上传输电能，所述第一引导表面波导探头具有第一服务区域；和第二引导面波导探头，配置为在第二频率上传输电能，所述第一引导表面波导探头具有第二服务区域，其中所述第一服务区域在重叠服务区域与所述第二服务区域重叠。所述的装置可以还包括位于所述重叠服务区域中的无线功率接收者系统，所述无线功率接收者系统能够选择性地接收由所述第一引导表面波导探头传输的电能或由第二引导表面波导探头传输的电能。
所述第一服务区域的大小与所述第二服务区域不同。所述第一引导表面波导探头和所述第二引导表面波导探头中的每一个可以包括在有损导电介质上升高的相应充电端子，所述有损导电介质配置成产生至少一个合成场，其合成以所述有损导电介质的复数布鲁斯特入射角(θi,b)入射的波前。所述相应的充电端子是多个相应的充电端子中的一个。所述装置可以还包括电耦合到相应充电端子的相应馈电网络，所述馈电网络提供与复数布鲁斯特入射角(θi,b)相关联的波倾斜角(ψ)匹配的相位延迟(φ)，所述复数布鲁斯特入射角(θi,b)与第一引导表面波导探头或第二引导表面波导探头中的相应一个附近的有损导电介质相关联。
在另一实施例中，一种方法，包括：经由包括处理器和存储器的计算设备从无线功率接收者接收消耗电能的请求；经由所述计算设备确定多个功率提供者的特定电力提供者具有服务所述请求的可用能力；以及经由所述计算设备引导所述无线功率接收者调谐到相应的功率传输频率，在所述功率传输频率上，所述特定功率提供者经由引导表面波导探头传输电能。所述方法可以还包括经由所述计算设备将与所述特定功率提供者相关联的电力成本信息发送到所述无线功率接收者。
在以下附图和详细说明的审查时，本公开的其他系统、方法、特征和优点将对本领域技术人员明显或变得明显。意在所有这种附加的系统、方法、特征和优点包括在该描述内，在本公开的范围内，且由所附的权利要求保护。
另外，描述的实施例的所有可选的和优选的特征和修改可用于在这里教导的本公开的所有方面。此外，从属权利要求的单独的特征、以及描述的实施例的所有可选的和优选的特征和修改是彼此可组合和可互换的。
附图说明
参考以下附图能够更好地理解本公开的许多方面。在图中的组件并非必须是按比例的，代替地可以强调以清楚地示出本公开的原理。此外，在图中，类似的附图标记指定遍及几幅图的对应部分。
图1是示出对于引导电磁场和辐射电磁场的作为距离的函数的场强的图表。
图2是示出根据本公开的各种实施例的为了引导表面波的传输采用的具有两个区域的传播接口的图。
图3是示出根据本公开的各种实施例的针对图2的传播接口部署的引导表面波导探头的图。
图4是根据本公开的各种实施例的一阶汉克尔函数的逼近和远离渐近线的幅度的示例的绘图。
图5a和5b是示出根据本公开的各种实施例的由引导表面波导探头合成的电场的复数入射角的图。
图6是示出根据本公开的各种实施例的在图5a的电场以布鲁斯特角与有损导电介质交叉的位置上充电端子的升高效果的图形表示。
图7是根据本公开的各种实施例的引导表面波导探头的示例的图形表示。
图8a到8c是示出根据本公开的各种实施例的图3和7的引导表面波导探头的等效像平面模型的示例的图形表示。
图9a和9b是示出根据本公开的各种实施例的图8b和8c的等效像平面模型的单线传输线和经典传输线模型的示例的图形表示。
图10是示出根据本公开的各种实施例的调整图3和7的引导表面波导探头以沿着有损导电介质的表面启动引导表面波的示例的流程图。
图11是示出根据本公开的各种实施例的在图3和7的引导表面波导探头的波倾斜角度和相位延迟之间的关系的示例的绘图。
图12是示出根据本公开的各种实施例的引导表面波导探头的示例的图。
图13是示出根据本公开的各种实施例的按照复数布鲁斯特角入射合成电场、以匹配在汉克尔跨越距离处的引导表面波导模式的图形表示。
图14是根据本公开的各种实施例的图12的引导表面波导探头的示例的图形表示。
图15a包括根据本公开的各种实施例的引导表面波导探头的充电端子t1的相位延迟(φu)的虚数和实数部分的示例的绘图。
图15b是根据本公开的各种实施例的图14的引导表面波导探头的示意图。
图16是示出根据本公开的各种实施例的引导表面波导探头的示例的图。
图17是根据本公开的各种实施例的图16的引导表面波导探头的示例的图形表示。
图18a到18c示出根据本公开的各种实施例的为了接收按照由引导表面波导探头启动的引导表面波的形式发送的能量、所能采用的接收结构的示例。
图18d是示出根据本公开的各种实施例的调整接收结构的示例的流程图。
图19示出根据本公开的各种实施例的为了接收按照由引导表面波导探头启动的引导表面波的形式发送的能量、所能采用的附加的接收结构的示例。
图20a-e示出了参考本公开的实施例使用的各种示意符号的示例。
图21描绘了根据本公开的各种实施例的由多个无线功率提供者服务的地理区域的一个示例。
图22示出了根据本公开的各种实施例的接收者系统的一个示例。
图23示出了根据本公开的各种实施例的联网环境。
图24示出了根据本公开的各种实施例的接收者系统的一个示例。
图25示出了根据本公开的各种实施例的接收者系统的一个示例。
图26示出了根据本公开的各种实施例的无线功率提供者。
图27和28是提供根据本公开的各种实施例的功率提供者系统的部分的操作的示例的流程图。
图29是根据本公开的各种实施例提供图22的接收者系统的一部分的操作的一个示例的流程图。
图30是根据本公开的实施例的功率提供者系统的示意性框图。
图31是根据本公开的实施例的功率计的示意性框图。
图32-36是根据本公开的各种实施例的接收电路的示例的图。
图37是示出根据本公开的各种实施例的接收电路的功能性的示例的流程图。
图38示出了根据本公开的各种实施例的可被用于接收由引导表面波导探头发射的引导表面波形式传输的能量的可变频率接收者的示例。
图39是示出根据本公开的各种实施例的被实现为可变频率接收者的部分的功能的一个示例的流程图。
图40是根据本公开的各种实施例的提供在图38的引导表面波接收结构中采用的处理电路的一个示例图示的示意性框图。
图41描绘了根据本公开的各种实施例的具有带有解调器元件的引导表面波导探头的发射器。
图42a-b示出了根据本公开的各种实施例的可以用于接收以引导表面波导探头发射的引导表面波形式传输的能量并且调制绘制接收能量的电负载的引导表面波接收结构的示例。
图43示出了根据本公开的各种实施例的可以用于接收以引导表面波导探头发射的引导表面波形式传输的能量并且调制绘制接收能量的电负载的引导表面波接收结构的示例。
图44a-44c示出了根据本公开的各种实施例的通过通信地耦合到调制拉制的电负载的接收电路的引导表面波导探头的电流表检测的电流的示例波形。
图45是描述根据各种实施例的接收电路和引导表面波导探头的一部分的操作的示例的流程图。
具体实施方式
开始，应该建立某些术语以提供后续概念的讨论的清楚。首先，如在这里考虑的，在辐射电磁场和引导电磁场之间划清形式区别。
如在这里考虑的，辐射电磁场包括以不与波导绑定的波的形式从源结构发出的电磁能。例如，辐射电磁场通常是离开诸如天线的电气结构、并通过大气或者其他介质传播、且不与任何波导结构绑定的场。一旦辐射电磁波离开诸如天线的电气结构，它们继续独立于它们的源在传播介质(比如空气)中传播，直到它们耗散为止，无论源是否继续操作。一旦辐射电磁波，它们除非被截取是不可回收的，且如果不截取，辐射电磁波中固有的能量永远丢失。比如天线的电气结构被设计，以通过最大化辐射电阻对结构损耗电阻的比率，来辐射电磁场。辐射能在空间中扩散并丢失，而无论是否存在接收者。辐射场的能量密度由于几何发散所以是距离的函数。因此，按照在此使用的它的所有形式的术语“辐射”指的是电磁传播的该形式。
引导电磁场是其能量集中在具有不同电磁性质的介质之间的边界内或者该边界附近的传播电磁波。在这种意义上，引导电磁场是与波导绑定的电磁场，且其可被特征化为由波导中流动的电流传送。如果没有负载来接收和/或耗散在引导电磁波中传送的能量，则除了引导介质的电导率中耗散的能量之外不丢失能量。换言之，如果没有用于引导电磁波的负载，则不消耗能量。因此，产生引导电磁场的发生器或者其他源不传递实际功率，除非存在电阻负载。为此，这种发生器或者其他源基本上空闲地运行，直到存在负载为止。这类似于运行发生器以生成通过没有电负载的电力线发送的60赫兹电磁波。应当注意，引导电磁场或者波等效于所谓的“传输线模式”。这与其中总是供应实际功率以生成辐射波的辐射电磁波形成对比。与辐射电磁波不同，引导电磁能在能量源关断之后不继续沿着有限长度波导传播。因此，术语“引导”以如在此使用的它的所有形式指的是电磁传播的该传输模式。
现在参考图1，示出了在log-db绘图上作为以千米为单位的距离的函数的以伏特/米为单位的任意基准以上的以分贝(db)为单位的场强的曲线图100，以进一步示出辐射电磁场和引导电磁场之间的区别。图1的曲线图100示出引导场强曲线103，该曲线示出作为距离的函数的引导电磁场的场强。该引导场强曲线103基本上与传输线模式相同。此外，图1的曲线图100示出辐射场强曲线106，该曲线示出作为距离的函数的辐射电磁场的场强。
感兴趣的是分别用于引导波和用于辐射传播的曲线103和106的形状。辐射场强曲线106几何地下降(1/d，其中d是距离)，这在对数-对数尺度上描绘为直线。另一方面，引导场强曲线103具有
以上做出的辐射电磁波和引导电磁波之间的区别容易正式地表示，并置于严格的基础上。两个这种不同的解决方案可以从同一个线性偏微分方程显露出来，其是波动方程，分析上从施加于该问题的边界条件得出。用于波动方程本身的格林函数包括辐射波和引导波的本质之间的区别。
在空的空间中，该波动方程是其特征函数拥有复数波数平面上的特征值的连续谱的微分算子。该横向电磁(tem)场被称为辐射场，且那些传播场被称作“赫兹波”。但是，在传导边界的存在时，波动方程加上边界条件数学地导致由连续谱组成的波数的谱表示加上离散谱的和。为此，对sommerfeld,a.，“uberdieausbreitungderwelleninderdrahtlosentelegraphie”，annalenderphysik，vol.28,1909，pp.665-736做出参考。还参见sommerfeld,a.，“problemsofradio”，作为第6章在partialdifferentialequationsinphysics–lecturesontheoreticalphysics:volumevi中发表，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，这些参考中的每一个通过引用完全包括于此。
术语“地波”和“表面波”标识两个明显不同的物理传播现象。表面波分析上从产生平面波谱中的离散分量的不同的极出现。例如，参见cullen,a.l.的“theexcitationofplanesurfacewaves”，(proceedingsoftheiee(british)，vol.101，部分iv，1954年8月，pp.225-235)。在上下文中，表面波被认为是引导表面波。表面波(在zenneck-sommerfeld引导波意义中)，物理地和数学地与来自无线电广播的现在如此熟悉的地波(在weyl-norton-fcc意义中)不相同。这两个传播机制起因于复平面上不同类型的特征值频谱(连续或者分立的)的激励。引导表面波的场强随着距离指数地衰减，如图1的曲线103所示(更类似于有损波导中的传播)，并且聚集径向传输线中的传播，这与地波的经典赫兹辐射相反，地波球形地传播，拥有特征值的连续，如图1的曲线106所示地几何地下降，且来自分支切割积分。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)中实验地示范的，垂直天线辐射地波，而不启动引导表面波。
综上所述，首先，与分支切割积分对应的波数特征值谱的连续部分产生辐射场，且其次，离散谱以及从由积分的轮廓包围的极出现的相应的剩余和导致在对传播横向的方向上指数地衰减的非tem迁移表面波。这种表面波是引导传输线模式。为了进一步说明，对friedman,b.，principlesandtechniquesofappliedmathematics，wiley，1956，pp.pp.214，283-286，290，298-300做出参考。
在自由空间中，天线激励波动方程的连续特征值，其是辐射场，其中具有ez和hφ同相的向外传播rf能量永久丢失。另一方面，波导探头激励离散特征值，这导致传输线传播。参见collin,r.e.，fieldtheoryofguidedwaves，mcgraw-hill，1960，pp.453，474-477。虽然这种理论分析已经维持启动通过有损均匀介质的平面或者球面的、开放表面引导波的假定的可能性，但是一百多年来工程领域还没有已知的结构存在，用于以任何实际的效率实现此。不幸地，因为它在20世纪早期出现，所以以上提出的理论分析已经基本上只剩下理论，并且还没有已知的结构用于实际上实现通过有损均匀介质的平面或者球面的开放表面引导波的启动。
根据本公开的各种实施例，描述了各种引导表面波导探头，其配置为沿着有损导电介质的表面激励耦合到引导表面波导模式中的电场。这种引导电磁场实质上在幅度和相位上与有损导电介质的表面上的引导表面波模式模式匹配。这种引导表面波模式也可以被称为zenneck波导模式。由于在这里描述的引导表面波导探头所激励的复合场实质上与有损导电介质的表面上的引导表面波导模式模式匹配的事实，所以沿着有损导电介质的表面启动具有引导表面波的形式的引导电磁场。根据一个实施例，有损导电介质包括比如大地的陆地介质。
参考图2，示出了准备用于对在1907导出的麦克斯韦方程的边界值解的检查的传播界面，其由jonathanzenneck在他的论文zenneck,j.，“onthepropagationofplaneelectromagneticwavesalongaflatconductingsurfaceandtheirrelationtowirelesstelegraphy”，annalenderphysik，serial4，vol.23，1907年9月20日，pp.846-866中提出。图2示出用于沿着如区域1指定的有损导电介质和如区域2指定的绝缘体之间的界面、径向地传播波的圆柱坐标。区域1例如可以包括任何有损导电介质。在一个示例中，这种有损导电介质可以包括比如大地的陆地介质或者其他介质。区域2是与区域1共享边界界面、且具有相对于区域1的不同构成参数的第二介质。区域2例如可以包括任何绝缘体，比如大气或者其他介质。这种边界界面的反射系数仅对于在复数布鲁斯特角的入射到达零。参见stratton,j.a.，electromagnetictheory，mcgraw-hill，1941，p.516。
根据各种实施例，本公开提出了各种引导表面波导探头，其产生与包括区域1的有损导电介质的表面上的引导表面波导模式实质上模式匹配的电磁场。根据各种实施例，这种电磁场实质上合成按照可以导致零反射的有损导电介质的复数布鲁斯特角入射的波前。
为了进一步解释，在其中假定ejωt场变化且其中ρ≠0和z≥0(其中，z是垂直于区域1的表面的垂直坐标，且ρ是圆柱坐标中的径向维度)的区域2中，满足沿着界面的边界条件的麦克斯韦方程的zenneck的封闭形式精确解由以下电场和磁场分量表示：
在其中假定ejωt场变化且其中ρ≠0和z≤0的区域1中，满足沿着界面的边界条件的麦克斯韦方程的zenneck的封闭形式精确解由以下电场和磁场分量表示：
在这些表达式中，z是垂直于区域1的表面的垂直坐标，且ρ是径向坐标，
方向上的传播常数通过在区域1和2之间的界面以上和以下分离波动方程、且施加边界条件，而确定±z方向上的传播常数。该实践在区域2中给出：
并且在区域1中给出，
u1＝-u2(εr-jx)。(8)
径向传播常数γ由以下给出：
其是复数表示，其中n是由下式给出的复数折射率：
在所有上述等式中，
其中εr包括区域1的相对介电常数，σ1是区域1的电导率，εo是自由空间的介电常数，且μo包括自由空间的渗透性。因此，生成的表面波平行于界面传播，且垂直于界面指数地衰减。这已知为光衰(evanescence)。
因此，等式(1)-(3)可以被看作圆柱对称的、径向传播的波导模式。参见barlow,h.m.，和brown,j.，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.10-12，29-33。本公开详述激励该“开放边界”波导模式的结构。特别的，根据各种实施例，向引导表面波导探头提供适当大小的充电端子，该充电端子被馈送电压和/或电流且相对于区域2和区域1之间的边界界面定位。这可以参考图3更好地理解，图3示出了包括沿着垂直于由有损导电介质203(例如，地面)表示的平面的垂直轴z在有损导电介质203上方升高的充电端子t1的引导表面波导探头200a的示例。该有损导电介质203组成区域1，且第二介质206组成区域2并与有损导电介质203共享边界界面。
根据一个实施例，有损导电介质203可以包括比如行星地球的陆地介质。为此，这种陆地介质包括在其上包括的所有结构或者形式，无论自然的或者人造的。例如，这种陆地介质可以包括比如岩石、土壤、沙土、淡水、海水、树木、植物之类的自然元素，以及组成我们的星球的所有其他自然元素。另外，这种陆地介质可以包括人造元素，比如混凝土、沥青、建筑材料和其他人造材料。在其他实施例中，有损导电介质203可以包括地球之外的某些介质，无论自然出现或者人造的。在其他实施例中，有损导电介质203可以包括比如人造表面和结构的其他介质，比如汽车、飞机、人造材料(比如胶合板、塑料片或者其他材料)或者其他介质。
在有损导电介质203包括陆地介质或者大地的情况下，第二介质206可以包括地面以上的大气。因此，大气可以被称为包括空气和组成大地的大气的其他元素的“大气介质”。另外，第二介质206可以包括相对于有损导电介质203的其他介质。
引导表面波导探头200a包括馈送网络209，该馈送网络209例如经由垂直馈线导体将激励源212耦合到充电端子t1。根据各种实施例，电荷q1施加在充电端子t1上，以基于在任何给定时刻施加到端子t1的电压合成电场。取决于电场(e)的入射角度(θi)，可能将电场与包括区域1的有损导电介质203的表面上的引导表面波导模式实质上模式匹配。
通过考虑等式(1)-(6)的zenneck封闭形式解，区域1和区域2之间的leontovich阻抗边界条件可以陈述为：
其中
其中a是常数。另外，应该注意趋近引导表面波导探头200(对于ρ＜＜λ)，以上等式(14)具有特性：
负号指的是当源电流(io)垂直向上流动时，如图3所示，“趋近”地电流向内径向流动。通过关于hφ“趋近”的场匹配，可以确定：
其中在等式(1)-(6)和(14)中，q1＝c1v1。因此，等式(14)的径向表面电流密度可以重申为：
等式(1)-(6)和(17)表示的场具有对有损界面绑定的传输线模式的性质，不是与地波传播关联的辐射场。参见barlow,h.m.和brown,j.,，radiosurfacewaves，oxforduniversitypress，1962，pp.1-5。
在这点上，对于波动方程的这些解提供等式(1)-(6)和(17)中使用的汉克尔函数的性质的评述。人们可以观察到第一和第二种类和阶n的汉克尔函数被定义为第一和第二种类的标准巴塞尔函数的复数组合：
这些函数分别表示径向向内
该
其在乘以ejωt时，是具有
趋近引导表面波导探头(对于ρ＜＜λ)，第一阶和第二种类的汉克尔函数表现为：
注意到这些渐近线表示是复数量。当x是实数量时，等式(20b)和(21)在相位上相差
因此，超出汉克尔相交点，“远离”表示相对于汉克尔函数的“趋近”表示占据主导。可以通过对于-jγρ令等式(20b)和(21)相等，并求解rx，来求出到汉克尔相交点的距离(或者汉克尔相交距离)。对于x＝σ/ωεo，可以看到远离和趋近汉克尔函数渐近线是取决于频率的，其中当频率降低时汉克尔相交点向外移动。还应当注意，汉克尔函数渐近线也随着有损导电介质的电导率(σ)改变而变化。例如，土壤的电导率可以随着天气状况的改变而变化。
参考图4，示出了在1850khz的操作频率、电导率σ＝0.010mhos/m且相对介电常数εr＝15的区域1的等式(20b)和(21)的第一阶汉克尔函数的幅度的绘图的示例。曲线115是等式(20b)的远离渐近线的幅度，且曲线118是等式(21)的趋近渐近线的幅度，其中在rx＝54英尺的距离出现汉克尔相交点121。当幅度相等时，在汉克尔相交点121的两个渐近线之间存在相位偏移。还可以看到汉克尔相交距离远小于操作频率的波长。
考虑由区域2中的zenneck封闭形式解的等式(2)和(3)给出的电场分量，可以看到ez和eρ的比率渐近地转为：
其中n是等式(10)的复数折射率，且θi是电场的入射角。另外，等式(3)的模式匹配的电场的垂直分量渐近地转为：
其与在端子电压处升高的充电端子的电容的隔离分量上的自由电荷线性成正比，qfree＝cfree×vt。
例如，图3中的升高的充电端子t1的高度h1影响充电端子t1上的自由电荷量。当充电端子t1在区域1的地平面附近时，端子上的大部分电荷q1被“绑定”。当充电端子t1升高时，绑定的电荷减少，直到充电端子t1达到实质上所有隔离电荷自由的高度为止。
充电端子t1的增加的电容升高的优点在于从地平面进一步去除升高的充电端子t1上的电荷，导致增加量的自由电荷qfree将能量耦合到引导表面波导模式中。当充电端子t1移动远离地平面时，电荷分布变得在端子的表面周围更均匀地分布。自由电荷量与充电端子t1的自电容相关。
例如，球形端子的电容可以表示为地平面以上的物理高度的函数。在完美的地面以上的物理高度h处的球的电容由下式给出：
celevatedsphere＝4πεoa(1+m+m2+m3+2m4+3m5+…)，(24)
其中球的直径是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的增加减小充电端子的电容c。可以示出对于在大约直径4倍或者更大的高度(4d＝8a)处的充电端子t1的升高，电荷分布在球形端子周围近似均匀，这可以改进到引导表面波导模式中的耦合。
