专利名称：用于传送波的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电-兹波或声波传送的方法以及装置。
更具体地，本发明涉及一种用于传送被选定的电磁波或者声波的 方法，为了将一个波长为入的波(波长与波的中心频率相一致)聚 焦在至少一个索引为i的焦点上，所述波由属于第一阵列的索引为j 的多根天线所发射。
文件EP-A-0 803 991描述了这种的方法的一个例子，在点i上该 例子具有很好的聚焦。
特别地，本发明的目的在于改进这类方法，以改善在点i处聚焦
的精确度。 .
为此目的，根据本发明的一种解决此类问题的方法，其特征在于， 使用至少一个针对所述波的扩散器(它本身也可以是一天线)，所述扩 散器接近所述焦点i,所述扩散器和所述焦点之间的距离小于一预定 距离，所述预定距离至多等于入/10。
由于这些设计，通过执行一种方法可获得高精确的聚焦，例如该 方法具体包括
-在点i处生成一瞬逝波，以便一个或多个扩散器将所述瞬逝波转 换成一传播波，所述传播波直接传播至第一阵列的多根天线；
-根据索引为j的多根天线接收到的信号，确定在所述点i和所述索 引为j的多根天线间的脉冲响应hij(t);以及
-通过所述