在充分隔离的端子的情况下，导电球的自电容可以由c＝4πεoa近似，其中a是以米为单位的球的直径，且盘的自电容可以由c＝8εoa近似，其中a是以米为单位的盘的半径。充电端子t1可以包括任何形状，比如球形、盘形、圆柱形、锥形、环形、罩形、一个或多个环或者任何其他随机形状或者形状的组合。等效的球直径可以被确定和使用用于充电端子t1的定位。
这可以进一步参考图3的示例理解，在图3中，充电端子t1在有损导电介质203以上的物理高度hp＝h1处升高。为了减小“绑定”电荷的效果，充电端子t1可以位于充电端子t1的球面半径(或者等效的球面半径)至少四倍的物理高度处，以减小绑定的电荷效果。
接下来参考图5a，示出了由图3的充电端子t1上的升高电荷q1产生的电场的射线光学解释。因为在光学中，最小化入射电场的反射可以改进和/或最大化耦合到有损导电介质203的引导表面波导模式中的能量。对于平行于入射面(不是边界界面)极化的电场(e||)，可以使用fresnel反射系数来确定入射电场的反射量，fresnel反射系数可表示为：
其中θi是针对表面法线测量的常规的入射角。
在图5a的示例中，射线光学解释示出平行于具有针对表面法线
其中x＝σ/ωεo。该复数入射角(θi,b)被称为布鲁斯特角。回去参考等式(22)，可以看到在等式(22)和(26)两者中存在相同的复数布鲁斯特角(θi,b)关系。
如图5a所示，电场矢量e可以被示出为平行于入射平面而极化的输入非均匀平面波。可以从如下的独立的水平和垂直分量创建电场矢量e：
几何上，图5a的示出提出电场矢量e可以由下式给出：
eρ(ρ,z)＝e(ρ,z)cosθi，和(28a)
这意味着场比率是：
称为“波倾斜”的广义参数w为在这里被记录为水平电场分量对垂直电场分量的比率，由下式给出：
其是复数且具有幅度和相位两者。对于区域2中的电磁波，波倾斜角(ψ)等于在与区域1的边界界面处的波前的法线和该边界界面的切线之间的角。这可以在图5b中更容易地看到，图5b示出了电磁波的等相位表面和它们对于径向圆柱引导表面波的法线。在与完美导体的边界界面(z＝0)处，波前法线平行于边界界面的切线，导致w＝0。但是，在有损电介质的情况下，因为波前法线不平行于在z＝0处的边界界面的切线，所以存在波倾斜w。
将等式(30b)应用于引导表面波给出：
其中入射角等于复数布鲁斯特角(θi,b)，等式(25)的fresnel反射系数消失，如下式所示：
通过调整等式(22)的复数场比率，可以合成入射场以按照复数角入射，在该复数角，反射减小或者被消除。将该比率建立为
电有效高度的概念可以提供以下进一步洞察，以利用引导表面波导探头200合成具有复数入射角的电场。对于具有物理高度(或者长度)hp(或者长度)的单极，电有效高度(heff)已被定义为：
因为该表达式取决于沿着该结构的源分布的幅度和相位，所以有效高度(或者长度)通常是复数。该结构的分布电流i(z)的积分在该结构(hp)的物理高度上执行，且被归一化为通过该结构的基极(或者输入)向上流动的地电流(i0)。沿着该结构的分布电流可以表示为：
i(z)＝iccos(β0z)，(34)
其中β0是在该结构上传播的电流的传播因数。在图3的示例中，ic是沿着引导表面波导探头200a的垂直结构分布的电流。
例如，考虑包括该结构的底部的低损耗线圈(例如，螺旋线圈)以及在该线圈和充电端子t1之间连接的垂直馈线导体的馈送网络209。由于线圈(或者螺旋延迟线)导致的相位延迟是θc＝βplc，其中物理长度是lc且传播因数如下：
其中vf是该结构上的速度因数，λ0是在供应频率处的波长，且λp是从速度因数vf产生导致的传播波长。相对于地(桩)电流i0测量相位延迟。
另外，沿着垂直馈线导体的长度lw的空间相位延迟可以由θy＝βwlw给出，其中βw是用于垂直馈线导体的传播相位常数。在某些实现中，空间相位延迟可以由θy＝βwhp近似，因为引导表面波导探头200a的物理高度hp和垂直馈线导体长度lw之间的差值远小于供应频率处的波长(λ0)。结果，通过线圈和垂直馈线导体的总相位延迟是φ＝θc+θy，且从物理结构的底部馈送到线圈顶部的电流是：
ic(θc+θy)＝i0ejφ，(36)
其中相对于地(桩)电流i0测量总相位延迟φ。因此，对于物理高度hp＜＜λ0的情况，引导表面波导探头200的电有效高度可以由下式近似：
在角度(或者相移)φ处的单极的复数有效高度heff＝hp可以被调整，以使得源场匹配导线表面波导模式，并使得在有损导电介质203上启动引导表面波。
在图5a的示例中，射线光学用于示出具有在汉克尔相交距离(rx)121处的复数布鲁斯特入射角(θi,b)的入射电场(e)的复数角度三角学。从等式(26)回想，对于有损导电介质，布鲁斯特角是复数且由下式指定：
电气地，几何参数通过下式由充电端子t1的电有效高度(heff)相关：
rxtanψi,b＝rx×w＝heff＝hpejφ，(39)
其中ψi,b＝(π/2)-θi,b是从有损导电介质的表面测量的布鲁斯特角。为了耦合到引导表面波导模式中，在汉克尔相交距离处的电场的波倾斜可以表示为电有效高度和汉克尔相交距离的比率：
因为物理高度(hp)和汉克尔相交距离(rx)两者都是实数量，所以在汉克尔相交距离(rx)处的所需的引导表面波倾斜的角度(ψ)等于复数有效高度(heff)的相位(φ)。这暗示通过在线圈的供应点改变相位，且因此改变等式(37)中的相移，可以操纵复数有效高度的相位φ以匹配在汉克尔相交点121处的引导表面波导模式的波倾斜角ψ：φ＝ψ。
在图5a中，示出直角三角形具有沿着有损导电介质表面的长度rx的相邻边、以及在rx处的汉克尔相交点121和充电端子t1的中心之间延伸的射线124与在汉克尔相交点121和充电端子t1之间的有损导电介质表面127之间测量的复数布鲁斯特角ψi,b。对于位于物理高度hp处并以具有适当的相位延迟φ的电荷激励的充电端子t1，产生的电场在汉克尔相交距离rx，处并以布鲁斯特角对于该有损导电介质边界界面入射。在这些条件下，可以激励引导表面波导模式，而没有反射或者实质上微不足道的反射。
如果充电端子t1的物理高度减小而不改变有效高度(heff)的相移φ，则产生的电场在距引导表面波导探头200的减小的距离处以布鲁斯特角与有损导电介质203交叉。图6图形地示出减小充电端子t1的物理高度对于以布鲁斯特角入射电场的距离的影响。随着高度从h3通过h2减小到h1，电场以布鲁斯特角与有损导电介质(例如，大地)交叉的点移动更靠近充电端子位置。但是，如等式(39)指示的，充电端子t1的高度h1(图3)应该等于或者高于物理高度(hp)，以便激励汉克尔函数的远离分量。利用位于有效高度(heff)或者该有效高度以上的充电端子t1，有损导电介质203可以以处于或者超出汉克尔相交距离(rx)121以布鲁斯特入射角(ψi,b＝(π/2)-θi,b)照射，如图5a所示。为了减小或者最小化充电端子t1上的绑定电荷，该高度应该是如上所述的充电端子t1的球面直径(或者等效的球面直径)的至少四倍。
引导表面波导探头200可以配置为建立具有与以复数布鲁斯特角照射有损导电介质203的表面的波对应的波倾斜的电场，由此通过实质上模式匹配到在(或者超出)rx的汉克尔相交点121的引导表面波模式，来激励径向表面电流。
参考图7，示出了包括充电端子t1的引导表面波导探头200b的示例的图形表示。ac源212用作充电端子t1的激励源，其通过包括比如螺旋线圈的线圈215的馈送网络(图3)耦合到引导表面波导探头200b。在其他实现中，ac源212可以通过主线圈电感地耦合到线圈215。在一些实施例中，可以包括阻抗匹配网络以改进和/或最大化ac源212到线圈215的耦合。
如图7所示，引导表面波导探头200b可以包括沿着垂直轴z实质上正交由有损导电介质定位的上部充电端子t1(例如，在高度hp的球形)，该垂直轴z实质上与由有损导电介质203表示的平面正交。第二介质206位于有损导电介质203以上。充电端子t1具有自电容ct。在操作期间，电荷q1取决于在任何给定时刻施加到端子t1的电压，而强加在端子t1上。
在图7的示例中，线圈215耦合到在第一端的地桩218，并经由垂直馈线导体221耦合到充电端子t1。在一些实现中，到充电端子t1的线圈连接可以使用如图7所示的线圈215的抽头224来调整。线圈215可以通过在线圈215的下部的抽头227由ac源212在操作频率处致能。在其他实现中，ac源212可以通过主线圈电感地耦合到线圈215。
引导表面波导探头200的结构和调整基于各种操作条件，比如传输频率、有损导电介质的条件(例如，土壤导电率σ和相对介电常数εr)和充电端子t1的大小。折射率可以如下从等式(10)和(11)计算：
其中x＝σ/ωεo，且ω＝2πf。导电率σ和相对介电常数εr可以通过有损导电介质203的测试测量来确定。从表面法线测量的复数布鲁斯特角(θi,b)也可以从等式(26)如下确定：
或者如下从如图5a所示的表面测量：
还可以使用等式(40)求出在汉克尔相交距离处的波倾斜(wrx)。
还可以通过对于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解如图4所示的rx，来求出汉克尔相交距离。然后可以使用汉克尔相交距离和复数布鲁斯特角从等式(39)如下确定电有效高度：
heff＝hpejφ＝rxtanψi,b。(44)
如可以从等式(44)看到的，复数有效高度(heff)包括与充电端子t1的物理高度(hp)关联的幅度、和要与在汉克尔相交距离(rx)处的波倾斜的角度(ψ)关联的相位延迟(φ)。利用这些变量和所选的充电端子t1配置，可能确定引导表面波导探头200的配置。
利用位于物理高度(hp)或以上的充电端子t1，馈送网络209(图3)和/或将馈送网络连接到充电端子t1的垂直馈线可以被调整，以将充电端子t1上的电荷q1的相位(φ)与波倾斜(w)的角度(ψ)匹配。可以选择充电端子t1的大小，以对于强加在端子上的电荷q1提供充分大的表面。总的来说，希望使得充电端子t1实际上尽可能大。充电端子t1的大小应该足够大以避免周围空气的电离，这可导致充电端子周围的放电或者火花。
螺旋缠绕的线圈的相位延迟θc可以从麦克斯韦方程确定，如已经由corum,k.l.和j.f.corum，“rfcoils,helicalresonatorsandvoltagemagnificationbycoherentspatialmodes”，microwavereview，vol.7，no.2，2001年9月，pp.36-45.讨论的，将其通过引用完全包括于此。对于具有h/d＞1的螺旋线圈，沿着线圈的纵向轴的波的传播速率(υ)与光的速度(c)的比率，或者“速度因数”由下式给出：
其中h是螺线管螺旋线的轴向长度，d是线圈直径，n是线圈的匝数，s＝h/n是线圈的匝到匝间隔(或者螺旋线间距)，且λo是自由空间波长。基于该关系，螺旋线圈的电长度，或者相位延迟由下式给出：
如果螺旋线以螺旋状地缠绕或者短和粗，该原理是相同的，但是vf和θc更易于通过实验测量获得。螺旋传输线的特性(波)阻抗的表达还已经被导出为：
该结构的空间相位延迟θy可以使用垂直馈线导体221(图7)的行波相位延迟确定。在完美地平面以上的圆柱垂直导体的电容可以表示为：
其中hw是导体的垂直长度(或者高度)，且a是半径(以mk为单位)。对于螺旋线圈，垂直馈线导体的行波相位延迟可以由下式给出：
其中βw是垂直馈线导体的传播相位常数，hw是垂直馈线导体的垂直长度(或者高度)，vw是线路上的速率因数，λ0是在供应频率的波长，且λw是从速率因数vw导致的传播波长。对于均匀圆柱导体，速率因数是具有vw≈0.94的常数，或者在从大约0.93到大约0.98的范围内。如果考虑桅是均匀传输线，则其平均特性阻抗可以由下式近似：
其中对于均匀圆柱导体vw≈0.94对于均匀圆柱导体，且a是导体的半径。在单线馈线的特性阻抗的业余无线电文献中已经采用的替代表示可以由下式给出：
等式(51)暗示用于单线馈送器的zw随着频率改变。可以基于电容和特性阻抗，来确定相位延迟。
利用位于如图3所示的有损导电介质203以上的充电端子t1，馈送网络209可以被调整，而以等于在汉克尔相交距离处的波倾斜的角度(ψ)的复数有效高度(heff)的相位延迟(φ)、或者φ＝ψ，来激励充电端子t1。当满足该条件时，由在充电端子t1上振荡的电荷q1产生的电场耦合到沿着有损导电介质203的表面行进的引导表面波导模式中。例如，如果布鲁斯特角(θi,b)、与垂直馈线导体221相关联的相位延迟(θy)(图7)、和线圈215(图7)的配置已知，则抽头224(图7)的位置可以被确定和调整，以在具有相位φ＝ψ的充电端子t1上施加振荡电荷q1。抽头224的位置可以被调整为，将行进的表面波最大化耦合到引导表面波导模式中。超出抽头224的位置的过度线圈长度可以被去除，以减小电容效应。螺旋线圈的垂直线高度和/或几何参数也可以改变。
在有损导电介质203的表面上耦合到引导表面波导模式可以通过针对与充电端子t1上的电荷q1相关联的复数镜像平面、对于驻波谐振调谐引导表面波导探头200来改进和/或优化。通过这样做，可以调整引导表面波导探头200的性能，用于充电端子t1上增加的和/或最大的电压(且因此电荷q1)。回头参考图3，可以使用镜像原理来检查区域1中的有损导电介质203的效果。
物理上，位于完美导电平面上方的升高的电荷q1吸引完美导电平面上的自由电荷，其然后在升高的电荷q1下的区域中“积累”。产生的完美导电平面上的“绑定”电荷的分布类似于钟形曲线。升高的电荷q1的电势加上它下面的感应的“积累”电荷的电势的叠加促使完美导电平面的零等势面。描述完美导电平面以上的区域中的场的边界值问题解可以使用镜像电荷的经典概念而获得，其中来自升高的电荷的场与来自完美导电平面之下的相应的“镜像”电荷的场叠加。
该分析还可以通过假定引导表面波导探头200之下的有效镜像电荷q1'的存在而针对有损导电介质203使用。有效镜像电荷q1'关于导电镜像地平面130与充电端子t1上的电荷q1一致，如图3所示。但是，镜像电荷q1'不仅位于某个实际深度，而且与充电端子t1上的主要源电荷q1成180°反向，如它们在完美导体的情况下那样。而是，有损导电介质203(例如，陆地介质)表示相移镜像。就是说，镜像电荷q1'在有损导电介质203的表面(或者物理边界)以下的复数深度。对于复数镜像深度的讨论，参考wait,j.r.，“compleximagetheory—revisited”，ieeeantennasandpropagationmagazine，vol.33，no.4，1991年8月，pp.27-29，将其通过引用完全包括于此。
代替在等于电荷q1的物理高度(h1)的深度处的镜像电荷q1'，导电镜像地平面130(表示完美导体)位于复数深度z＝-d/2，且镜像电荷q1'在由-d1＝-(d/2+d/2+h1)≠h1给出的复数深度(即，“深度”具有幅度和相位两者)出现。对于大地上的垂直极化源，
其中
如在等式(12)中指示的。镜像电荷的复数间隔又暗示外部场将经历当界面是电介质或者完美导体时未遇到的额外相移。在有损导电介质中，波前法线在z＝-d/2处，且不在区域1和2之间的边界界面处，平行于导电镜像地平面130的切线。
考虑图8a中示出的有损导电介质203是具有物理边界136的有限导电大地133的情况。有限导电大地133可以由如图8b所示的完美导电镜像地平面139替代，其位于物理边界136之下的复数深度z1。当向下看到在物理边界136处的界面中时，该等效表示展现相同阻抗。图8b的等效表示可以被建模为等效传输线，如图8c所示。等效结构的截面表示为(z-方向)端负载传输线，该完美导电镜像平面的阻抗短路(zs＝0)。该深度z1可以通过令在大地向下看的tem波阻抗与看到图8c的传输线中的镜像地平面阻抗zin相等而确定。
在图8a的情况下，上部区域(空气)142中的传播常数和波固有阻抗是：
在有损大地133中，传播常数和波固有阻抗是：
对于法线入射，图8b的等效表示等效于其特性阻抗是空气的阻抗(zo)、具有传播常数γo，、且其长度是z1的tem传输线。这样，在图8c的短的传输线的界面处看到的镜像地平面阻抗zin由下式给出：
zin＝zotanh(γoz1)。(59)
令与图8c的等效模式相关联的镜像地平面阻抗zin与图8a的法线入射波阻抗相同并求解z1给出到短路(完美导电镜像地平面139)的距离为：
其中对于该近似仅考虑反双曲线正切的串行扩展的第一项。注意到在空气区域142中，传播常数是γo＝jβo，所以zin＝jzotanβoz1(其对于实数z1是完全虚数量)，但是如果σ≠0则ze是复数值。因此，仅当z1是复数距离时，zin＝ze。
因为图8b的等效表示包括完美导电镜像地平面139，所以位于大地表面(物理边界136)处的电荷或者电流的镜像深度等于在镜像地平面139的另一侧上的距离z1，或者在大地表面之下的d＝2×z1(其位于z＝0处)。因此，到完美导电镜像地平面139的距离可以由下式近似：
另外，“镜像电荷”将与真实电荷“大小相等方向相反”，所以在深度z1＝-d/2处的完美导电镜像地平面139的电势将是零。
如果在如图3所示的大地表面以上的距离h1升高电荷q1，则镜像电荷q1驻留在该表面以下的复数距离d1＝d+h1处，或者镜像地平面130以下的复数距离d/2+h1处。图7的引导表面波导探头200b可以建模为可以基于图8b的完美导电镜像地平面139的等效单线传输线镜像平面模型。图9a示出等效单线传输线镜像平面模型的示例，且图9b示出包括图8c的短路传输线的等效经典传输线模型的示例。
在图9a和图9b的等效镜像平面模型中，φ＝θy+θc是参考大地133(或者有损导电介质203)的引导表面波导探头200的行波相位延迟，θc＝βph是以度表示的物理长度h的线圈215(图7)的电长度，θy＝βwhw是以度表示的物理长度hw的垂直馈线导体221(图7)的电长度，且θd＝βod/2是镜像地平面139和大地133(或者有损导电介质203)的物理边界136之间的相移。在图9a和图9b的示例中，zw是以欧姆为单位的升高垂直馈线导体221的特性阻抗，zc是以欧姆为单位的线圈215的特性阻抗，且zo是自由空间的特性阻抗。
在引导表面波导探头200的基底(base)，“向上看”到该结构中的阻抗是z↑＝zbase。其中负载阻抗是：
其中ct是充电端子t1的自电容，“向上看”到垂直馈线导体221(图7)中的阻抗由下式给出：
且“向上看”到线圈215(图7)中的阻抗由下式给出：
在引导表面波导探头200的基底处，“向下看”到有损导电介质203中的阻抗是z↓＝zin，其由下式给出：
其中zs＝0。
忽略损耗，等效镜像平面模型可以被调谐为当z↓+z↑＝0时在物理边界136处谐振。或者，在低损耗情况下，在物理边界136处x↓+x↑＝0，其中x是相应的电抗分量。因此，“向上看”到引导表面波导探头200中的物理边界136处的阻抗是“向下看”到有损导电介质203中的物理边界136处的阻抗的共轭。通过调整充电端子t1的负载阻抗zl，同时维持行波相位延迟φ等于介质的波倾斜ψ的角度，以使得φ＝ψ，这改进和/或最大化沿着有损导电介质203(例如，大地)的表面的、探头的电场到引导表面波导模式的耦合，图9a和图9b的等效镜像平面模型可以被调谐以相对于镜像地平面139谐振。以该方式，等效复数镜像平面模型的阻抗是纯电阻的，这维持使得端子t1上的电压和升高电荷最大化的探头结构上的叠加驻波，并且通过等式(1)-(3)和(16)使得传播表面波最大化。
从汉克尔解得出，由引导表面波导探头200激励的引导表面波是向外传播的行波。充电端子t1和引导表面波导探头200的地桩218之间的沿着馈送网络209的源分布(图3和图7)实际上由该结构上的行波加上驻波的叠加构成。利用位于物理高度hp或其以上的充电端子t1，通过馈送网络209移动的行波的相位延迟匹配与有损导电介质203相关联的波倾斜的角度。该模式匹配允许沿着有损导电介质203启动行波。一旦对于行波已建立了相位延迟，就调整充电端子t1的负载阻抗zl以使得探头结构针对在复数深度-d/2的镜像地平面(图3的130或者图8的139)驻波谐振。在该情况下，从镜像地平面看的阻抗具有零电抗，且充电端子t1上的电荷最大化。
行波现象和驻波现象之间的区别在于(1)在长度d的传输线(有时称为“延迟线”)的部分上的行波的相位延迟(θ＝βd)是由于传播时间延迟；然而(2)驻波(由前向和后向传播波构成)的取决于位置的相位取决于线长度传播时间延迟和在不同特性阻抗的线部分之间的界面处的阻抗变换两者。除了由于以正弦稳态操作的传输线部分的物理长度导致的相位延迟，存在由于比率zoa/zob导致的阻抗不连续处的额外反射系数相位，其中zoa和zob是传输线的两个部分的特性阻抗，例如，特性阻抗的螺旋线圈部分zoa＝zc(图9b)和特性阻抗的垂直馈线导体的直线部分zob＝zw(图9b)。
作为该现象的结果，普遍不同的特性阻抗的两个相对短的传输线部分可以用于提供非常大的相移。例如，可以制造由传输线的两个部分(一个是低阻抗另一个是高阻抗)与总共0.05λ的物理长度一起构成的探头结构，以提供等效于0.25λ谐振的90°的相移。这是由于特性阻抗的大的跳变。以该方式，物理上短的探头结构可以电气地长于组合的两个物理长度。这在图9a和图9b示出，其中阻抗比率的不连续性提供相位的大的跳变。阻抗不连续性提供其中各部分接合在一起的实质的相移。
参考图10，示出了流程图150，示出调整引导表面波导探头200(图3和图7)以实质上模式匹配到有损导电介质的表面上的引导表面波导模式的示例，该引导表面波导模式启动沿着有损导电介质203(图3)的表面的引导表面行波。以153开始，引导表面波导探头200的充电端子t1位于有损导电介质203以上的限定高度。利用有损导电介质203的特性和引导表面波导探头200的操作频率，可以通过对于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解图4所示的rx，来求出汉克尔相交距离。可以使用等式(41)确定复数折射率(n)，且然后可以从等式(42)确定复数布鲁斯特角(θi,b)。然后可以从等式(44)确定充电端子t1的物理高度(hp)。充电端子t1应该在或者高于物理高度(hp)以便激励汉克尔函数的远离分量。当启动表面波时，最初考虑该高度关系。为了减小或者最小化充电端子t1上的绑定电荷，该高度应该是充电端子t1的球面直径(或者等效球面直径)的至少四倍。
在156，充电端子t1上的升高的电荷q1的电相位延迟φ匹配到复数波倾斜角ψ。螺旋线圈的相位延迟(θc)和/或垂直馈线导体的相位延迟(θy)可以被调整以使得φ等于波倾斜(w)的角度(ψ)。基于等式(31)，波倾斜的角度(ψ)可以如下确定：
电相位φ然后可以匹配到波倾斜的角度。当启动表面波时，接下来考虑该角(或者相位)关系。例如，可以通过改变线圈215(图7)的几何参数和/或垂直馈线导体221(图7)的长度(或者高度)，来调整电相位延迟φ＝θc+θy。通过匹配φ＝ψ，可以在边界界面处具有复数布鲁斯特角的汉克尔相交距离(rx)处或者超出该汉克尔相交距离(rx)建立电场，以激励表面波导模式和沿着有损导电介质203启动行波。
接下来在159，调谐充电端子t1的负载阻抗，以谐振该引导表面波导探头200的等效镜像平面模型。图9a和图9b的导电镜像地平面139(或者图3的130)的深度(d/2)可以使用等式(52)、(53)和(54)以及可以测量的有损导电介质203(例如，大地)的值确定。使用该深度，可以使用θd＝βod/2确定有损导电介质203的镜像地平面139和物理边界136之间的相移(θd)。然后可以使用等式(65)确定“向下看”到有损导电介质203中的阻抗(zin)。可以考虑该谐振关系，以最大化启动的表面波。
基于线圈215的调整的参数以及垂直馈线导体221的长度，可以使用等式(45)到(51)确定线圈215和垂直馈线导体221的速率因数、相位延迟和阻抗。另外，可以例如使用等式(24)确定充电端子t1的自电容(ct)。可以使用等式(35)确定线圈215的传播因数(βp)，且可以使用等式(49)确定垂直馈线导体221的传播相位常数(βw)。使用自电容以及线圈215和垂直馈线导体221的确定的值，可以使用等式(62)、(63)和(64)确定如“向上看”到线圈215中的引导表面波导探头200的阻抗(zbase)。
通过调整负载阻抗zl以，可将引导表面波导探头200的等效镜像平面模型调谐为谐振，使得zbase的电抗分量xbase抵消zin的电抗分量xin，或者xbase+xin＝0，来。因此，“向上看”到引导表面波导探头200中的物理边界136处的阻抗是在“向下看”到有损导电介质203中的物理边界136处的阻抗的共轭。可以通过改变充电端子t1的电容(ct)而不改变充电端子t1的电相位延迟φ＝θc+θy，来调整负载阻抗zl。可以采用迭代方案，来调谐负载阻抗zl以，用于等效镜像平面模型相对于导电镜像地平面139(或者130)的谐振。以该方式，沿着有损导电介质203(例如，大地)的表面的电场到引导表面波导模式的耦合可以改进和/或最大化。
这可以通过示出具有数字示例的情况更好地理解。考虑以充电端子t1在顶部的包括物理高度hp的顶部负载垂直根的引导表面波导探头200，其中在1.85mhz的操作频率(fo)通过螺旋线圈和垂直馈线导体激励充电端子t1。对于16英尺的高度(h1)和具有相对介电常数εr＝15和导电率σ1＝0.010mhos/m的有损导电介质203(例如，大地)，可以对于fo＝1.850mhz计算几个表面波传播参数。在这些情况下，可以求出汉克尔相交距离是具有hp＝5.5英尺的物理高度的rx＝54.5英尺，其很好地在充电端子t1的实际高度以下。虽然可以使用充电端子高度h1＝5.5英尺，但是更高的探头结构减小绑定电容，这允许充电端子t1上更大百分比的自由电荷，提供更大场强和行波的激励。
波长度可以确定为：
其中c是光的速度。从等式(41)，复数折射率是：
其中x＝σ1/ωεo，且ω＝2πfo，且从等式(42)，复数布鲁斯特角是：
使用等式(66)，波倾斜值可以确定为：
因此，可以调整螺旋线圈以匹配φ＝ψ＝40.614°
垂直馈线导体(近似为具有0.27英寸的直径的均匀圆柱导体)的速率因数可以给出为vw≈0.93。因为hp＜＜λo，所以垂直馈线导体的传播相位常数可以近似为：
从等式(49)，垂直馈线导体的相位延迟是：
θy＝βwhw≈βwhp＝11.640°。(72)
通过调整螺旋线圈的相位延迟以使得θc＝28.974°＝40.614°-11.640°，φ将等于ψ以匹配引导表面波导模式。为示出φ和ψ之间的关系，图11示出两者在频率范围上的绘图。因为φ和ψ两者是取决于频率的，所以可以看到它们各自的曲线在大约1.85mhz处彼此相交。
对于具有0.0881英寸的导体直径、30英寸的线圈直径(d)和4英寸的匝到匝间隔(s)的螺旋线圈，该线圈的速率因数可以使用等式(45)确定为：
且来自等式(35)的传播因数是：
在θc＝28.974°的情况下，螺线管螺旋线(h)的轴向长度可以使用等式(46)确定，使得：
该高度确定螺旋线圈上连接垂直馈线导体的位置，导致具有8.818匝(n＝h/s)的线圈。
通过调整线圈和垂直馈线导体的行波相位延迟以匹配波倾斜角(φ＝θc+θy＝ψ)，可以调整充电端子t1的负载阻抗(zl)，用于引导表面波导探头200的等效镜像平面模型的驻波谐振。从测量的大地的介电常数、电导率和渗透率，可以使用等式(57)确定径向传播常数：
并且导电镜像地平面的复数深度可以从等式(52)近似为：
其中导电镜像地平面和大地的物理边界之间的相应的相移由下式给出：
θd＝βo(d/2)＝4.015-j4.73°。(78)
使用等式(65)，“向下看”到有损导电介质203(即，大地)中的阻抗可以确定为：
zin＝zotanh(jθd)＝rin+jxin＝31.191+j26.27欧姆。(79)
通过匹配“向下看”到有损导电介质203中的电抗分量(xin)与“向上看”到引导表面波导探头200中的电抗分量(xbase)，可以使得到引导表面波导模式中的耦合最大化。这可以通过调整充电端子t1的电容来实现，而不改变线圈和垂直馈线导体的行波相位延迟。例如，通过将充电端子电容(ct)调整到61.8126pf，来自等式(62)的负载阻抗是：
且匹配在边界处的电抗分量。
使用等式(51)，垂直馈线导体(具有0.27英寸的直径(2a))的阻抗给出为：
且“向上看”到垂直馈线导体中的阻抗由等式(63)给出为：
使用等式(47)，螺旋线圈的特性阻抗给出为：
且在基底处“向上看”到线圈中的阻抗由等式(64)给出为：
当与等式(79)的解比较时，可以看到电抗分量相反且近似相等，且因此是彼此的共轭。因此，从完美导电镜像地平面“向上看”到图9a和图9b的等效镜像平面模型中的阻抗(zip)仅是电阻，或者zip＝r+j0。
当通过匹配馈送网络的行波相位延迟与波倾斜角建立由引导表面波导探头200(图3)产生的电场、且探头结构相对于在复数深度z＝-d/2处的完美导电镜像地平面谐振时，场实质上被模式匹配到有损导电介质的表面上的引导表面波导模式，沿着有损导电介质的表面启动引导表面行波。如图1所示，引导电磁场的引导场强曲线103具有
总之，分析地和实验地，引导表面波导探头200的结构上的行波分量在其上端具有匹配表面行波的波倾斜的角度(ψ)的相位延迟(φ)(φ＝ψ)。在该情况下，可以认为该表面波导是“模式匹配的”。另外，引导表面波导探头200的结构上的谐振驻波分量在充电端子t1处具有vmax且在镜像平面139(图8b)下具有vmin，其中在复数深度z＝-d/2处而不是在有损导电介质203的物理边界136处的连接处，zip＝rip+j0。(图8b)。最后，充电端子t1处于图3的充分高度h1(h≥rxtanψi,b)，使得在复数布鲁斯特角处入射到有损导电介质203上的电磁波在距离(≥rx)之外这样做，其中
回去参考图3，可以控制引导表面波导探头200的操作，以调整与引导表面波导探头200相关联的操作条件的改变。例如，可以使用自适应探头控制系统230来控制馈送网络209和/或充电端子t1，以控制引导表面波导探头200的操作。操作条件可以包括，但是不限于有损导电介质203的特性(例如，电导率σ和相对介电常数εr)的改变、场强的变化和/或引导表面波导探头200的负载的变化。如可以从等式(31)、(41)和(42)看到的，可以通过例如天气状况导致的土壤导电率和介电常数的改变，来影响折射率(n)、复数布鲁斯特角(θi,b)和波倾斜(|w|ejψ)。
例如电导率测量探头、介电常数传感器、地参数计、场计、电流监视器和/或负载接收者之类的仪器可以用于监控操作条件的改变，并将关于当前操作条件的信息提供给自适应探头控制系统230。探头控制系统230然后可以对引导表面波导探头200做出一个或多个调整，以维持引导表面波导探头200的特定操作条件。例如，当湿度和温度改变时，土壤的电导率也将改变。电导率测量探头和/或介电常数传感器可以位于引导表面波导探头200周围的多个位置。通常，可期望在该操作频率的汉克尔相交距离rx处或其周围监控电导率和/或介电常数。电导率测量探头和/或介电常数传感器可以位于引导表面波导探头200周围的多个位置(例如，每个象限中)。
电导率测量探头和/或介电常数传感器可以配置为按照周期性的基础估计电导率和/或介电常数，并将该信息传递到探头控制系统230。该信息可以通过网络传递到探头控制系统230，网络比如但是不限于lan、wlan、蜂窝网络、或者其他适当的有线或者无线通信网络。基于监控的电导率和/或介电常数，探头控制系统230可以估计折射率(n)、复数布鲁斯特角(θi,b)和/或波倾斜(|w|ejψ)的变化，并调整引导表面波导探头200，以维持馈送网络209的相位延迟(φ)等于波倾斜角(ψ)和/或维持引导表面波导探头200的等效镜像平面模型的谐振。这可以通过例如调整θy、θc和/或ct来实现。例如，探头控制系统230可以调整充电端子t1的自电容和/或应用于充电端子t1的相位延迟(θy，θc)，以将引导表面波的电启动效率维持在最大或其附近。例如，充电端子t1的自电容可以通过改变端子的大小来改变。电荷分布也可以通过增加充电端子t1的大小来改进，增加充电端子t1的大小可以减小从充电端子t1的放电的机会。在其他实施例中，充电端子t1可以包括可以调整以改变负载阻抗zl的可变电感。应用于充电端子t1的相位可以通过改变线圈215(图7)上的抽头位置、和/或通过包括沿着线圈215的多个预定义抽头并在不同预定义抽头位置之间切换来调整，以最大化启动效率。
场或者场强(fs)计也可以围绕引导表面波导探头200分布，以测量与引导表面波相关联的场的场强。场或者fs计可以配置为检测场强和/或场强(例如，电场强)的改变，并将该信息传递到探头控制系统230。该信息可以通过网络传递到探头控制系统230，网络比如但是不限于lan、wlan、蜂窝网络、或者其他适当的通信网络。当负载和/或环境条件在操作期间改变或者变化时，可以调整引导表面波导探头200以维持在fs计位置的特定场强，以保证到接收者的适当的功率传输、和它们提供的负载。
例如，可以调整应用于充电端子t1的相位延迟(φ＝θy+θc)以匹配波倾斜角(ψ)。通过调整一个或两个相位延迟，可以调整引导表面波导探头200，以保证波倾斜对应于复数布鲁斯特角。这可以通过调整线圈215(图7)上的抽头位置、以改变供应到充电端子t1的相位延迟来实现。供应到充电端子t1的电压电平还可以增加或者减少，以调整电场强。这可以通过调整激励源212的输出电压或者通过调整或者重新配置馈送网络209来实现。例如，可以调整ac源212的抽头227(图7)的位置，以增加由充电端子t1看到的电压。在预定义范围内维持场强级别可以改进接收者的耦合，减小地电流损耗，和避免与来自其他引导表面波导探头200的传输的干扰。
探头控制系统230可以以硬件、固件、由硬件执行的软件、或者其组合实现。例如，探头控制系统230可以包括处理电路，其包括处理器和存储器，处理器和存储器两者可以耦合到本地接口，例如具有附带的控制/地址总线的数据总线，如本领域技术人员认识到的那样。探头控制应用可以由处理器执行，以基于监控的条件调整引导表面波导探头200的操作。探头控制系统230还可以包括用于与各种监控装置通信的一个或多个网络接口。通信可以通过网络，比如但是不限于lan、wlan、蜂窝网络、或者其他适当的通信网络。探头控制系统230例如可以包括比如服务器、桌面计算机、膝上型计算机之类的计算机系统，或者具有类似性能的其他系统。
回头参考图5a的示例，示出复数角三角学用于具有在汉克尔相交距离(rx)处的复数布鲁斯特角(θi,b)的充电端子t1的入射电场(e)的射线光学解释。回想，对于有损导电介质，布鲁斯特角是复数且由等式(38)指定。电气地，几何参数通过等式(39)由充电端子t1的电有效高度(heff)相关。因为物理高度(hp)和汉克尔相交距离(rx)两者都是实数量，所以在汉克尔相交距离处的所需的引导表面波倾斜的角度(wrx)等于复数有效高度(heff)的相位(φ)。对于位于物理高度hp处且以具有适当相位φ的电荷激励的充电端子t1，产生的电场在汉克尔相交距离rx处，并以布鲁斯特角入射该有损导电介质边界界面。在这些条件下，可以激励引导表面波导模式，而没有反射或者实质上可忽略的反射。
但是，等式(39)指的是引导表面波导探头200的物理高度可以相对小。虽然这将激励引导表面波导模式，但是这可能导致具有很小自由改变的过大的绑定电荷。为了补偿，可以将充电端子t1升高到适当标高，以增加自由电荷量。作为一个示例经验法则，充电端子t1可以位于充电端子t1的有效直径的大约4-5倍(或者更大)的标高处。图6示出将充电端子t1升高到如图5a所示的物理高度(hp)以上的效果。增加的标高导致波倾斜入射该有损导电介质的距离移动超出汉克尔相交点121(图5a)。为了改进引导表面波导模式中的耦合，且因此提供引导表面波的更大的启动效率，可使用下部补偿端子t2，以调整充电端子t1的总有效高度(hte)，使得在汉克尔相交距离处的波倾斜在布鲁斯特角。
参考图12，示出了引导表面波导探头200c的示例，其包括沿着与由有损导电介质203表示的平面垂直的垂直轴z布置的升高的充电端子t1和下部补偿端子t2。在这方面，充电端子t1直接位于补偿端子t2以上，虽然可能使用两个或者更多充电和/或补偿端子tn的一些其他布置。根据本公开的实施例，引导表面波导探头200c设置在有损导电介质203以上。有损导电介质203组成区域1，同时第二介质206组成区域2，第二介质206与有损导电介质203共享边界界面。
引导表面波导探头200c包括馈送网络209，该馈送网络209将激励源212耦合到充电端子t1和补偿端子t2。根据各种实施例，取决于在任何给定时刻施加到端子t1和t2的电压，电荷q1和q2能施加于相应充电和补偿端子t1和t2上。i1是经由端子引线在充电端子t1上馈送电荷q1的传导电流，且i2是经由端子引线在补偿端子t2上馈送电荷q2的传导电流。
根据图12的实施例，充电端子t1位于有损导电介质203以上物理高度h1处，且补偿端子t2沿着垂直轴z直接位于t1以下物理高度h2处，其中h2小于h1。传输结构的高度h可以计算为h＝h1-h2。充电端子t1具有隔离的(或者自)电容c1，且补偿端子t2具有隔离的(或者自)电容c2。互电容cm可取决于其间的距离而存在于端子t1和t2之间。在操作期间，取决于在任何给定时刻施加到充电端子t1和补偿端子t2的电压，电荷q1和q2分别施加在充电端子t1和补偿端子t2上。
接下来参考图13，示出了由图12的充电端子t1和补偿端子t2上的升高的电荷产生的效果的射线光学解释。利用升高到射线在大于如由线163示出的汉克尔相交点121的距离处以布鲁斯特角与有损导电介质相交的高度的充电端子t1，补偿端子t2可以用于通过补偿增加的高度而调整hte。补偿端子t2的效果是减小引导表面波导探头的电有效高度(或者有效地提升有损介质界面)，使得在汉克尔相交距离处的波倾斜在布鲁斯特角，如线166示出的。
总有效高度可以写为与充电端子t1相关联的上部有效高度(hue)和与补偿端子t2相关联的下部有效高度(hle)的叠加，使得：
其中φu是施加到上部充电端子t1的相位延迟，φl是施加到下部补偿端子t2的相位延迟，β＝2π/λp是来自等式(35)的传播因数，hp是充电端子t1的物理高度且hd是补偿端子t2的物理高度。如果考虑额外的引线长度，则可以通过将充电端子引线长度z加到充电端子t1的物理高度hp和将补偿端子引线长度y加到补偿端子t2的物理高度hd来说明它们，如下所示：
下部有效高度可以用于调整总有效高度(hte)以等于图5a的复数有效高度(heff)。
等式(85)或者(86)可以用于确定补偿端子t2的下部盘的物理高度和馈送端子的相位角，以获得在汉克尔相交距离处的所需波倾斜。例如，等式(86)可以重写为作为补偿端子高度(hd)的函数施加到充电端子t1的相移，以给出：
为了确定补偿端子t2的定位，可以使用上述关系。首先，总有效高度(hte)是上部充电端子t1的复数有效高度(hue)和下部补偿端子t2的复数有效高度(hle)的叠加，如等式(86)表示的。之后，入射角的正切可以几何地表示为：
其等于波倾斜的定义，w。最终，给定所需汉克尔相交距离rx，可以调整hte以使得入射射线的波倾斜匹配在汉克尔相交点121处的复数布鲁斯特角。这可以通过调整hp、φu和/或hd实现。
当在引导表面波导探头的示例的上下文中讨论时，这些概念可以更好地理解。参考图14，示出了包括沿着实质上与由有损导电介质203表示的平面正交的垂直轴z定位的上部充电端子t1(例如，在高度ht的球)和下部补偿端子t2(例如，在高度hd的盘)的引导表面波导探头200d的示例的图形表示。在操作期间，取决于在任何给定时刻施加到端子t1和t2的电压，电荷q1和q2分别施加在充电端子t1和补偿端子t2上。
ac源212用作充电端子t1的激励源，其通过包括比如螺旋线圈的线圈215的馈送网络209耦合到引导表面波导探头200d。ac源212可以通过抽头227连接在线圈215的下部两端，如图14所示，或者可以通过主线圈的方式电感地耦合到线圈215。线圈215可以在第一端耦合到地桩218并在第二段耦合到充电端子t1。在一些实现中，可以使用在线圈215的第二端处的抽头224调整到充电端子t1的连接。补偿端子t2位于有损导电介质203(例如，地或者大地)以上并实质上与其平行，且通过耦合到线圈215的抽头致能。位于线圈215和地桩218之间的电流计236可以用于提供在引导表面波导探头的基底处的电流(i0)的幅度的指示。替代地，可以在耦合到地桩218的导体周围使用电流钳以获得电流(i0)的幅度的指示。
在图14的示例中，线圈215在第一端耦合到地桩218，并经由垂直馈线导体221在第二端耦合到充电端子t1。在一些实现中，可以使用在线圈215的第二端处的抽头224调整到充电端子t1的连接，如图14所示。线圈215可以通过在线圈215的下部的抽头227由ac源212以操作频率致能。在其他实现中，ac源212可以通过主线圈电感地耦合到线圈215。补偿端子t2通过耦合到线圈215的抽头233致能。位于线圈215和地桩218之间的电流计236可以用于提供在引导表面波导探头200d的基底处的电流的幅度的指示。替代的，可以在耦合到地桩218的导体周围使用电流钳，以获得电流的幅度的指示。补偿端子t2位于有损导电介质203(例如，地)以上并实质上与其平行。
在图14的示例中，位于线圈215上的到充电端子t1的连接在用于补偿端子t2的抽头223的连接点以上。这种调整允许增大的电压(且因此更高的电荷q1)施加到上部充电端子t1。在其他实施例中，充电端子t1和补偿端子t2的连接点可以反向。可以调整引导表面波导探头220d的总有效高度(hte)以激励具有在汉克尔相交距离rx处的引导表面波倾斜的电场。汉克尔相交距离也可以通过对于-jγρ令等式(20b)和(21)的幅度相等，并求解如图4所示的rx而求出。折射率(n)、复数布鲁斯特角(θi,b和ψi,b)、波倾斜(|w|ejψ)和复数有效高度(heff＝hpejφ)可以相对于上面的等式(41)-(44)确定。
利用所选的充电端子t1配置，可以确定球面直径(或者有效球面直径)。例如，如果充电端子t1不配置为球面，则端子配置可以建模为具有有效球面直径的球面电容。可以选择充电端子t1的大小以提供用于施加在端子上的电荷q1的足够大的表面。总的来说，期望使得充电端子t1尽可能大。充电端子t1的大小应该足够大以避免周围空气的电离，这可能导致充电端子周围的放电或者火花。为了减小充电端子t1上的绑定电荷的量，提供用于启动引导表面波的充电端子t1上的自由电荷的期望提升应该是有损导电介质(例如，大地)以上的有效球面直径的至少4-5倍。补偿端子t2可以用于调整引导表面波导探头200d的总有效高度(hte)，以激励具有在rx处的引导表面波倾斜的电场。补偿端子t2可以在hd＝ht-hp处位于充电端子t1以下，其中ht是充电端子t1的总物理高度。对于固定的补偿端子t2的位置和施加到上部充电端子t1的相位延迟φu，施加到下部补偿端子t2的相位延迟φl可以使用等式(86)的关系来确定，以使得：
在替代实施例中，补偿端子t2可以位于高度hd处，其中im{φl}＝0。这在图15a中图形地示出，图15a分别示出φu的虚数和实数部分的绘图172和175。补偿端子t2位于高度hd处，其中im{φu}＝0，如绘图172图形地示出的。在该固定高度，可以从re{φu}确定线圈相位φu，如绘图175图形地示出的。
对于耦合到线圈215的ac源212(例如，在50ω点以最大化耦合)，可以调整抽头233的位置以用于补偿端子t2与在操作频率的线圈的至少一部分的并行谐振。图15b示出了图14的总的电气关联(hookup)的示意性图，其中v1是通过抽头227从ac源212施加到线圈215的下部部分的电压，v2是供应到上部充电端子t1的抽头224处的电压，且v3是通过抽头233施加到下部补偿端子t2的电压。电阻rp和rd分别表示充电端子t1和补偿端子t2的地返回电阻。充电端子t1和补偿端子t2可以配置为球面、圆柱、环面、环、罩或者电容结构的任何其他组合。可以选择充电端子t1和补偿端子t2的大小以提供在端子上施加的电荷q1和q2的足够大的表面。总的来说，需要使得充电端子t1尽可能大。充电端子t1的大小应该足够大以避免周围空气的电离，这可导致充电端子周围的放电或者火花。充电端子t1和补偿端子t2的自电容cp和cd例如可以分别使用等式(24)确定。
如在图15b中看到的，由线圈215的电感的至少一部分、补偿端子t2的自电容cd和与补偿端子t2相关联的地返回电阻rd形成谐振电路。可以通过调整施加到补偿端子t2的电压v3(例如，通过调整线圈215上的抽头233位置)或者通过调整补偿端子t2的高度和/或大小以调整cd，来建立并行谐振。可以调整线圈抽头233的位置以用于并行谐振，这将导致通过地桩218和通过电流计236的地电流达到最大点。在已经建立补偿端子t2的并行谐振之后，可以调整ac源212的抽头227的位置到线圈215上的50ω点。
来自线圈215的电压v2可以施加到充电端子t1，且可以调整抽头224的位置以使得总有效高度(hte)的相位(φ)近似地等于在汉克尔相交距离(rx)处的引导表面波倾斜(wrx)的角度。可以调整线圈抽头224的位置直到到达该操作点为止，这导致通过电流计236的地电流增大到最大。在这点，由引导表面波导探头200d激励的产生的场实质上模式匹配到有损导电介质203的表面上的引导表面波导模式，导致沿着有损导电介质203的表面的引导表面波的启动。这可以通过测量沿着从引导表面波导探头200延伸的径向的场强来确认。
可以通过充电端子t1的附加和/或通过抽头224施加到充电端子t1的电压的调整，来改变包括补偿端子t2的电路的谐振。虽然调整补偿端子电路用于谐振帮助充电端子连接的后续调整，但是不必建立在汉克尔相交距离(rx)处的引导表面波倾斜(wrx)。可以进一步调整该系统，以通过迭代地调整ac源212的抽头227的位置以在线圈215上的50ω点、和调整抽头233的位置以最大化通过电流计236的地电流，来改进耦合。当调整抽头227和233的位置时，或者当其他组件附加到线圈215时，包括补偿端子t2的电路的谐振可以漂移。
在其他实现中，来自线圈215的电压v2可以施加到充电端子t1，且可以调整抽头233的位置，以使得总有效高度(hte)的相位(φ)近似地等于在rx处的引导表面波倾斜的角度(ψ)。可以调整线圈抽头224的位置，直到达到操作点为止，这导致通过电流计236的地电流实质上达到最大。产生的场实质上模式匹配到有损导电介质203上的引导表面波导模式，且沿着有损导电介质203的表面启动引导表面波。这可以通过测量沿着从引导表面波导探头200延伸的径向的场强来确认。可以进一步调整该系统，以通过迭代地调整ac源212的抽头227的位置在线圈215上的50ω点，并调整抽头224和/或223的位置以最大化通过电流计236的地电流，来改进耦合。
回头参考图12，可以控制引导表面波导探头200的操作，以调整用于与引导表面波导探头200相关联的操作条件的变化。例如，探头控制系统230可以用于控制馈送网络209和/或充电端子t1和/或补偿端子t2的定位，以控制引导表面波导探头200的操作。操作条件可以包括，但是不限于有损导电介质203的特性(例如，电导率σ和相对介电常数εr)的变化、场强的变化和/或引导表面波导探头20的负载的变化。如可以从等式(41)-(44)看到的，可以通过例如由天气条件导致的土壤电导率和介电常数的改变，影响折射率(n)、复数布鲁斯特角(θi,b和ψi,b)、波倾斜(|w|ejψ)和复数有效高度(heff＝hpejφ)。
例如电导率测量探头、介电常数传感器、地参数计、场计、电流监视器和/或负载接收者之类的仪器可以用于监控操作条件的改变，并将关于当前操作条件的信息提供给探头控制系统230。探头控制系统230然后可以对引导表面波导探头200做出一个或多个调整，以维持引导表面波导探头200的特定操作条件。例如，当湿度和温度改变时，土壤的电导率也将改变。电导率测量探头和/或介电常数传感器可以位于引导表面波导探头200周围的多个位置。通常，期望对于该操作频率在汉克尔相交距离rx处或其周围监控电导率和/或介电常数。电导率测量探头和/或介电常数传感器可以位于引导表面波导探头200周围的多个位置(例如，每个象限中)。
然后参考图16，示出了包括沿着垂直轴z布置的充电端子t1和充电端子t2的引导表面波导探头200e的示例。引导表面波导探头200e设置在组成区域1的有损导电介质203以上。另外，第二介质206共享与有损导电介质203的边界界面，并组成区域2。充电端子t1和t2位于有损导电介质203以上。充电端子t1位于高度h1处，且充电端子t2沿着垂直轴z直接位于t1以下高度h2处，其中h2小于h1。由引导表面波导探头200e表示的传输结构的高度h是h＝h1–h2。引导表面波导探头200e包括将激励源212耦合到充电端子t1和t2的馈送网络209。
充电端子t1和/或t2包括可以保持电荷的导电物质(mass)，该导电物质可以被调整大小以保持尽可能多的电荷。充电端子t1具有自电容c1，且充电端子t2具有自电容c2，其可以使用例如等式(24)确定。由于将充电端子t1直接放置在充电端子t2以上，所以在充电端子t1和t2之间创建互电容cm。注意到充电端子t1和t2不需要是相同的，而是每个可以具有单独的大小和形状，且可以包括不同导电物质。最终，由引导表面波导探头200e启动的引导表面波的场强与端子t1上的电荷量成正比。电荷q1又与和充电端子t1相关联的自电容c1成比例，因为q1＝c1v，其中v是在充电端子t1上施加的电压。
当适当地调整以在预定义操作频率操作时，引导表面波导探头200e生成沿着有损导电介质203的表面的引导表面波。激励源212可以以施加到引导表面波导探头200e以激励该结构的预定义频率生成电能。当由引导表面波导探头200e生成的电磁场实质上与有损导电介质203模式匹配时，该电磁场实质上合成在复数布鲁斯特角入射的波前，导致很少或者没有反射。因此，表面波导探头200e不产生辐射波，但是沿着有损导电介质203的表面启动引导表面行波。来自激励源的能量可以作为zenneck表面电流传送到位于引导表面波导探头200e的有效传输范围内的一个或多个接收者。
人们可以确定有损导电介质203的表面上的径向zenneck表面电流jρ(ρ)的渐近线是j1(ρ)趋近和j2(ρ)远离，其中：
趋近(ρ<λ/8):
远离(ρ>>λ/8):
其中i1是在第一充电端子t1上馈送电荷q1的传导电流，且i2是在第二充电端子t2上馈送电荷q2的传导电流。上部充电端子t1上的电荷q1由q1＝c1v1确定，其中c1是充电端子t1的隔离电容。注意到，对于由
表示由等式(90)和(91)提出的径向电流趋近和远离的渐近线是复数量。根据各种实施例，合成物理表面电流j(ρ))以在幅度和相位上尽可能接近地匹配电流渐近线。就是说，趋近|j(ρ)|是对|j1|的正切，且远离|j(ρ)|是对|j2|的正切。此外，根据各种实施例，j(ρ)的相位应该从j1趋近的相位变换为j2远离的相位。
为了在传输的地点匹配引导表面波模式以启动引导表面波，表面电流|j2|远离的相位应该不同于表面电流|j1|趋近的相位，该不同是与
注意到这与等式(17)一致。通过麦克斯韦方程，这种j(ρ)表面电流自动创建符合以下的场：
因此，对于要匹配的引导表面波模式的表面电流|j2|远离和表面电流|j1|趋近之间的相位差是由于与等式(1)-(3)一致的、等式(93)-(95)中的汉克尔函数的特性。认识到以下方面是重要的：由等式(1)-(6)和(17)以及等式(92)-(95)表示的场具有绑定到有损界面的传输线模式的性质，而不是与地波传播相关联的辐射场。
为了获得在给定位置处的引导表面波导探头200e的给定设计的适当的电压幅度和相位，可以使用迭代方案。特别地，可以考虑到端子t1和t2的馈送电流、充电端子t1和t2上的电荷以及有损导电介质203中的它们的镜像，来执行引导表面波导探头200e的给定激励和配置的分析，以便确定生成的径向表面电流密度。可以迭代地执行该处理，直到基于所需参数确定给定引导表面波导探头200e的最优配置和激励为止。为了帮助确定给定引导表面波导探头200e是否以最优级别操作，可以基于在引导表面波导探头200e的位置处的区域1的电导率(σ1)和区域1的介电常数(ε1)的值，使用等式(1)-(12)，来生成引导场强曲线103(图1)。这种引导场强曲线103可以提供操作的基准，以使得测量的场强可以与由引导场强曲线103指示的幅度比较，以确定是否已经达成最优传输。
为了达成最优条件，可以调整与引导表面波导探头200e相关联的各种参数。可以改变以调整引导表面波导探头200e的一个参数是充电端子t1和/或t2之一或两者相对于有损导电介质203的表面的高度。另外，还可以调整充电端子t1和t2之间的距离或者间距。这样做时，如可以理解的，人们可以最小化或者按照别的方式更改充电端子t1和t2与有损导电介质203之间的互电容cm或者任何绑定电容。还可以调整各个充电端子t1和/或t2的大小。通过改变充电端子t1和/或t2的大小，如可以理解的，人们将改变各个自电容c1和/或c2和互电容cm。
此外，可以调整的另一参数是与引导表面波导探头200e相关联的馈送网络209。这可以通过调整组成馈送网络209的电感和/或电容性电抗的大小来实现。例如，在这种电感性电抗包括线圈时，可以调整这种线圈上的匝数。最终，可以做出馈送网络209的调整以更改馈送网络209的电长度，由此影响充电端子t1和t2上的电压幅度和相位。
注意到，如可以理解的，通过做出各种调整所执行的传输的迭代可以通过使用计算机模型或者通过调整物理结构来实现。通过做出上述调整，人们可以创建近似在上述等式(90)和(91)中指定的引导表面波模式的相同电流j(ρ)的对应的“趋近”表面电流j1和“远离”表面电流j2。这样做时，产生的电磁场将实质上或者近似地模式匹配到有损导电介质203的表面上的引导表面波模式。
虽然在图16的示例中没有示出，但是可以控制引导表面波导探头200e的操作，以对于与引导表面波导探头200相关联的操作条件的变化进行调整。例如，图12中示出的探头控制系统230可以用于控制馈送网络290和/或充电端子t1和/或t2的定位和/或大小，以控制引导表面波导探头200e的操作。操作条件可以包括，但是不限于有损导电介质203的特性变化(例如，电导率σ和相对介电常数εr)、场强的变化和/或引导表面波导探头200e的负载的变化。
现在参考图17，示出了图16的引导表面波导探头200e的示例，在这里表示为引导表面波导探头200f。引导表面波导探头200f包括沿着实质上与由有损导电介质203(例如，大地)表示的平面正交的垂直轴z定位的充电端子t1和t2。第二介质206在有损导电介质203以上。充电端子t1具有自电容c1，且充电端子t2具有自电容c2。在操作期间，取决于在任何给定时刻施加到充电端子t1和t2的电压，电荷q1和q2分别施加在充电端子t1和t2上。取决于其间的距离，充电端子t1和t2之间可存在互电容cm。另外，取决于各个充电端子t1和t2相对于有损导电介质203的高度，在各个充电端子t1和t2与有损导电介质203之间可存在绑定电容。
引导表面波导探头200f包括馈送网络209，该馈送网络209包括电感性阻抗，该电感性阻抗包括具有耦合到充电端子t1和t2中相应的一个的一对引线的线圈l1a。在一个实施例中，指定线圈l1a具有引导表面波导探头200f的操作频率处的波长一半(1/2)的电长度。
虽然将线圈l1a的电长度指定为在操作频率的波长的近似二分之一(1/2)，但是可以理解可以指定线圈l1a具有在其他值的电长度。根据一个实施例，线圈l1a具有近似在操作频率的波长的二分之一的电长度的事实提供在充电端子t1和t2上创建最大电压差分的优势。但是，当调整引导表面波导探头200f以获得引导表面波模式的最优激励时，线圈l1a的长度或者直径可以增大或者减小。线圈长度的调整可以通过位于线圈的一端或者两端的抽头提供。在其他实施例中，这可以是指定电感性阻抗以具有显著小于或者大于在引导表面波导探头200f的操作频率的波长的1/2的电长度的情况。
激励源212可以通过磁耦合的方式耦合到馈送网络209。特别地，激励源212耦合到线圈lp，线圈lp电感地耦合到线圈l1a的线圈lp。这可以通过链路耦合、分接线圈、可变电抗或者可以理解的其他耦合方法达成。为此，线圈lp用作初级线圈，且线圈l1a用作次级线圈，如可以理解的。
为了对于所需引导表面波的传输调整引导表面波导探头200f，可以相对于有损导电介质203和相对于彼此更改各个充电端子t1和t2的高度。此外，可以更改充电端子t1和t2的大小。另外，可以通过添加或者去除匝、或者通过改变线圈l1a的一些其他维度，来更改线圈l1a的大小。线圈l1a还可以包括用于调整如图17所示的电长度的一个或多个抽头。也可以调整连接到充电端子t1或者t2的抽头的位置。
接下来参考图18a、图18b、图18c和图19，示出了用于使用无线功率传送系统中的表面引导波的一般接收电路的示例。图18a和图18b-图18c分别包括线性探头303和调谐的谐振器306。图19是根据本公开的各种实施例的磁线圈309。根据各种实施例，可以采用线性探头303、调谐的谐振器306和磁线圈309中的每一个，以接收根据各种实施例以有损导电介质203的表面上的引导表面波的形式发送的功率。如上所述，在一个实施例中，有损导电介质203包括陆地介质(或者大地)。
通过特别参考图18a，在线性探头303的输出端312处的开路端子电压取决于线性探头303的有效高度。为此，端子点电压可以计算为：
其中einc是以伏特每米为单位的在线性探头303上感应的入射电场的强度，dl是沿着线性探头303的方向上的积分元素，且he是线性探头303的有效高度。电气负载315通过阻抗匹配网络318耦合到输出端312。
当线性探头303经历如上所述的引导表面波时，在输出端312两端生成电压，该电压可以通过共轭阻抗匹配网络318施加到电气负载315，如情况可能的。为了促进功率到电气负载315的流动，电气负载315应该实质上与线性探头303阻抗匹配，如以下将要描述的。
参考图18b，拥有等于引导表面波的波倾斜的相移的地电流激励线圈306a包括在有损导电介质203上方升高(或者悬挂)的充电端子tr。充电端子tr具有自电容cr。另外，取决于充电端子tr在有损导电介质203以上的高度，还可能在充电端子tr和有损导电介质203之间存在绑定电容(未示出)。绑定电容应该优选地尽可能最小化，尽管这不是在每个情况下完全必要的。
调谐的谐振器306a还包括包含具有相移φ的线圈lr的接收者网络。线圈lr的一端耦合到充电端子tr，且线圈lr的另一端耦合到有损导电介质203。接收者网络可以包括将线圈lr耦合到充电端子tr的垂直供应线导体。为此，线圈lr(其也可以被称为调谐的谐振器lr-cr)包括串行调整的谐振器，因为充电端子cr和线圈lr串行设置。可以通过改变充电端子tr的大小和/或高度、和/或调整线圈lr的大小，来调整线圈lr的相位延迟，以使得该结构的相位φ实质上等于波倾斜的角度ψ的角度。还可以例如通过改变导体的长度，来调整垂直供应线的相位延迟。
例如，由自电容cr表示的电抗被计算为1/jωcr。注意到，该结构306a的总电容还可以包括充电端子tr和有损导电介质203之间的电容，其中该结构306a的总电容可以从自电容cr和任何绑定电容两者计算，如可以理解的那样。根据一个实施例，充电端子tr可以被升高到一高度，从而实质上减小或者消除任何绑定电容。可以从充电端子tr和有损导电介质203之间的电容测量来确定绑定电容的存在，如先前讨论的。
由分立元件线圈lr表示的电感性电抗可以计算为jωl，其中l是线圈lr的集中元件电感。如果线圈lr是分布元件，则其等效端点电感性电抗可以通过传统方案确定。为调谐该结构306a，人们可以做出调整以使得为了模式匹配到操作频率的表面波导的目的，相位延迟等于波倾斜。在该情况下，可以认为接收结构与表面波导“模式匹配”。该结构周围的变压器链路和/或阻抗匹配网络324可以插入在探头和电气负载327之间，以将功率耦合到负载。在探头端子321和电气负载327之间插入阻抗匹配网络324可以影响用于到电气负载327的最大功率传送的共轭匹配条件。
当在操作频率的表面电流的存在下放置时，功率将从表面引导波传递到电气负载327。为此，电气负载327可以通过磁耦合、电容耦合或者导电(直接分接)耦合的方式，耦合到该结构306a。耦合网络的元件可以是集中组件或者分布元件，如可以理解的那样。
在图18b所示的实施例中，采用磁耦合，其中线圈ls相对于用作变压器初级的线圈lr位于次级。如可以理解的，线圈ls可以通过在同一铁芯结构周围几何地缠绕它并调整耦合的磁通量，来链路耦合到线圈lr。另外，虽然接收结构306a包括串行调谐的谐振器，但是还可以使用适当相位延迟的并行调谐的谐振器或者甚至分布元件谐振器。
虽然浸入电磁场中的接收结构可以耦合来自场的能量，但是可以理解的是通过最大化耦合，极化匹配的结构最好地工作，且应该遵守用于到波导模式的探头耦合的现有规则。例如，te20(横向电气模式)波导探头对于从以te20模式激励的传统波导提取能量可能是最优的。类似地，在这些情况下，可以对于耦合来自表面引导波的功率优化模式匹配和相位匹配的接收结构。由引导表面波导探头200在有损导电介质203的表面上激励的引导表面波可以考虑为开波导的波导模式。排除波导损耗，可以完全恢复源能量。有用的接收结构可以是耦合的e场、耦合的h场或者激励的表面电流。
可以调整接收结构以基于在接收结构附近的有损导电介质203的局部特性增大或者最大化与引导表面波的耦合。为实现此，可以调整接收结构的相位延迟(φ)以匹配在接收结构处的表面行波的波倾斜的角度(ψ)。如果适当地配置，则可以调谐该接收结构以用于相对于在复数深度z＝-d/2处的完美导电镜像地平面的谐振。
例如，考虑包括图18b的调谐的谐振器306a的接收结构，包括线圈lr和在线圈lr和充电端子tr之间连接的垂直供应线。对于位于有损导电介质203以上定义高度的充电端子tr，线圈lr和垂直供应线的总相移φ可以与在调谐的谐振器306a处的波倾斜的角度(ψ)匹配。从等式(22)，可以看到波倾斜渐进地通过：
其中εr包括相对介电常数，且σ1是在接收结构的位置处的有损导电介质203的电导率，εo是自由空间的介电常数，且ω＝2πf，其中f是激励的频率。因此，可以从等式(97)确定波倾斜角度(ψ)。
调谐的谐振器306a的总相移(φ＝θc+θy)包括通过线圈lr的相位延迟(θc)和垂直供应线的相位延迟(θy)两者。沿着垂直供应线的导体长度lw的空间相位延迟可以由θy＝βwlw给出，其中βw是垂直供应线导体的传播相位常数。由于线圈(或者螺旋延迟线)的相位延迟是θc＝βplc，其中lc是物理常数且传播因数是：
其中vf是该结构上的速率因数，λ0是在供应频率的波长，且λp是从速率因数vf产生的传播波长。可以调整一个或两个相位延迟(θc+θy)以将相移φ与波倾斜的角度(ψ)匹配。例如，可以在图18b的线圈lr上调整抽头位置以调整线圈相位延迟(θc)以将总相移与波倾斜角匹配(φ＝ψ)。例如，线圈的位置可以通过抽头连接旁路，如图18b所示。垂直供应线导体也可以经由抽头连接到线圈lr，可以调整其在线圈上的位置以将总相移与波倾斜角度匹配。
一旦已经调整调谐的谐振器306a的相位延迟(φ)，就可以调整充电端子tr的阻抗以调谐为相对于在复数深度z＝-d/2处的完美导电镜像地平面谐振。这可以通过调整充电端子t1的电容实现，而不改变线圈lr和垂直供应线的行波相位延迟。该调整类似于相对于图9a和图9b描述的调整。
“向下看”到有损导电介质203中到复数镜像平面的阻抗由下式给定：
zin＝rin+jxin＝zotanh(jβo(d/2))，(99)
其中
其中μ1是有损导电介质203的介电常数，且ε1＝εrεo。
在调谐的谐振器306a的基底，“向上看”到接收结构中的阻抗是z↑＝zbase，如图9a所示。其中端子阻抗是：
其中cr是充电端子tr的自电容，“向上看”到调谐的谐振器306a的垂直供应线导体中的阻抗由下式给定：
且“向上看”到调谐的谐振器306a的线圈lr中的阻抗由下式给定：
通过匹配“向下看”到有损导电介质203中的电抗分量(xin)与“向上看”到调谐的谐振器306a中的电抗分量(xbase)，可以最大化到引导表面波导模式中的耦合。
接下来参考图18c，示出了不在接收结构的顶部包括充电端子tr的调谐的谐振器306b的示例。在该实施例中，调谐的谐振器306b不包括在线圈lr和充电端子tr之间耦合的垂直供应线。因此，调谐的谐振器306b的总相移(φ)仅包括通过线圈lr的相位延迟(θc)。如对于图18b的调谐的谐振器306a那样，可以调整线圈相位延迟θc以匹配从等式(97)确定的波倾斜的角度(ψ)，这导致φ＝ψ。虽然对于耦合到表面波导模式中的接收结构功率提取是可能的，但是难以调整接收结构以最大化与引导表面波的耦合而没有由充电端子tr提供的可变电抗性负载。
参考图18d，示出了示出调整接收结构以实质上模式匹配有损导电介质203的表面上的引导表面波导模式的示例的流程图180。在181开始，如果接收结构包括充电端子tr(例如，图18b的调谐的谐振器306a的充电端子)，则在184，充电端子tr位于有损导电介质203以上的定义高度处。因为已经由引导表面波导探头200建立了表面引导波，所以充电端子tr的物理高度(hp)可以低于有效高度。可以选择物理高度以减小或者最小化充电端子tr上的绑定电荷(例如，充电端子的球面直径的四倍)。如果接收结构不包括充电端子tr(例如，图18c的调谐的谐振器306b的充电端子)，则流程进行到187。
在187，接收结构的电相位延迟φ匹配由有损导电介质203的局部特性定义的复数波倾斜角ψ。可以调整螺旋线圈的相位延迟(θc)和/或垂直供应线的相位延迟(θy)以使得φ等于波倾斜(w)的角度(ψ)。可以从等式(86)确定波倾斜的角度(ψ)。然后电相位φ可以匹配波倾斜的角度。例如，可以通过改变线圈lr的几何参数和/或垂直供应线导体的长度(或者高度)来调整电相位延迟φ＝θc+θy。
接下来在190，可以调谐充电端子tr的负载阻抗以谐振调谐的谐振器306a的等效镜像平面模式。接收结构以下的导电镜像地平面139(图9a)的深度(d/2)可以使用等式(100)和可以本地测量的在接收结构处的有损导电介质203(例如，大地)的值确定。使用复数深度，在镜像地平面139和有损导电介质203的物理边界136(图9a)之间的相移(θd)可以使用θd＝βod/2确定。然后可以使用等式(99)确定“向下看”到有损导电介质203中的阻抗(zin)。可以考虑该谐振关系以最大化与引导表面波的耦合。
基于线圈lr的调整的参数和垂直供应线导体的长度，可以确定速率因数、相位延迟、以及线圈lr和垂直供应线的阻抗。另外，可以例如使用等式(24)确定充电端子tr的自电容(cr)。可以使用等式(98)确定线圈lr的传播因数(βp)，且可以使用等式(49)确定垂直供应线的传播相位常数(βw)。使用自电容、以及线圈lr和垂直供应线的确定的值，可以使用等式(101)、(102)和(103)确定“向上看”到线圈lr中的调谐的谐振器306a的阻抗(zbase)。
图9a的等效镜像平面模型应用于图9b的调谐的谐振器306a。可以通过调整充电端子tr的负载阻抗zr以使得zbase的电抗分量xbase抵消zin的电抗分量xin，或者xbase+xin＝0，来调谐调谐的谐振器306a。因此，“向上看”到调谐的谐振器306a的线圈中的在物理边界136(图9a)处的阻抗是“向下看”到有损导电介质203中的在物理边界136处的阻抗的共轭。可以通过改变充电端子tr的电容(cr)来调整负载阻抗zr，而不改变由充电端子tr看到的电相位延迟φ＝θc+θy。可以采用迭代方案来调谐负载阻抗zr，以用于等效镜像平面模型相对于导电镜像地平面139的谐振。以该方式，可以改进和/或最大化沿着有损导电介质203(例如，大地)的表面的电场到引导表面波导模式的耦合。
参考图19，磁线圈309包括通过阻抗匹配网络333耦合到电气负载336的接收电路。为了促进来自引导表面波的电能的接收和/或提取，磁线圈309可以定位以使得引导表面波的磁通量
其中
其中变量如上定义。磁线圈309可以被调谐到引导表面波频率，作为分布谐振器或者外部电容器跨接其输出端330，如可能的情况，且然后通过共轭阻抗匹配网络333阻抗匹配到外部电气负载336。
假定由磁线圈309和电气负载336表示的产生的电路被适当地调整和经由阻抗匹配网络333共轭阻抗匹配，则可以采用磁线圈309中感应的电流以最优地对电气负载336供电。由磁线圈309表示的接收电路提供的优点在于它不必须物理地连接到地。
参考图18a、图18b、图18c和图19，由线性探头303、模式匹配结构306和磁线圈309表示的接收电路的每个促进接收从上面描述的引导表面波导探头200的任何一个实施例发送的电能。为此，接收的能量可以用于经由共轭匹配网络向电气负载315/327/336供应功率，如可以理解的。这与可以在接收者中接收的以辐射电磁场的形式发送的信号形成对比。这种信号具有非常低的可用功率，且这种信号的接收者不加载发射器。
使用上面描述的引导表面波导探头200生成的当前引导表面波的特性还在于由线性探头303、模式匹配结构306和磁线圈309表示的接收电路将加载应用于引导表面波导探头200的激励源212(例如，图3、图12和16)，由此生成这种接收电路经历的引导表面波。这反映由上面描述的给定引导表面波导探头200生成的引导表面波包括传输线模式的事实。通过对比的方式,驱动生成辐射电磁波的辐射天线的功率源未由接收者加载，而无论采用的接收者的数目如何。
因此，与一个或多个引导表面波导探头200和以线性探头303、调谐的模式匹配结构306和/或磁线圈309的形式的一个或多个接收电路一起，可以组成无线分布系统。给定使用如以上提出的引导表面波导探头200的引导表面波的传输距离取决于频率，则可能在宽区域上甚至全球地实现无线功率分布。
现在广泛地研究的传统的无线功率传输/分布系统包括来自辐射场的“能量收获”以及耦合到电感或者电抗近场的传感器。相反地，该无线功率系统不浪费以辐射的形式的功率，辐射如果不截取则永远丢失。本公开的无线功率系统也不限于传统的互电抗耦合近场系统那样的极短距离。在这里公开的无线功率系统探头耦合到新颖的表面引导传输线模式，其等效于通过波导传递功率到负载、或者传递功率到直接连线到远程功率发生器的负载。不考虑维持传输场强需要的功率加上在表面波导中耗散的功率(这在极低频率相对于传统的在60hz的高压电源线的传输损失是无关紧要的)，所有发生器功率仅到达期望的电气负载。当电气负载需要终止时，源功率生成相对空闲。
接下来参考图20a-图20e，示出了参考后续讨论使用的各种示意性符号的示例。通过特别参考图20a，示出了表示引导表面波导探头200a、200b、200c、200e、200d或者200f中的任何一个；或者其任何变形的符号。在下面的图和讨论中，该符号的叙述将称为引导表面波导探头p。为了在下面讨论中的简单起见，对引导表面波导探头p的任何参考是对引导表面波导探头200a、200b、200c、200e、200d或者200f中的任何一个或者其变形的参考。
类似地，参考图20b，示出了表示可以包括线性探头303(图18a)、调谐的谐振器306(图18b-18c)或者磁线圈309(图19)中的任何一个的引导表面波接收结构的符号。在下面的附图和讨论中，该符号的叙述将称为引导表面波接收结构r。为了在下面讨论中的简单起见，对引导表面波接收结构r的任何参考是对线性探头303、调谐的谐振器306或者磁线圈309中的任何一个或者其变形的参考。
进一步，参考图20c，示出了特别地表示线性探头303(图18a)的符号。在下面的附图和讨论中，该符号的叙述将称为引导表面波接收结构rp。为了在下面讨论中的简单起见，对引导表面波接收结构rp的任何参考是对线性探头303或者其变形的参考。
另外，参考图20d，示出了特别地表示调谐的谐振器306(图18b-图18c)的符号。在下面的附图和讨论中，该符号的叙述将称为引导表面波接收结构rr。为了在下面讨论中的简单起见，对引导表面波接收结构rr的任何参考是对调谐的谐振器306或者其变形的参考。
另外，参考图20e，示出了特别地表示磁线圈309(图19)的符号。在下面的附图和讨论中，该符号的叙述将称为引导表面波接收结构rm。为了在下面讨论中的简单起见，对引导表面波接收结构rm的任何参考是对磁线圈309或者其变形的参考。
图21描绘了根据各种实施例的由多个无线功率提供者服务的地理区域2100的一个示例，其操作引导表面波导探头p1、p2和p3。每个无线功率提供者使用如前所述的引导表面波导探头功率传输系统向相应的服务区域2106发射功率。例如，操作引导表面波导探头p1的无线功率提供者传输到服务区域2106a，操作引导表面波导探头p2的无线功率提供者传输到服务区域2106b，以及操作引导表面波导探头的无线功率提供者p3发送到服务区域2106c。
服务区域2106内的接收者能够从如上所述的包括传输线路模式的传输引导表面波的各个引导表面波导探头p接收功率。服务区域2106的大小可以例如由无线功率提供者的对应的引导表面波导探头p传输功率的频率的函数。较低频率与更大的服务区域2106相关联。尽管在图21中示出了服务区域2106为圆形，但是应当理解服务区域2106的实际形状可能受到例如地面电导率、地形、接收者施加的负载和其他因素的影响。
图21中描绘的无线功率提供者可以使用频分复用来在非重叠频率上进行传输。根据所需的距离，在各种示例中可以采用许多不同的频率。作为非限制性示例，操作引导表面波导探头p1的无线功率提供者可以使用900khz，操作引导表面波导探头p2的无线功率提供者可以使用925khz，并且操作引导表面波导探头p3的无线功率提供者可以使用930khz或其他频率。可以选择这些频率使得由引导表面波导探头p驱动的信号不会干扰。在一个实施例中，无线功率提供者的传输系统可以布置成类似于常规蜂窝电话系统的蜂巢式布置。这样的布置可以最大化频率的重用。在一些实施例中，单个无线功率提供者可以使用相同或共同定位的传输装置在多个频率上进行传输。
然而，图21所示的布置可能出于希望最佳地服务于地理区域2100内的群体。较大的服务区域2106(诸如服务区域2106b)可以用于服务农村地理位置，而较小的服务区域(诸如服务区域2106c)可用于服务于人口密度较高的地理位置。服务区域2106可以重叠以便向可以利用在多个频率上传输的功率的接收者提供增加的负载。在一个实施例中，接收者可以被配置为至少部分地基于接收者处的电负载的大小从多个无线功率提供者获取功率。此外，无线功率提供者可以对应于以不同成本提供电力的竞争提供者。频率敏捷接收者可以被配置为使用来自最低成本的无线功率提供者的电力，其中多个无线功率提供者是可用的。
例如，位置2109a处的接收者可以从引导表面波导探头p1、p2或p3的任何组合中获取功率。然而，位置2109b处的接收者可以从引导表面波导探头p1或p2的任何组合中获取功率。位置2109b不在引导表面波导探头p3的服务区域2106c内。
无线功率提供者提供电力的能力可以基于总体负载而变化。假设下午2点到7点对应于无线功率提供者的峰值功率周期，因为下午的空调和其他设备可能产生峰值需求。无线功率提供者可以在线提供额外的峰值发电量以满足需求。这种高峰发电量可能是更高的成本，例如燃油发电机或天然气涡轮机而不是水力发电。因此，无线功率提供者在消费者身上传递的电力成本可能在高峰期间增加。在某些情况下，总负载会使无线功率提供者可靠地提供功率的能力饱和，无线功率提供者可能会限制或拒绝接入电力。
鉴于潜在的拒绝服务和/或更高的成本，多个无线功率提供者的服务区域2106内的接收者可能寻求可能具有较低成本和/或更好的可用性的替代能量来源。在位置2109a和2109b中，切换到替代无线功率提供者可以像切换接收者调谐到的频率一样简单。
另外，应注意的是，图21的引导表面波导探头p21可以包括移动引导表面波导探头p以及静态引导表面波导探头p。移动引导表面波导探头p可以在给定区域中被移动并在线，以在必要时满足增加的需求。例如，由于运动赛事、大型聚会等的预期增加的需求，移动引导表面波导探头p可以在给定的区域中在线。
如将要描述的，本公开的各个方面包括从位置处的无线功率提供者发现不同信号的可用性；从给定的无线功率提供者接收成本和/或可用性数据；在频率敏捷接收者中选择一个或多个无线功率提供者；每个无线电源的计量功率使用情况；向无线功率提供者报告电力使用情况；以及至少部分地基于所报告的使用来调整所述无线功率提供者处的功率的产生。
参考图32-27讨论多频功率接收者的各种实施例。
参考图38-40讨论频率敏捷功率接收者的各种实施例。
移动到图22，示出了根据各种实施例的接收者系统2400a的一个示例。接收者系统2400a可以包括引导表面波接收结构r、阻抗匹配网络2404电负载2406功率计2409和/或其他部件。引导表面波接收结构r包括能够经由引导表面波接收功率的多频和/或频率敏捷结构。接收者系统2400a可以能够同时经由多个频率接收电力。接收者系统2400a可以能够经由阻抗匹配电路2404从一个频率切换到另一个频率。
引导表面波接收结构r经由阻抗匹配电路2404向电负载2406提供功率，电负载2406可对应于任何类型的负载。在各种实施例中，通过直流(dc)或交流电(ac)提供功率。也就是说，负载可以包括将电力从其发送的频率转换成dc功率的能力。此外，可以采用ac到ac转换，将来自发送频率的功率转换成用于负载的期望频率。如果需要交流电，则可以以60hz、50hz或另一个频率提供功率，其不需要与承载功率的引导表面波的频率相同。耦合到功率计2409的传感器2412可以位于引导表面波接收结构r和电负载2406之间的电源线上。传感器2412检测电负载2406的功率使用。在这方面，传感器2412可以检测通过电源线所使用的功率、电流和/或电压。
功率计2409可以包括提供者控制电路2415、使用报告电路2418和/或其他组件。提供者控制电路2415可以经由频率控制线路2419来控制阻抗匹配电路，以便选择一个或多个无线功率提供者。在这方面，提供者控制电路2415可以指定要导引表面波接收结构r接收的一个或多个功率频率以接收功率。频率控制线2419可以引起可变电容器的调整、可变电感器的调整和/或其他类似的动作，使得阻抗匹配电路2040被调谐到特定的频率。
提供者控制电路2415可以至少部分地基于各种因素的任何因素选择功率提供者。接收者系统2400a的当前位置可以确定哪些无线功率提供者是可用的。为此，提供者控制电路2415可以使用位置信息(例如，通过全球定位系统(gps)或手动输入的地址获得)来查找给定位置处的可用无线功率提供者。无线功率提供者服务某个位置的能力可能会随时间而变化。例如，功率提供者a和功率提供者b可以在给定时间t服务于位置q。
与一个或多个无线功率提供者相关联的当前成本信息可以至少部分地基于最小化成本来通知选择。例如，在非高峰期间，功率提供者a可以每千瓦时收费0.10美元，而功率提供者b可以每千瓦时收取0.04美元。在高峰期，功率提供者a可以每千瓦时费用0.10美元(与非峰值不变)，而功率提供者b可能每千瓦时可能收取0.20美元(比非高峰大幅增加)。在一些实施例中，可以至少部分地基于接收者位置来评估成本。例如，更靠近发射探头的接收者可以被给予较低的价格，而远离发射探头的接收者可以被给予更高的价格。
电负载2406的当前功率使用也可以通知提供者的选择。如果电负载2406使用相对较小的功率，则功率成本可能是比功率质量的更小因素。相比之下，如果电负载2406正在使用大量功率，则功率成本可能是重要的因素。
电负载2406的服务级别要求也可以考虑提供者选择。不同的功率提供者可能与不同级别的功率质量和/或可用性相关联。质量问题可能由于接收者的位置、功率提供者的负载和/或其他因素而出现。关于可用性，例如，使用太阳能电池阵列的功率提供者可能在晚上不能传输功率。在某些情况下，无线功率提供者可能会从系统中丢弃不太重要的接收者，以保持系统质量和/或可用性。此外，在某些情况下，无线功率提供者可能会操作封闭系统，其中只允许某些批准的客户使用接收者。
如果电负载2406的功率损失将导致潜在的寿命损失或损伤，则功率质量而不是成本可能是主要因素。然而，一些功率使用可能会重新安排到具有更低功率成本的其他时间。在一些情况下，接收者系统2400a可能能够在无线传输的功率和由传统的基于有线电网传输的功率之间进行切换。
使用报告电路2418用于将功率使用传输回无线功率提供者。在一些实施例中，使用报告电路2418可以将功率使用历史存储在功率计2409的本地存储器中。使用报告电路2418可以响应于预定事件以周期性的间隔实时地和/或在其他时间发送功率使用。使用报告电路2418可以被配置为根据将要描述的各种方法来报告使用数据。另外，接收者系统2400a报告的使用数据可以由无线功率提供者采用来调整发电和/或传输参数。
在一些实施例中，电负载2406可以包括潜在许多用途的总负载。例如，电负载2406可以对应于电力公司的客户通过常规有线电网施加的负载。在这种情况下，接收者系统2400可以由功率提供者操作，以从最低成本的提供者获得批发功率。
参考图23，示出了根据各种实施例的联网环境2500。联网环境100包括经由网络2506彼此进行数据通信的多个功率提供者系统2503a...2503n和多个功率计2409a...2409n。网络2506包括例如因特网、内联网、外部网络、广域网(wan)、局域网(lan)、有线网络、无线网络、有线网络、卫星网络、蜂窝网络或其他合适的网络等，或两个或更多个这样的网络的任何组合。
每个功率提供者系统2503可以包括例如服务器计算机或提供计算能力的任何其他系统。或者，功率提供者系统2503可以使用可以被布置在例如一个或多个服务器库或计算机库或其他布置中的多个计算设备。这样的计算设备可以位于单个安装中，或者可以分布在许多不同的地理位置中。例如，功率提供者系统2503可以包括多个计算设备，其一起可以包括主机计算资源、网格计算资源和/或任何其他分布式计算设备。在一些情况下，功率提供者系统2503可以对应于弹性计算资源，其中处理、网络、存储或其他计算相关资源的分配容量可以随时间变化。
接下来，提供关于联网环境2500的各种组件的操作的一般描述。功率提供者系统2503被配置为经由网络2506将成本数据2509和可用性数据2512传输到功率计2409。成本数据2509可以指示适用于特定无线功率提供者的费率调度。成本数据2509可以包括当前费率、先前费率和未来费率。费率可以分层，使得第一级别的使用被评估为一个费率，并且第二级别的使用被评估为不同的费率。成本数据2509可以是特定的给定客户或使用类型，或者可以包括通常适用的费率。成本数据2509可以包括位置特定的费率。例如，由于特许经营费，税费和/或其他费用，城市或其他管辖区的税率可能会更高。
可用性数据2512可以指示一个或多个无线功率提供者是否具有可用的功率容量，并且如果是，则在什么频率上。可用性数据2512可以指示用于发射探头的参考位置，并且潜在地指示指示各种距离处的信号质量和/或功率传输容量的一个或多个度量。例如，可用性数据2512可以指示无线功率提供者在给定参考位置处具有在100khz可用的2.5mw的功率容量。可用性数据2512可以指示被允许从给定无线功率提供者消耗功率的特定客户和/或客户类别。
功率计2409被配置为将功率使用数据2515发送到相应的功率提供者系统2503。在各种实施例中，使用数据2515可以包括当前消耗的功率，一段时间内消耗的功率、唯一的客户标识、相应的接收者系统2400a(图22)的标识、对应的接收者系统2400a的位置的标识、消耗功率的频率或多个频率的标识、消耗功率的特定发射站的标识、电负载2406的类型和/或其他信息。
在一些情况下，功率计2409可以与功率提供者系统2503通信，以便保留功率容量和/或接收功率的获得许可。一些实施例可以依赖于接收者系统2400a被具体配置为不获得功率，除非被授权。在其他实施例中，可以使用加扰和/或加密的形式。例如，无线功率提供者可以被配置为随机地切换频率和/或启用或禁用功率传输。为了成功接收功率或至少不间断地接收功率，可能需要理解驱动频移的模式。因此，可以向授权的接收者系统2400a提供编码该模式的密钥。密钥可以通过加密通信来提供。
现在转向图24，示出了根据各种实施例的接收者系统2400b的一个示例。与接收者系统2400a(图22)相反，接收者系统2400b包括作为电负载2406的一部分的负载调制器2530。负载调制器2530可以与电负载2406并联或串联。负载调制器2530被配置为调制电负载2406的振幅以将信息传送到正在从其抽取功率的无线功率提供者。
在一个实施例中，无线功率提供者能够检测由引导表面波导探头p看到的总电负载。使用该特征，可以调制总电负载以传送诸如由功率计2409报告的功率使用数据2515的信息。负载的调制将被配置为不干扰或中断被提供给电负载2406的功率。此外，调制的性质可以被选择为不同于电负载2406消耗的功率的自然波动。此外，负载调制器2530可以被配置为避免与其他接收者系统2400b的负载调制器2530的冲突。可以使用类似于载波侦听、冲突检测、冲突避免等的方法。也可以应用频分复用技术和/或时分复用技术，以使得能够为给定的无线功率提供者共存多个负载调制器2530。
现在继续参考图25，示出了根据各种实施例的接收者系统2400c的一个示例。与接收者系统2400b(图24)相反，接收者系统2400c可以被配置为从无线功率提供者接收在带内数据。也就是说，能够接收嵌入传送功率的引导表面波中的数据传输的数据解调器2533可以从阻抗匹配电路2404的接收信号或者从引导表面波接收结构r本身截取接收信号。例如，引导表面波可以在频率、相位和/或幅度上变化以传送数据信号。数据解调器2533可以解调这些数据传输，以将提供者数据2536提供给功率计2409，并且具体地，提供给提供者控制电路2415。提供者数据2536可以包括成本数据2509(图23)、可用性或容量数据2512(图23)和/或其他数据。
通过增加负载调制器2530和数据解调器2533，可以促进无线功率传输系统带内的前向和返回路径通信。因此，结合联网环境2500(图23)描述的操作可以在带内而不用单独的网络2506(图23)进行。然而，应当理解，各种实施例可以对成本数据2509、可用性数据2512和/或功率使用数据2515采用带内和带外通信的混合。
参考图41-45讨论关于使用负载调制器2530的实施例的附加细节。
移动到图26，示出了根据各种实施例的无线功率提供者2700。无线功率提供者2700可以包括例如功率提供者系统2503、发电机控制2703和引导表面波导探头p。功率提供者系统2503可以可操作以从功率计2409接收功率使用数据2515(图23)。功率提供者系统2503可以处理功率使用数据2515以确定引导表面波导探头p的总体负载。
使用总体负载信息，功率提供者系统2503可以命令发电机控制2703通过与引导表面波导探头p相关联的发电机来调节与发电相关联的各种参数。例如，发电机控制2703可能带来提供额外的发电能力以满足需求和/或可以操作发电机以满足增加的负载。相反，如果总负载已经下降，则发电机控制2703可以移除或禁用发电能力，和/或可以操作发电机以满足减小的负载。在各种实施例中，可以响应于功率使用数据2515来调整引导表面波导探头p的各种参数，以便以有效的方式满足当前负载。最后，发电机或其他电源被驱动以在给定任何特定时间的负载性质的情况下，在相应的引导表面波导探头p的充电端子上保持恒定的电压或电荷。
接下来参考图27，示出了根据各种实施例的功率提供者系统2503的一部分的操作的一个示例的流程图。应当理解，图27的流程图仅提供可以用于实现如本文所述的功率提供者系统2503的部分的操作的许多不同类型的功能布置的示例。作为替代，图27的流程图可以被视为描绘根据一个或多个实施例的在功率提供者系统2503中实现的方法的元素的示例。
从框3003开始，功率提供者系统2503可以接收来自接收者系统2400(图22)的对于功率容量的请求。在框3006中，功率提供者系统2503可以确定接收者系统2400的位置。在某些情况下，该请求和/或后续通信可以指定接收者系统2400的位置，例如在gps坐标中。或者，接收者系统2400可以与固定位置相关联，并且功率提供者系统2503可以查找数据存储中的固定位置。
在框3009中，功率提供者系统2503可以确定与接收者系统2400相关联的电负载2406(图22)。电负载2406可以是固定的，并且存储在与接收者系统2400的标识相关联存储的数据中。或者，电负载2406可以由来自接收者系统2400的请求和/或后续通信来指定。
在框3012中，功率提供者系统2503可以确定接收者系统2400对一个或多个功率频率的分配。功率提供者系统2503可以基于客户位置、客户类型等来确定可以为客户服务的引导表面波导探头系统。此外，功率提供者系统2503可以确定这种系统的当前可用容量。在框3015中，功率提供者系统2503可以向接收者系统2400通知所提出的分配，包括成本、可用性和/或其他参数。
在框3018中，功率提供者系统2503可以从接收者系统2400获得它希望进行功率连接的确认。在框3021中，供电系统2503可以确定是否需要调整发电容量以适应接收者系统2400。如果是，则功率提供者系统2503移动到框3024，并且可以调整发电容量以适应与接收者系统2400相关联的预测的电负载2406。功率提供者系统2503继续到框3027。如果不需要调整发电容量，则功率提供者系统2503从框3021移动到框3027。
在框3027中，功率提供者系统2503可以通知接收者系统2400功率容量可用并准备好。在这种通知中，功率提供者系统2503可以发送接收功率所需的信息，包括频率变化模式(例如，跳频)和/或其他数据，以克服电力盗窃威慑措施。在框3030中，当接收者系统2400创建负载时，功率提供者系统2503发起到接收者系统2400的无线功率传输。此后，功率提供者系统2503的部分的操作结束。
尽管图27的流程图描述了为了发起无线功率传输的握手通信过程的一个示例，应当理解，这种过程的各种任务可以是可选的。例如，接收者系统2400可以能够自动发现功率频率，并且接收者系统2400可以被配置为报告“荣誉”系统上的功率使用。换句话说，在一些实施例中，功率提供者系统2503的事先批准可能不被采用。接收者系统2400可以使用各种技术来硬化以确保它们不被篡改，使得它们将功率使用适当地报告给相应的功率提供者系统2503。
现在转到图28，示出了根据各种实施例的提供功率提供者系统2503的另一部分的操作的一个示例的流程图。应当理解，图28的流程图仅提供可用于实现如本文所述的功率提供者系统2503的部分的操作的许多不同类型的功能布置的示例。作为替代，图28的流程图可以被视为描绘根据一个或多个实施例的在功率提供者系统2503中实现的方法的元素的示例。
从框3103开始，功率提供者系统2503可以从多个接收者系统2400(图22)接收多个功率使用数据2515(图23)的报告。根据这些报告，功率提供者系统2503可以在框3106确定引导表面波导探头上的总体负载。在一些实施例中，功率提供者系统2503可以能够通过测量在引导表面波导探头p的地桩处的电流、通过确定从诸如发电机或太阳能场等的电源提供给引导表面波导探头p的电流和电压、或者通过相对于各个引导表面波导探头p的部件获得其它读数来确定总体负载。
在框3109中，功率提供者系统2503可以至少部分地基于系统的总体负载和/或其他操作参数(例如给定引导表面波导探头p的上层端子上的电压或电荷)来确定是否增加功率容量。如果要增加容量，则功率提供者系统2503移动到框3112，并且可以调整发电机或其他电源的操作参数以增加功率容量。也就是说，功率提供者系统2503可以与发电机控制2703(图26)进行通信，以在线更多的发电容量。功率提供者系统2503进行到框3115。
代替地，如果功率提供者系统2503在框3109中确定不增加功率容量，则功率提供者系统2503从框3109转换到框3118。在框3118中，功率提供者系统2503可以至少部分地基于总体负载确定是否减少功率容量。如果要降低容量，则功率提供者系统2503移动到框3121，并且可以调整发电机或其他电源的操作参数以降低功率容量。这可以通过与发电机控制2703通信以使发电量脱机来进行。功率提供者系统2503进行到框3115。
在框3115中，功率提供者系统2503确定是否将一个或多个接收者系统2400传送到其他引导表面波导探头。例如，施加在引导表面波导探头上的负载可以最大化，并且一个或多个接收者系统2400可能需要被转移到在其它频率上操作的系统以防止过载。在一些实施例中，转移的接收者系统2400可以继续在现有频率上操作，但是也可以在转移的频率进行操作，以获得至少一些功率。在一种情况下，总负载可能已经下降到使得当前频率处的引导表面波导探头被关闭的程度，并且现有的接收者系统2400将被转换到另一个频率。
如果要转移一个或多个接收者系统2400，则功率提供者系统2503可以在框3124中生成新的接收者分配。然后，功率提供者系统2503可以在框3127中向受影响的接收者系统2400发送通知。此后，功率提供者系统2503的部分的操作结束。
接下来参考图29，其示出了提供根据各种实施例的接收者系统2400(图22)的一部分的操作的一个示例的流程图。应当理解，图29的流程图仅仅提供可用于实现本文所述的接收者系统2400的部分的操作的许多不同类型的功能布置的示例。作为替代，图29的流程图可以被视为描绘根据一个或多个实施例的在接收者系统2400中实现的方法的元素的示例。
从框3203开始，接收者系统2400可以发现可用的无线功率提供者。该发现可以涉及频率传输频谱的扫描、经由因特网与一个或多个功率提供者系统2503(图23)的通信或另一种方法。该发现可能涉及获得有关成本、可用性和/或其他因素的信息。在框3206中，接收者系统2400可以确定预测的电负载2406(图22)。在方框3209中，接收者系统2400可以选择一个或多个从其获得功率的无线功率提供者。推动选择的因素可以包括例如成本、可用性、可靠性等等。
在框3212中，接收者系统2400可以从所选择的无线功率提供者请求功率。在框3215中，接收者系统2400可以开始从所选择的无线功率提供者接收功率。在框3218中，接收者系统2400可以确定电负载2406的当前功率使用。在框3221中，接收者系统2400可以向相应的无线功率提供者报告功率使用。
在框3224中，接收者系统2400可以从一个或多个无线功率提供者接收功率提供者数据。该功率提供者数据可以包括更新的可用性、成本、频率和/或其他信息。在框3227中，接收者系统2400确定是否调整其操作。如果不是，则接收者系统2400返回到框3215并且继续从无线功率提供者接收功率。
如果要调整操作，则接收者系统2400转到框3230并调整所选择的无线功率提供者和/或其他操作参数。例如，接收者系统2400可以切换到较低成本的提供者，或者接收者系统2400可以添加另一个提供者来处理增加的电负载2406。此后，接收者系统2400返回到框3215，并使用调整的参数继续接收功率。
参考图30，示出了根据本公开的实施例的功率提供者系统2503的示意性框图。功率提供者系统2503可以包括一个或多个计算设备4000。每个计算设备4000包括至少一个处理器电路，例如具有处理器4003和存储器4006，两者都耦合到本地接口4009。对此，每个计算设备4000可以包括例如至少一个服务器计算机或类似设备。本地接口4009可以包括例如具有伴随的地址/控制总线或其他总线结构的数据总线，如可以理解的那样。
存储在存储器4006中的是数据和可由处理器4003执行的几个组件。特别地，存储在存储器4006中并且由处理器4003可执行的是功率提供者逻辑4012和潜在的其他应用。也存储在存储器4006中的数据可以是数据存储4015和其他数据。此外，操作系统可以存储在存储器4006中并且可由处理器4003执行。
参考图31，示出了根据本公开的实施例的功率计2409的示意性框图。功率计2409可以包括例如具有处理器4103和存储器4106的至少一个处理器电路，二者都耦合到本地接口4109。为此，功率计2409可以包括例如至少一个计算机或类似设备。本地接口4109可以包括例如具有伴随的地址/控制总线或其他总线结构的数据总线，如可以理解的那样。
存储在存储器4106中的是数据和可由处理器4103执行的几个组件。特别地，存储在存储器4106中并且由处理器4103可执行的是提供者控制逻辑4118，其将处理器4103转换为提供者控制电路2415(图22)，将处理器4103转换成使用报告电路2418(图22)的使用情况报告逻辑4121以及潜在的其他应用。也存储在存储器4106中的数据可以是数据存储4115和其他数据。此外，操作系统可以存储在存储器4106中并且可由处理器4103执行。
参考图30和31，应当理解，可以存储存储在存储器4006、4106中的其他应用，并且可以由处理器4003、4103执行，如可以理解的那样。如果本文中讨论的任何组件以软件的形式实现，则可以采用多种编程语言中的任何一种，例如c、c++、c#、objectivec、java、javascript、perl、php、visual
多个软件组件存储在存储器4006、4106中，并且可由处理器4003、4103执行。在这方面，术语“可执行”是指最终可以由处理器4003、4103可执行形式的程序文件、可执行程序的的示例可以是例如可以被转换成可以被加载到存储器4006、4106的随机存取部分并由处理器4003运行的格式的机器代码的编译程序、可以以适当格式表示的源代码(例如能够被加载到存储器4006、4166的随机存取部分中并由处理器4003、4103执行的目标代码)、或源代码，该源代码由另一可执行程序编译以生成由处理器4003、4103执行存储器4006、4106的随机存取部分中的指令。可执行程序可存储在存储器4006、4106的任何部分或组件中，包括例如、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬盘驱动器、固态驱动器、usb闪存驱动器、存储卡、诸如致密盘(cd)或数字通用盘(dvd)的光盘、软盘、磁带或其他存储器组件。
存储器4006、4106在本文中被定义为包括易失性和非易失性存储器和数据存储组件。易失性组件是在掉电时不保留数据值的组件。非易失性组件是在掉电时保留数据的组件。因此，存储器4006、4106可以包括例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬盘驱动器、固态驱动器、usb闪存驱动器、经由存储卡读卡器访问的存储卡、通过相关的软盘驱动器访问的软盘、经由光盘驱动器访问的光盘、通过适当的磁带驱动器访问的磁带和/或其他存储器组件，或这些存储器组件中的任何两个或更多个的组合。此外，ram可以包括例如静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)或磁随机存取存储器(mram)和其它这样的设备。rom可以包括例如可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)或其它类似的存储器件。
此外，处理器4003、4103可以表示多个处理器4003、4103和/或多个处理器核心，并且存储器4006、4106可以分别表示在并行处理电路中操作的多个存储器4006、4106。在这种情况下，本地接口4009、4109可以是适合的网络，其有助于在多个处理器4003、4103的任何两个之间、任何处理器4003、4103之间、任何存储器4006、4106之间或任何两个存储器4006、4106之间的通信等。本地接口4009、4109可以包括设计为协调该通信(包括例如执行负载平衡)的附加系统。处理器4003、4103可以是电气的或者其他一些可用的结构。
尽管功率提供者逻辑4012、提供者控制逻辑4118、使用报告逻辑4121以及本文所描述的其他各种系统可以体现在如上所述由通用硬件执行的软件或代码中，但作为替代，也可以体现在专用硬件或软件/通用硬件和专用硬件的组合中。如果体现在专用硬件中，则每个可以被实现为采用多种技术中的任何一种或组合的电路或状态机。这些技术可以包括但不限于具有用于在应用一个或多个数据信号时实现各种逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当的逻辑门的专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他组件等。这些技术通常是本领域技术人员公知的，因此在此不再详细描述。
图27、图28和图29的流程图示出了功率提供者系统2503和接收者系统2400的部分的实现的功能和操作。如果以软件体现，则每个块可以表示包括用于实现指定逻辑功能的程序指令的模块、段或代码部分。程序指令可以以源代码的形式实现，该源代码包括以编程语言或机器代码编写的人类可读语句，该代码包括可由诸如计算机系统或其他系统中的处理器4003、4103的合适执行系统识别的数字指令。机器码可以从源代码等转换。如果在硬件中体现，则每个块可以表示电路或多个互连电路以实现指定的逻辑功能。
尽管图27、图28和图29的流程图示出了执行的具体顺序，应当理解，执行顺序可能与所描绘的顺序不同。例如，可以相对于所示的顺序扰乱两个或更多个块的执行顺序。此外，图27、图28和图29中连续示出的两个或更多块可以同时执行或部分同时执行。此外，在一些实施例中，图27、图28和图29所示的一个或多个块可以被跳过或省略。此外，为了增强实用性、会计、性能测量或提供故障排除辅助等目的，可以将任何数量的计数器、状态变量、警告信号量或消息添加到本文所描述的逻辑流程中。可以理解，所有这样的变化在本公开的范围内。
此外，包括软件或代码的包括功率提供者逻辑4012、提供者控制逻辑4118和使用情况报告逻辑4121在内的任何逻辑或应用可以体现在任何非暂时的计算机可读介质中以供由指令执行系统使用或与指令执行系统结合，指令执行系统诸如例如计算机系统或其他系统中的处理器4003、4103。在这种意义上，逻辑可以包括例如包括可以从计算机可读介质取出并由指令执行系统执行的指令和声明的语句。在本公开的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储或维护本文描述的由指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的逻辑或应用的任何介质。
计算机可读介质可以包括许多物理介质中的任何一种，例如磁性、光学或半导体介质。合适的计算机可读介质的更具体的示例将包括但不限于磁带、磁软盘、磁性硬盘驱动器、存储卡、固态驱动器、usb闪存驱动器或光盘。此外，计算机可读介质可以是包括例如静态随机存取存储器(sram)和动态随机存取存储器(dram)或磁随机存取存储器(mram)的随机存取存储器(ram)。此外，计算机可读介质可以是只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom))或其他类型的存储设备。
此外，包括功率提供者逻辑4012、提供者控制逻辑4118和使用情况报告逻辑4121的这里描述的任何逻辑或应用可以以各种方式来实现和构造。例如，所描述的一个或多个应用可以被实现为单个应用的模块或组件。此外，本文描述的一个或多个应用可以在共享或分开的计算设备中或其组合中执行。例如，本文描述的多个应用可以在相同的计算设备中或在多个计算设备中执行。此外，应当理解，诸如“应用”、“服务”、“系统”、“引擎”、“模块”等的术语可以是可互换的，而不是限制性的。
除非另有特别说明，诸如短语“x、y或z中的至少一个”之类的分离语言与上下文一起被理解为用于表示项目、术语等可以是x、y或z，或其任何组合(例如x、y和/或z)。因此，这种分离语言通常不意图并且不应意味着某些实施方案要求存在x中的至少一种、y中的至少一种和z中的至少一种。
参考图32，示出了根据各种实施例的接收电路5100的示例。图32包括引导表面波导接收结构r(图20c)。根据各种实施例，可以使用每个相应的引导表面波导接收结构r来接收在诸如地面介质的有损导电介质203(图3)的表面上传输的引导表面波形式的电能。可以使用任何n个引导表面波导接收结构r来接收以引导表面波的形式传输的能量。根据各种实施例，引导表面波导接收结构r中的每一个同时接收引导表面波形式的能量。引导表面波导接收结构r中的每一个有助于接收以至少一个以唯一的预定频率工作的至少一个引导表面波导探头p以引导表面波的形式传输的能量，并提供至少一个负载5127。因此，引导表面波导接收结构r中的每一个可以以相对于所有其它频率的唯一频率以引导表面波的形式同时接收能量。引导表面波导接收结构r中的每一个可以耦合到相应的阻抗匹配网络5121a...n。注意，每个引导表面波接收结构r可以包括上述引导表面波接收结构rp(图20c)、rr(图20d)或rm(图20e)中的任何一个。
每个相应的阻抗匹配网络5121a...n可以耦合到相应的一个引导表面波导接收结构r，以便实现用于到负载5127的最大功率传输的共轭匹配条件。每个相应的阻抗匹配网络5121a...n可以包括变压器、电阻器、电感器、电容器或传输线的组合。根据各种实施例，相应的阻抗匹配网络5121a...n可以包括对于每个操作频率可调节的单个电容器和/或单个电感器，如可以理解的。
每个相应的变压器5124a...n可以耦合到每个相应的阻抗匹配网络5121a...n，以有效地根据需要调整电压更高或更低。各个变压器5124a...n可以包括可变变压器，以允许调整以便维持调节的电压输出。
每个相应的波形整流器5118a...n可以耦合到每个相应的变压器5124a...n，以便将交流(ac)电压从任何接收的引导表面波转换成直流(dc)电压。这种dc电压可以包括纹波dc电压，如可以理解的。各个波整流器5118a...n可以包括单相整流器和/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可以包括平滑电路和/或滤波器以减小电压中的任何纹波。相应的波整流器5118a...n可以耦合到公共总线5112，以允许所有相应的整流波形被发送到电压调节器5115。电压调节器5115可以耦合到相应的波整流器5118a...n，以便保持恒定的电压电平以传送到负载5127。各种电路元件可以放置在波整流器5118a...n的输出处，以确保每个波整流器5118a...n的输出不反馈到或不利地影响耦合到公共总线5112的其他波形整流器5118a...n。
引导表面波导接收结构r中的每一个以预定的操作频率从引导表面波导探头p接收在有损导电介质203的表面上传输的引导表面波形式的能量。每个引导表面波导探头p以相对于其他引导表面波导探头p传输能量的频率是唯一的不同频率工作。因此，每个相应的引导表面波导接收结构r以相对于所有其它传输频率的唯一频率同时接收引导表面波形式的能量。因此，每个相应的阻抗匹配网络5121a...n根据每个相应的引导波导接收结构r进行调谐，以在每个相应的操作频率下从引导表面波导探头p同时接收以引导表面波形式的能量。相应的阻抗匹配网络5121a...n被调谐以便实现共轭阻抗匹配，以促进通过相应波整流器5118a...n和电压调节器5115向负载5127的功率流动。
在一些实施例中，每个引导表面波导接收结构r直接耦合到相应的波整流器5118a...n而不耦合到相应的阻抗匹配网络5121a...n或相应的变压器5124a...n。然而，这些实施例可能影响向负载5127提供功率的效率。换句话说，没有各个阻抗匹配网络5121a...n或各个变压器5124a...n的接收电路5100的实施例可能不会产生对负载5127的最佳功率供应。
相应的阻抗匹配网络5121a...n被特别地配置用于每个引导表面波导接收结构r，以便于将引导表面波形式的能量以多个操作频率中的相应一个频率传送到负载5127。然后可以通过相应的变压器5124a...n升高或降低每个引导表面波的电压输出。然后，每个引导表面波被相应的波形整流器5118a...n整流。各个波整流器5118a...n将每个整流的引导表面波输出到公共总线5112或节点上。在替代实施例中，相应的波形整流器5118a...n耦合到相应的功率转换器，例如dc到dc转换器，以便有效地改变电压。接下来，电压调节器5115接收经整流的引导表面波，并向负载5127发送稳定的dc信号。
根据各种实施例，单个电压调节器5115的输入端可以如图所示耦合到相应的波整流器5118a...n。在其他实施例中，可以使用多于一个的电压调节器5115。多个电压调节器5115的输出端可以并联耦合以向负载5127提供组合的dc输出电流。在其他实施例中，多个电压调节器5115的输出端可以串联耦合以向负载5127提供组合的dc输出电压。在其他实施例中，多个电压调节器5115的输出端可以并联耦合，并且所得到的并联耦合然后可以串联耦合。例如，一对两个电压调节器5115可以并联耦合，另一对两个电压调节器5115可以并联耦合。然后可以串联耦合两个并联耦合。在其他实施例中，多个电压调节器5115的输出端可以串联耦合，然后所得到的串联耦合可以并联耦合。例如，一对两个电压调节器5115可以串联耦合，另一对两个电压调节器5115可以串联耦合。然后可以并联耦合两个串联耦合。可以理解，所选择的并联/串联配置可以取决于负载5127的电压和电流要求。
参考图33，示出了根据各种实施例的接收电路5100的示例。图33包括调谐谐振器5206，其包括引导表面波接收结构rr(图20d)。虽然示出了调谐谐振器，但是应当理解，也可以使用线性探头rp和电磁线圈rm。根据各种实施例，调谐谐振器5206可以用于以有损导电介质203(图3)的表面上传输的引导表面波的形式接收能量。调谐谐振器5206有助于接收从以特定的预定频率工作的引导表面波导探头p传输的引导表面波的形式的能量，以被提供给负载5227。调谐谐振器5206包括线圈5203。
线圈5203可以经由直接抽头耦合耦合到隔离电路5212a...n。隔离电路5212a...n可以被抽头到线圈5203中，以将线圈5203的部分缩短到抽头下方，以便调谐谐振器5206能够以多个频率传输同时接收。隔离电路5212a...n可以包括陷波偶极子、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或其组合。线圈5203也可以感应耦合到线圈5209a...n。每个线圈5209a...n可以耦合到相应的阻抗匹配网络5221a...n。
每个相应的阻抗匹配网络5221a...n可以耦合到每个相应的线圈5209a...n，以便实现用于到负载5227的最大功率传输的共轭匹配条件。每个相应的阻抗匹配网络5221a...n可以包括变压器、电阻器、电感器、电容器或传输线。根据各种实施例，相应的阻抗匹配网络5221a...n可以包括对于每个操作频率可调节的单个电容器和/或单个电感器，如可以理解的。
每个相应的波整流器5218a...n可以耦合到每个相应的阻抗匹配网络5221a...n，以便将交流(ac)电压从任何接收的引导表面波转换成直流(dc)电压。各个波整流器5218a...n可以包括单相整流器和/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可以包括平滑电路和/或滤波器以减小ac纹波电压。波整流器5218a...n可以耦合到相应的电压调节器5215a...n，以便保持恒定的电压电平以传递到负载5227。
调谐谐振器5206以预定的传输频率通过引导表面波导探头p接收在有损导电介质203的表面上传输的引导表面波的形式的能量。通过抽头耦合到调谐谐振器5206的线圈5203的每个隔离电路5212a...n使线圈5203的部分在抽头下方短路。因此，调谐谐振器5206可以在多个传输频率下同时接收。具体地，每个隔离电路5212a...n使线圈5203的预定部分短路，使得剩余部分提供电感以允许调谐谐振器5206以相应的频率谐振。或者，每个隔离电路5212a...n使线圈5203的预定义部分短路，使得包括线圈5203的一部分的相应接收者网络的相应相位延迟(φ)匹配与相应一个引导表面波相关联的波倾斜角(ψ)，其中各波倾斜角(ψ)至少部分地基于接收结构附近的有损导电介质或地面介质的特性。
为此，相应的阻抗匹配网络5221a...n应该被耦合在线圈5203的有效部分上用于相应的频率。线圈5203可以感应耦合到多个线圈5209a...n，其中线圈5209a...n相对于用作变压器初级线圈的线圈5203定位为次级。因此，每个相应的阻抗匹配网络5221a...n根据每个相应的电感耦合和直接抽头耦合进行调谐，以在每个相应的传输频率下同时从引导表面波导探头p接收引导的表面波。相应的阻抗匹配网络5221a...n被调谐以便实现共轭阻抗匹配，以促进通过相应波整流器5218a...n和电压调节器5215a...n向负载5227的功率流动。在替代实施例中，可以使用多个调谐谐振器5206，每个具有耦合到单个线圈5209或多个线圈5209a...n的线圈5203。
在一些实施例中，每个调谐谐振器5206直接耦合到相应的波整流器5218a...n，而不耦合到相应的阻抗匹配网络5221a...n或相应的变压器5224a...n。然而，这些实施例可能影响向负载5227提供功率的效率。换句话说，没有相应的阻抗匹配网络5221a...n或相应的变压器5224a...n的接收电路5100的实施例可能不产生对负载5227的最佳功率供应。
相应的阻抗匹配网络5221a...n被特别地配置用于每个相应的感应和直接抽头耦合，以便于在多个传输频率下将每个引导表面波同时传送到负载5227。然后每个信号由相应的波形整流器5218a...n整流。各个波整流器5218a...n将每个整流信号输出到相应的电压调节器5215a...n。在替代实施例中，相应的波整流器5218a...n可以将每个信号输出到公共总线或节点，以被发送到单个电压调节器5215。在其他实施例中，相应波整流器5218a...n可以将每个整流信号输出到功率转换器，如dc到dc转换器，以有效地改变电压。或者，如果负载5227采用ac信号，则各波整流器5218a...n可以将每个整流信号输出到诸如dc到ac逆变器的功率逆变器。
电压调节器5215a...n的输出端可以并联耦合以向负载5227提供组合的dc输出电流。在其它实施例中，电压调节器5215a...n的输出端可以串联耦合以提供组合dc输出电压到负载5227。在其他实施例中，电压调节器5215a...n的输出端可以并联耦合，并且所得到的并联耦合然后可以串联耦合。例如，一对两个电压调节器5215可以并联耦合，另一对两个电压调节器5215可以并联耦合。然后可以串联耦合两个并联耦合。在其他实施例中，电压调节器5215的输出端可以串联耦合，然后所得到的串联耦合可以并联耦合。例如，一对两个电压调节器5215可以串联耦合，另一对两个电压调节器5215可以串联耦合。然后可以并联耦合两个串联耦合。可以理解，所选择的并联/串联配置可以取决于负载5227的电压和电流要求。
参考图34，示出了根据各种实施例的接收电路5100的示例。图34包括在图20e中描绘的磁性线圈5306a和5306b作为引导表面接收结构rm。尽管示出了磁性线圈5306a和5306b，但是应当理解，可以使用其他接收结构rp(图20c)和rr(图20d)。根据各种实施例，每个相应的磁性线圈5306a和5306b可用于接收在有损导电介质203(图3)的表面上传输的引导表面波的形式的能量。可以使用任何n个磁线圈5306a和5306b来接收以引导表面波形式传输的能量。根据各种实施例，每个磁性线圈5306a和5306b同时接收以引导表面波形式传输的能量。每个相应的磁性线圈5306a和5306b有助于接收以导引表面波导探头p以唯一的预定频率传输的引导表面波的形式的能量，以提供负载5327。因此，每个磁性线圈5306a和5306b可以同时接收以相对于所有其它频率的唯一频率的引导表面波的形式的能量。每个相应的磁性线圈5306a和5306b耦合到相应的阻抗匹配网络5321a或5321b。
每个相应的阻抗匹配网络5321a或5321b可以耦合到每个相应的磁性线圈5306a或5306b，以便实现用于到负载5327的最大功率传输的共轭匹配条件。每个相应的阻抗匹配网络5321a和5321b可以包括变压器、电阻器、电感器、电容器或传输线的组合。根据各种实施例，相应的阻抗匹配网络5321a和5321b可以包括对于每个操作频率可调节的单个电容器和/或单个电感器，如可以理解的。
每个相应波整流器5318a或5318b可以耦合到每个相应的阻抗匹配网络5321a或5321b，以便将交流电(ac)从任何接收到的引导表面波转换成直流电(dc)。各个波整流器5318a和5318b可以包括单相整流器和/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可以包括平滑电路和/或滤波器以减小ac纹波电压。相应的波形整流器5318a和5318b可以耦合到相应的电压调节器5315a或5315b，以便保持恒定的电压电平以传送到负载5327。
每个磁性线圈5306a和5306b以预定的传输频率从引导表面波导探头p接收在有损导电介质203的表面上传输的引导表面波的形式的能量。每个引导表面波导探头p相对于其它引导表面波导探头p以不同的频率传输。因此，相对于所有其它频率，每个相应的磁性线圈5306a和5306b同时以独特的频率接收引导表面波的形式的能量的传输。因此，每个相应的阻抗匹配网络5321a和5321b根据每个相应的磁线圈5306a或5306b进行调谐，以在每个相应的传输频率下同时接收来自引导表面波导探头p的引导表面波。相应的阻抗匹配网络5321a和5321b被调谐以便实现共轭阻抗匹配，以促进通过相应波整流器5318a和5318b以及相应的电压调节器5315a和5315b向负载5327的功率流动。
在一些实施例中，每个磁性线圈5306a和5306b直接耦合到相应的波形整流器5318a...n，而不耦合到相应的阻抗匹配网络5221a...n。然而，这些实施例可能影响向负载5327提供功率的效率。换句话说，没有相应的阻抗匹配网络5321a...n的接收电路5100的实施例可能不产生对负载5327的最佳功率供应。
相应的阻抗匹配网络5321a和5321b被特别地配置用于每个磁性线圈5306a或5306b，以便于以多个操作频率中的相应的一个将每个相应的引导表面波传送到负载5327。然后，每个引导表面波被相应的波形整流器5318a或5318b整流。相应的波整流器5318a和5318b将每个整流的引导表面波输出到相应的电压调节器5315a或5315b。接下来，电压调节器5315a和5315b接收整流的引导表面波并向负载5327发送稳定的dc信号。在替代实施例中，电压调节器5315a和5315b可以耦合到功率逆变器，诸如dc至ac电源逆变器，如果负载5327采取交流信号。
根据各种实施例，电压调节器5315a和5315b的输入端可以耦合到相应的波整流器5318a和5318b。在其他实施例中，单个电压调节器5315的输入端可以耦合到相应的波形整流器5318a和5318b。根据各种实施例，电压调节器5315a和5315b的输出端可以并联耦合以向负载5327提供组合的dc输出电流。在其他实施例中，电压调节器5315a和5315b的输出端可以串联耦合以提供组合的直流输出电压到负载5327。在其他实施例中，多个电压调节器5315的输出端可以并联耦合，然后所得到的并联耦合可以串联耦合。例如，一对两个电压调节器5315可以并联耦合，另一对两个电压调节器5315可以并联耦合。然后可以串联耦合两个并联耦合。在其他实施例中，多个电压调节器5315的输出端可以串联耦合，然后所得到的串联耦合可以并联耦合。例如，一对两个电压调节器5315可以串联耦合，另一对两个电压调节器5315可以串联耦合。然后可以并联耦合两个串联耦合。
参考图35，示出了根据各种实施例的接收电路5100的示例。图35包括在图20e中描绘的磁线圈5406a和5406b作为引导面接收结构rm。尽管示出了磁性线圈5306a和5306b，但是应当理解，可以使用其他接收结构rp(图20c)和rr(图20d)。根据各种实施例，每个相应的磁性线圈5406a和5406b可用于接收在有损导电介质203(图3)的表面上传输的引导表面波的形式的能量。可以使用任何n个磁线圈5406a和5406b来接收以引导表面波形式传输的能量。根据各种实施例，每个磁线圈5406a和5406b同时从引导表面波接收能量。每个相应的磁性线圈5406a和5406b有助于接收从引导表面波导探头p以唯一的预定频率传输到负载5427的引导表面波的形式的能量。因此，每个电磁线圈5406a和5406b可以同时接收以相对于所有其它频率的唯一频率的引导表面波的形式的能量。每个相应的磁线圈5406a和5406b耦合到相应的阻抗匹配网络5421a或5421b。
每个相应的阻抗匹配网络5421a或5421b可以耦合到每个相应的磁线圈5406a或5406b，以便实现用于到负载5427的最大功率传输的共轭匹配条件。每个相应的阻抗匹配网络5421a和5421b可以包括变压器、电阻器、电感器、电容器或传输线的组合。根据各种实施例，相应的阻抗匹配网络5421a和5421b可以包括对于每个操作频率可调节的单个电容器和/或单个电感器，如可以理解的。
每个相应的波整流器5418a或5418b可以耦合到每个相应的阻抗匹配网络5421a或5421b，以便将交流电(ac)从任何接收的引导表面波转换为直流(dc)。各个波整流器5418a和5418b可以包括单相整流器和/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可以包括平滑电路或滤波器以减小ac纹波电压。相应的波整流器5418a和5418b可以耦合到相应的二极管5409a或5409b，以便允许电流传递到电压调节器5415，同时阻止反向电流。
每个磁线圈5406a和5406b以预定的传输频率从引导表面波导探头p接收在有损导电介质203的表面上以引导表面波形式传输的能量。每个引导表面波导探头p相对于其它引导表面波导探头p以不同的频率操作。因此，相应于所有其它频率，每个相应的磁线圈5406a和5406b以独特的频率同时接收引导表面波形式的能量的传输。因此，各个阻抗匹配网络5421a和5421b根据每个相应的磁线圈5406a或5406b进行调谐，以在每个相应的传输频率下同时接收来自引导表面波导探头p的引导表面波。相应的阻抗匹配网络5421a和5421b被调谐以便实现共轭阻抗匹配，以促进通过相应波整流器5418a和5418b以及电压调节器5415a向负载5427的功率流动。
在一些实施例中，每个磁线圈5406a和5406b直接耦合到相应的波整流器5418a...n，而不耦合到相应的阻抗匹配网络5421a...n。然而，这些实施例可能影响向负载5427提供功率的效率。换句话说，没有相应的阻抗匹配网络5421a...n的接收电路5100的实施例可能不会产生对负载5427的最佳功率供应。
相应的阻抗匹配网络5421a和5421b被专门配置用于每个磁性线圈5406a或5406b，以便于以多个传输频率中的相应一个传送每个相应的引导表面波到负载5427。然后，每个引导表面波被相应的波整流器5418a或5418b整流。相应的波整流器5418a和5418b将每个整流的引导表面波输出到相应的二极管5409a或5409b。接下来，电压调节器5415接收整流的引导表面波并向负载5427发送稳定的dc信号。在替代实施例中，电压调节器5415可耦合到功率逆变器，例如dc至ac功率逆变器，如果负载5427采取ac号。
根据各种实施例，单个电压调节器5415可以耦合到波整流器5418a和5418b。在其他实施例中，波整流器5418a和5418b可以各自耦合到相应的电压调节器5415。根据各种实施例，多个电压调节器5415的输出端可以并联耦合以提供到负载5427的组合dc输出电流。在其他实施例中，多个电压调节器5415的输出端可以串联耦合以向负载5427提供组合的dc输出电压。在其他实施例中，多个电压调节器5415的输出端可以并联耦合，并且所得到的并联耦合然后可以串联耦合。例如，一对两个电压调节器5415可以并联耦合，另一对两个电压调节器5415可以并联耦合。然后可以串联耦合两个并联耦合。在其它实施例中，多个电压调节器5415的输出端可以串联耦合，然后所得到的串联耦合可以并联耦合。例如，一对两个电压调节器5415可以串联耦合，另一对两个电压调节器5415可以串联耦合。然后可以并联耦合两个串联耦合。可以理解，所选择的并联/串联配置可以取决于负载5427的电压和电流要求。
参考图36，示出了根据各种实施例的用于同时接收多个频率的信号的系统的示例。图36包括两个引导表面波导探头p1和p2、接收电路5100、场测量仪5512。引导面波导探头p1可以在第一操作区域5503a中以第一传输频率f1传输引导表面波，同时引导波导探头p2可以在第二操作区域5503b中以第二传输频率f2传输引导表面波。接收电路5100可以位于传输的第一区域5503a和第二操作区域5503b重叠的点处。场测量仪5512也可以位于第一操作区域5503a和第二操作区域5503b重叠的点，以便检测与引导表面波相关联的场强。
参考图37，示出了根据各实施例的接收电路5100的操作的一个示例的流程图。应当理解，图37的流程图仅提供可用于实现接收电路5100的操作的功能布置的示例。
从框5603开始，接收电路5100可以确定哪些频率可用于以引导表面波的形式接收电能。接收电路5100可以包括例如经由一个或多个网络与引导表面波导探头p通信以确定可用频率的接收控制器。如上所述，接收电路5100可以同时从相对于彼此以不同频率工作的引导表面波导探头p传输的引导表面波接收能量。接下来，在框5606处，接收电路5100选择将接收的引导表面波形式的电能的频率。接下来，在框5609处，接收电路5100调谐以在所选择的频率下操作。如上所述，根据每个相应的引导表面波接收结构r调谐各个阻抗匹配网络。然后，在框5612，接收电路5100向电负载传递能量。
接下来参考图38，示出了可用于在无线功率传送系统中从引导表面波接收电能的设备中的一般性电路的示例。在各种实施例中，设备包括引导表面波接收结构r，其如上所述可以包括线性探头、调谐谐振器和/或电磁线圈中的至少一个。如上所述，可以使用引导表面波接收结构r来获得沿着有损导电介质的表面行进的引导表面波的形式的电能。在一个或多个实施例中，有损导电介质包括陆地介质(例如，地球)。
当引导表面波接收结构r受到如本公开中所述的引导表面波时，跨越输出端子6015产生电压，该电压可以通过共轭阻抗匹配网络6021施加到电负载6018。为了促进到电负载6018的功率流动，电负载6018可以基本上与引导表面波接收结构r阻抗匹配，如上面参考图18a-18c以及图19所述。可能不使用阻抗匹配网络6021，或者可能没有适当调谐以在特定频率下接收能量。然而，如果阻抗匹配网络6021没有被适当地调整以在给定频率处接收能量，则由于反射和缺少最大功率传输等而对电负载6018施加电压的能力可能会损害效率。
可以理解，在各种情况下，引导表面波接收结构r可以在从多个引导表面波导探头p传输的多个引导表面波的交叉处。为此，每个引导表面波可以通过不同的引导表面波导探头p以不同的频率传输。因此，引导表面波接收结构r可以包括或可以通信地耦合到场传感器6024、频谱分析仪或任何类似的电气部件，根据如上详细讨论的公开来识别与正在传输的引导表面波导相关联的一个或多个频率。
在对频谱中的一个或多个频率进行识别之后，频率识别电路6027可被配置为调整引导表面波接收结构r从引导表面波接收电能的频率。为此，频率识别电路6027可以包括被配置为控制场传感器6024，从多个频率识别特定频率并且配置或调整引导表面波接收结构6000和/或阻抗匹配网络6021以识别的频率接收功率的电路。
根据各种实施例，频率识别电路6027可以配置阻抗匹配网络6021，使得引导表面波接收结构r以所识别的频率从引导表面波中的一个接收电能，并且将传送到电负载6018的功率最大化。配置阻抗匹配网络6021可以包括例如调节可变电容器、调节可变电感器、调节其它可变元件、通过开关或其它组件向电路添加或从电路中去除电容器和/或电感器、和/或其他类似的方法，使得引导表面波接收结构r被调谐到预定义的频率，例如使用场传感器6024识别的频率。
在一些实施例中，频率识别电路6027可以包括或可通信地耦合到处理电路6033。处理电路可以包括例如微控制器、计算设备或能够使用场传感器6024、频谱分析仪或其它类似的传感器或装置以编程方式识别可用频率的其他组件。
在一些实施例中，处理电路6033可以包括处理器、存储器、数据总线和/或其他组件，其访问所识别的频率的，并以编程方式配置引导表面波接收结构r以匹配沿着有损导电介质行进的引导表面波的频率。由处理电路6033执行的程序化配置可以包括例如由处理器或电路执行的逻辑，该处理器或电路动态地调整可变电容器、可变电感器或其它可变电气部件，或以其他方式添加或去除电容器、电感器或其它通过产生一个或多个控制信号的其他组件，这些控制信号使得这些部件的相应变化来调整阻抗匹配网络6021。为此，可变电容器或可变电感器可以包括由处理电路6033的处理器执行的应用控制的微调电容器或电感器。或者，阻抗匹配网络6021可以包括多个电容器、电感器或根据需要被切换到阻抗匹配网络6021中的其它电气部件。
接下来参考图39，示出了根据各种实施例的从引导表面波探头p接收电能的系统的操作的一个示例的流程图。应当理解，图39的流程图仅提供可用于实现如本文所述的引导表面波接收结构6000的部分的操作的许多不同类型的功能布置的示例。在一些实施例中，图39的流程图可以由耦合到引导表面波接收结构r的处理电路6033来实现。
如上所述，可以调谐或调整引导表面波接收结构r以匹配由引导表面波探头p传输的引导表面波的频率。在各种情况下，引导表面波接收结构r可能会遇到例如当从第一区域行进到第二区域时从不同的探头p发射的引导表面波。或者，在其他情况下，引导表面波探头p可以改变产生引导表面波的频率。可以执行这种情况以阻止盗窃、调整传输范围或执行其他有益功能。假设在第一区域中可用的引导表面波的频率与第二区域中可用的引导表面波不同，则引导表面波接收结构r必须调整以匹配频率。类似地，如果导向面波导探头p改变其产生引导表面波的频率，则引导表面波接收结构r必须相应地进行调整。为此，设备、装置或其他系统可以利用引导表面波接收结构r和相关联的电路无缝地访问电能，而不管频率的变化。设备、装置或其他系统可以被称为“频率无关”。
从6103开始，例如从与引导表面波的传输相关联的一个或多个频率识别频率。为此，可以使用场传感器6024、频谱分析仪或类似组件来识别频率。因此，引导表面波接收结构r可以包括或者可通信地耦合到场传感器6024或频谱分析仪。
接下来，在6106中，确定是否已经识别了多于一个频率。如果已经识别出多于一个频率，则该过程可以进行到6109，其中可以基于例如信号强度、用户偏好、功率成本、网络类型等来选择频率之一。用于选择频率的标准可以存储在处理电路6033的存储器或其他存储器中。在各种实施例中，用户可以定义用于选择频率的标准，例如，通过在客户机设备上可执行的客户端应用程序中指定标准。为此，用户可以指定一个功率提供者应该优先于另一个功率提供者，应该选择与较低价格相关的电能，应该优先考虑的网络是可靠的等。
返回到6106，假设仅识别出一个频率，处理进行到6112，其中基于所识别的频率将引导表面波接收结构6000接收引导表面波的传输的频率调节到谐振频率。类似地，在6109中选择频率之后，处理进行到6112，其中基于所识别的频率将引导表面波接收结构6000接收引导表面波的传输的频率调节到谐振频率。
根据各种实施例，调节引导表面波接收结构r接入电能的频率由处理电路6033以编程方式执行。为此，处理电路6033可以配置阻抗匹配网络6021，使得引导表面波接收结构r从处于识别的频率的一个引导表面波接收电能。这可以包括例如调节可变电容器、调节可变电感器、调节其它电气组件、向电路添加或从电路移除电容器、电感器或其他电气组件、和/或其他方法，使得引导表面波接收结构r调谐或调节到预定频率，例如使用场传感器6024识别的频率。
接下来，处理进行到6115，其中接收者可以监视通过引导的表面波接收结构r获得和/或由电负载6018消耗的电能的使用。可以监视电能，例如确定电能消耗是否超过允许的消耗量，如可以理解。在另外的实施例中，图39的流程图可以用在实现多个引导表面波接收结构r的装置中。为此，处理电路6033可以配置第一引导表面波接收结构r1以在第一频率处接收设备中的电能，并且可以在设备中配置第二引导表面波接收结构r2以在第二频率处接收电能，从而增加由该装置访问的电能。
应当注意，电负载6018可以被配置为接受不同频率的电压或者是“频率无关”，使得通过引导表面波接收结构r接收的功率频率的变化不会中断电负载6018的操作。在一个实施例中，电负载6018可以包括整流器和其他电路，以产生dc电压，而不管输入ac电压的频率如何，其中dc电压然后被进一步施加到电负载6018的附加组件。
参考图40，示出了根据本公开的实施例的处理电路6033的示意性框图。处理电路6033可以包括诸如服务器计算机、台式计算机或移动计算设备之类的计算设备。在其他实施例中，处理电路6033可以包括微控制器。处理电路6033可以包括例如具有处理器6303和存储器6306的至少一个处理器电路，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随地址/控制总线或其他总线结构的数据总线，如可以理解的。
存储在存储器6306中的是数据和可由处理器6303执行的若干组件。特别地，存储在存储器6306中并且可由处理器6303执行的是频率监视应用6312、阻抗控制应用6315和潜在的其他应用。频率监视应用6312可以被配置为访问从场传感器6023、频谱分析仪或类似设备获得的测量，并且识别表面波导接收结构r从引导表面波接收电能的频率。阻抗控制应用6315可以被配置为以编程方式调节可变电容器、可变电感器或其它类似组件。也存储在存储器6306中的数据可以是数据存储6318和其他数据。此外，操作系统可以存储在存储器6306中并且可由处理器6303执行。
应当理解，可以存在存储在存储器6306中并可由处理器6303执行的其他应用，如可以理解的那样。如果本文中讨论的任何组件以软件的形式实现，则可以采用多种编程语言中的任何一种，例如assembly、c、c++、c#、objectivec、
许多软件组件被存储在存储器6306中并且可由处理器6303执行。在这方面，术语“可执行”是指最终由处理器6303运行的形式的程序文件。可执行程序的示例可以是例如可以被转换成可以被加载到存储器6306的随机访问部分并由处理器6303运行的格式的机器代码的编译程序、可以以能够被加载到存储器6306的随机访问部分并由处理器6303执行的目标代码的适当格式表示的源代码、或可由另一可执行程序解释以在存储器6306的随机存取部分中产生由处理器6303执行的指令的源代码等。可执行程序可以存储在存储器6306的任何部分或组件中，包括例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、固态驱动器、usb闪存驱动器、存储卡、诸如致密盘(cd)或数字通用盘(dvd)的光盘、软盘、磁带或其他存储器组件。
存储器6306在此被定义为包括易失性和非易失性存储器和数据存储组件。易失性组件是在掉电时不保留数据值的组件。非易失性组件是在掉电时保留数据的组件。因此，存储器6306可以包括例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬盘驱动器、固态驱动器、usb闪存驱动器、经由存储卡读卡器访问的存储卡、通过相关的软盘驱动器访问的软盘、通过光盘驱动器访问的光盘、经由适当的磁带驱动器访问的磁带和/或其他存储器组件、或这些存储器组件中的任何两个或更多个的组合。此外，ram可以包括例如静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)或磁随机存取存储器(mram)和其它这样的设备。rom可以包括例如可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)或其它类似的存储器件。
此外，处理器6303可以表示多个处理器6303和/或多个处理器核心，并且存储器6306可以表示分别在并行处理电路中操作的多个存储器6306。在这种情况下，本地接口6309可以是促进多个处理器6303中的任何两个之间、任何处理器6303和任何存储器6306之间、或任何两个存储器6306之间的通信的适当网络。本地接口6309可以包括被设计为协调该通信的附加系统，包括例如执行负载平衡。处理器6303可以是电气的或者一些其他可用的结构。
尽管频率监测应用6312、阻抗控制应用6315以及本文描述的其它各种系统可以体现在如上所述由通用硬件执行的软件或代码中，但作为替代，也可以将其专用于硬件或软件/通用硬件和专用硬件的组合。如果实现在专用硬件中，则每个可以被实现为采用多种技术中的任何一种或组合的电路或状态机。这些技术可以包括但不限于具有用于在应用一个或多个数据信号时实现各种逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有适当的逻辑门的专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他组件等。这些技术通常是本领域技术人员公知的，因此在此不再详细描述。
在一些实施例中，图39的流程图示出了频率监视应用程序6312、阻抗控制应用程序6315或其他类似应用程序的部分实现的功能和操作。如果体现在软件中，每个块可以表示包括用于实现指定的逻辑功能的程序指令的模块、段或代码部分。程序指令可以以包含以编程语言或机器代码编写的人类可读语句的源代码的形式实现，该编程语言或机器代码包括可由诸如计算机系统或其他系统中的处理器6303的合适执行系统识别的数字指令。机器码可以从源代码等转换。如果在硬件中实现，每个块可以表示电路或多个互连电路以实现指定的逻辑功能。
此外，包括软件或代码的包括频率监视应用6312和阻抗控制应用6315在内的任何逻辑或应用可以体现在任何非暂时的计算机可读介质中，以供指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用，例如计算机系统或其他系统中的处理器6303。在这种意义上，逻辑可以包括例如包括可以从计算机可读介质取出并由指令执行系统执行的指令和声明的语句。在本公开的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储或维护本文描述的由指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的逻辑或应用的任何介质。
计算机可读介质可以包括许多物理介质中的任何一种，例如磁性、光学或半导体介质。合适的计算机可读介质的更具体的示例将包括但不限于磁带、磁软盘、磁性硬盘驱动器、存储卡、固态驱动器、usb闪存驱动器或光盘。此外，计算机可读介质可以是包括例如静态随机存取存储器(sram)和动态随机存取存储器(dram)或磁随机存取存储器(mram)的随机存取存储器(ram)。此外，计算机可读介质可以是只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom))或其他类型的存储设备。
此外，包括频率监视应用6312和阻抗控制应用6315在内的任何逻辑或应用可以以各种方式来实现和构造。例如，所描述的一个或多个应用可以被实现为单个应用的模块或组件。此外，本文描述的一个或多个应用可以在共享或分开的计算设备中或其组合中执行。例如，本文描述的多个应用可以在相同的计算设备中或在同一处理电路6033中的多个计算设备中执行。另外，应理解的是，诸如“应用”、“服务”、“系统”、“引擎”、“模块”等可以互换，而不是限制。
参考图41，示出了包括上部充电端子t1(例如，高度为ht的球体)和下部补偿端子t2(例如，高度为hd的盘)的引导表面波导探头p的示例的图形表示7100，其中沿着垂直于由有损导电介质203呈现的平面垂直的垂直轴z定位。该引导表面波导探头7100的该实施例与图14的波导探头具有相似之处，具有解调器7110和滤波器7120组件的附加元件。应当理解，引导表面波导探头7100被示出为示例以说明本公开的各种实施例，并且可以采用本文所述的引导表面波导探头的其他实施例。
在操作期间，根据在任何给定时刻施加到端子t1和t2的电压，电荷q1和q2分别施加在充电和补偿端子t1和t2上。
ac源212用作充电端子t1的激励源，电荷端子t1通过包括例如螺旋线圈的线圈215的馈电网络209耦合到引导表面波导探头200d。ac源212可以通过抽头227跨越线圈215的下部连接，如图14所示，或者可以通过初级线圈感应耦合到线圈215。线圈215可以在第一端处耦合到地桩218，并且在第二端处耦合到充电端子t1。在一些实现中，可以使用在线圈215的第二端处的抽头224来调整与充电端子t1的连接。补偿端子t2位于有损导电介质203(例如，地或地球)的上方并且基本上平行，并且通过耦合到线圈215的抽头233激励。位于线圈215和地桩218之间的电流计236可用于提供在引导表面探头的基部处的电流(i0)的大小的指示。
该测量可能是调节引导表面波导探头7100并检测由接收电路嵌入的数据的因素，如下所述。滤波器7120可以耦合到电流计236以将滤波器施加到检测到的电流。例如，如果接收电路通过调制等于或高于预定频率的控制负载来嵌入数据，则滤波器7120可以包括滤波低于该预定频率的检测电流的低通滤波器。
解调器7110可以耦合到电流计236以将当前流中的嵌入的调制转换为数据。如图所示，解调器7110可以经由滤波器7120耦合到电流表236。解调器7110还可以直接耦合到电流计236，或者经由其他中间组件耦合到电流计236。解调器7110被配置为通过接收电路应用与应用于嵌入数据的调制方式对应的解调方案，以获得原始的嵌入数据信号。
接下来参考图42a、42b和42c，示出了在各种实施例中在引导表面波导功率输送系统中使用表面引导波的一般性接收电路的示例。这些图中表示的接收电路与图18a，18b和19的接收电路具有相似之处，其中包括com开关的附加元件。
图42a和42b包括线性探头303和调谐谐振器306。图43是根据本公开的各种实施例的磁性线圈309。根据各种实施例，可以使用线性探头303、调谐谐振器306和磁线圈309中的每一个来接收在有损导电介质203(图41)的表面上以引导表面波的形式传输的功率。如上所述，在一个实施例中，有损导电介质203包括陆地介质。电负载315通过阻抗匹配网络318(例如，电压调节器)耦合到输出端子312。
当如上所述线性探头303经历引导表面波时，跨越输出端子312产生电压，根据情况，电压可通过阻抗匹配网络318施加到电负载315。为了便于向电负载315的功率流动，如下所述，阻抗匹配网络318提供电负载315和线性探头303之间的阻抗匹配。
此外，可变控制负载zc与电负载315并联耦合。com开关7210可以包括例如手动控制开关、固态设备、由计算设备控制的开关、或被配置为断开和闭合电路开关的其它装置。在本实施例中，当com开关7210闭合时，可变控制负载zc的组合阻抗将是z1和z2的组合阻抗，并且仅当com开关7210断开时为z1的阻抗。通过调制com开关7210在断开和闭合之间的状态，由于可变控制负载zc的阻抗变化，相应地调节由可变控制负载zc和电负载315呈现的总负载。在替代实施例中，可以省略阻抗z1，使得耦合到调谐谐振器306的总负载在单独的电负载315(com开关使得通过阻抗z1路径断开)与阻抗z2和电负载315并联之间变化。通过改变与电负载315并联的阻抗，com开关调制耦合到线性探头303的总电负载。此外，可以有许多其他调节负载的方式，如可以理解的。
在另一个实施例中，电负载315可以不是电路的一部分。在这种情况下，可变控制负载zc将是耦合到阻抗匹配网络318的唯一负载。
参见图42b，调谐谐振器306包括在有损导电介质203上方升高的充电端子tr。充电端子tr具有自电容cr。此外，取决于有损导电介质203之上的充电端子tr的高度，还可以在充电端子tr和有损导电介质203之间存在结合电容(未示出)。结合电容应优选尽可能多最小化为，尽管在多相波导探头的每个实例中这可能不是完全必要的。
调谐谐振器306还包括线圈lr。线圈lr的一端耦合到充电端子tr，线圈lr的另一端耦合到有损导电介质203。为此，调谐谐振器306(其也可以称为调谐谐振器lr-cr)包括串联调谐谐振器，由于充电端子cr和线圈lr串联放置。调谐谐振器306通过调整充电端子tr的尺寸和/或高度来调节和/或调节线圈lr的尺寸来调谐，从而基本上消除了结构的无功阻抗。
例如，由自电容cr呈现的电抗计算为1/(jωcr)。注意，调谐谐振器306的总电容还可以包括充电端子tr和有损耗导电介质203之间的电容，其中调谐谐振器306的总电容可以从自电容cr和任何结合的电容两者计算，如可以理解的。根据一个实施例，充电端子tr可以升高到高度，以便基本上减少或消除任何结合的电容。可以通过充电端子tr和有损导电介质203之间的电容测量来确定结合电容的存在。
由离散元件线圈lr呈现的感抗可以被计算为jωl，其中l是线圈lr的集总元件电感。如果线圈lr是分布式元件，其等效端点感抗可以通过常规方法来确定。为了调谐调谐谐振器306，可以进行调整，使得由线圈lr呈现的感抗等于由调谐谐振器306呈现的电容电抗，使得调谐谐振器306的所得净电抗在操作频率处基本上为零。阻抗匹配网络324(或电压调节器)可以插入在探头端子321和电负载327之间，以便实现用于向电负载327传递最大功率的共轭匹配条件。此外，线圈lr被调整使得耦合在充电端子tr和有损导电介质203之间的结果接收者网络具有与入射引导表面波相关联的波倾斜角(ψ)匹配的相位延迟(φ)，波倾斜角(ψ)至少部分地基于如上所述的调谐谐振器306附近的有损导电介质203的特性。
当存在如上所述在调谐谐振器306的频率下产生的引导表面波时，最大功率将从表面导波传递到电负载327。也就是说，一旦在调谐谐振器306和电负载327之间建立共轭阻抗匹配，将功率从结构传送到电负载327。为此，电负载327可以通过磁耦合、电容耦合或导电(直接抽头)耦合耦合到调谐谐振器306。耦合网络的元件可以是集中的组件或分布式元件，如可以理解的。在图42b所示的实施例中，使用磁耦合，其中线圈ls相对于用作变压器初级线圈的线圈lr定位为次级。线圈ls可以通过围绕相同的芯结构几何地缠绕线圈lr并且调节耦合的磁通量而链接耦合，如可以理解的。此外，虽然调谐谐振器306包括串联调谐谐振器，但也可以使用并联调谐谐振器或甚至分布元件谐振器。
com开关7220与电负载327和阻抗匹配网络324并联耦合。com开关7220可以包括例如手动控制开关、固态设备、由计算设备控制的开关或被配置为断开和闭合电路开关的其它装置。因此，在该非限制性示例中，连接阻抗匹配网络324和电负载327的电路包括可变控制负载zc，其包括并联连接的电阻器r1和r2。在该实施例中，当com开关7220闭合时，电路的组合阻抗将是r1和r2的组合电阻，并且仅当com开关7220断开时，是r1的电阻。通过调制开关7220在断开和闭合之间的状态，由于可变控制负载zc的阻抗变化，相应地调制由可变控制负载zc和电负载327呈现的总负载。在替代实施例中，可以省略电阻器r1，使得耦合到调谐谐振器306的总负载在单独的电负载327(com开关使得通过电阻器r1的路径断开)和与电阻器r2与电负载315并联之间变化。通过改变与电负载315并联的电阻，com开关调制耦合到线性探头303的最终总电负载。此外，可以有许多其它调节负载的方式，如可以理解的。
在另一个实施例中，电负载327可以不是电路的一部分。在这种情况下，可变控制负载zc将是耦合到阻抗匹配网络324的唯一负载。
参考图图43，磁线圈309包括通过阻抗匹配网络333耦合到电负载336的接收电路。为了便于从引导表面波接收和/或提取功率，可以将磁性线圈309定位使得引导表面波的磁通量
假定由磁性线圈309和电负载336呈现的所得到的电路通过阻抗匹配网络333适当地调节和共轭阻抗匹配，则可以采用在磁线圈309中感应的电流来最佳地为电负载336供电。由磁线圈309呈现的接收电路提供的优点在于其不必物理地连接到地。
com开关7310与阻抗匹配网络333和电负载336并联耦合。com开关7310可以包括例如手动控制开关、固态设备、由计算设备控制的开关或被配置为断开和闭合电路开关的其它装置。如图所示，连接阻抗匹配网络333和电负载336的电路可以包括并联连接的电阻器r1和r2形式的阻抗的可变控制负载zc。在本实施例中，当com开关7310闭合时，可变控制负载zc的组合阻抗将是r1和r2的组合电阻，并且仅当com开关7310断开时为r1的电阻。通过调制com开关7310在断开和闭合之间的状态，由于控制负载zc的阻抗变化，相应地调制包括可变控制负载zc和电负载336的总负载。在替代实施例中，可以省略电阻器r1，使得耦合到磁性线圈309的总负载在单独的电负载336(com开关使得通过电阻器r1的路径断开)与电阻器r2和电负载336并联之间变化。通过改变与电负载336并联的电阻，com开关7310调制耦合到线性探头303的最终总电负载。此外，可以存在很多其他调节负载的方式，如可以理解的。
在另一个实施例中，电负载336可以不是电路的一部分。在这种情况下，可变控制负载zc将是耦合到阻抗匹配网络324的唯一负载。
参考图图42a，42b和43，由线性探头303、调谐谐振器306和磁性线圈309呈现的引导表面波接收结构每个便于接收从上述引导表面波导探头p的任一实施例传输的电功率。为此，所接收的能量可以用于为电负载315/327/336供电。这与可能以辐射电磁场的形式传输的引导表面波接收结构中可能接收的信号形成对比。这种信号具有非常低的可用功率，并且这种信号的引导表面波接收结构不加载发射机。
通过调制由线性探头303、调谐谐振器306和使用com开关7210/7220/7310的电磁线圈309所呈现的引导表面波接收结构所绘制的负载，可以通过引导表面波导探头7100(图41)的电流表236(图41)检测相应的电流变化。
例如，数据可以被编码为二进制数据，然后可以将其转换成由编码技术定义的符号。符号将各自对应于不同的当前状态，例如振幅状态、频率状态、相位状态或另一状态。com开关7210/7220/7310可以根据符号的采样来调制电负载315/327/336以实现当前状态。然后，电流计236将对检测到的电流进行采样以获得嵌入符号，并重新捕获符号。也可以使用其他方法来通过调制电负载315/327/336来嵌入调制信号，如可以理解的。
移动到图44a-44c，示出了通过与引导表面波接收结构通信耦合的诸如线性探头303(图42a)、调谐谐振器306(图42b)或根据各种实施例的磁性线圈309(图43)的引导表面波导探头7100(图41)的电流表236(图41)所观察到的调制电流的示例图。在图44a中，示例性引导表面波接收结构将实现具有由电负载315/327/336(图42a/42b/43)呈现的总负载的电路和具有com开关7210/7220/7310的控制负载zc(图42a/42b/43)，如上所述。因此，当com开关7210/7220/7310在连接状态和断开状态之间移动时，电流表236观察到的电流在电流电平c1和c2之间交替。
在图44b中，示例性引导表面波接收结构将实现具有由电负载315/327/336呈现的总负载和具有串联连接到单个电阻器r1的com开关7210/7220/7310的控制负载zc的电路。因此，当com开关7210/7220/7310在连接状态和断开状态之间移动时，由电流表236观察到的电流在表示闭合电路的电流电平c1和指示开路的无电流之间交替。根据图图44a和24b中讨论的实施例，可以对由电流表236检测到的电流进行采样，并且可以通过观察或处理电流的包络来检测嵌入符号。然后，这些符号将被解调器7110转换成嵌入数据。
在图44c中，示例性引导表面波接收结构将实现具有由电负载315/327/336呈现的总负载和具有串联连接到单个电阻器r1的com开关7210/7220/7310的控制负载zc的电路。因此，当com开关7210/7220/7310在连接状态和断开状态之间移动时，由电流表236观察到的电流在指示闭合电路的电流c1和指示开路的无电流之间交替。根据图44a-44c中讨论的实施例，可以对由电流计236检测到的电流进行采样，并且可以通过观察或处理电流的包络来检测嵌入符号。在示例性示例中，可以处理由电流表236检测到的电流的相位电平pl1、pl2、pl3，以确定嵌入信号，如图44c所示。然后，这些符号将被解调器7110转换成嵌入数据。
接下来参考图45，示出了根据各种实施例的引导表面波接收结构和相关电路的一部分的操作的一个示例的流程图。从框7503开始，使用引导表面波接收结构303/306/309接收引导表面波形式的电能。接下来，在框7505中，将电能提供给耦合到引导表面波接收结构303/306/309的电负载。在框7507中，通过控制负载电路(例如，耦合到可变阻抗控制负载zc的com开关7210/7220/7310)基于数据信号来调制或改变耦合到引导表面波接收结构303/306/309的总负载，其中总负载由电负载315/327/336和可变控制负载zc呈现。或者，在相应电路中不存在电气负载315/327/336的情况下，可变控制负载zc将包括耦合到相应的引导表面波接收结构303/306/309的整个负载。相应地，在框7509中，在引导表面波导探头p处，可以检测产生引导表面波的引导波导探头p的电流的调制。然后，在框7511中，可以确定对应于数据信号的至少一部分的在引导表面波导探头p处嵌入电流的符号或值。根据一个实施例，不同的电流电平(c1或c2)可以对应于二进制数字(0或1)。在其他实施例中，调制信号的不同相位电平或频率电平可对应于不同的二进制数字。因此，可以从信号中获得数据。
应该强调本公开的上述实施例仅是为了清楚地理解本公开的原理而提出的实现的可能的示例。可以对一个或多个上述实施例做出许多变化和修改而不实质上脱离本公开的精神和原理。所有这种修改和变化在这里意在包括在本公开的范围内并由以下权利要求保护。另外，描述的实施例和从属权利要求的所有可选的和优选的特征和修改可用于在这里教导的本公开的所有方面。此外，从属权利要求的单独的特征，以及描述的实施例的所有可选的和优选的特征和修改是彼此可组合和可互换的。
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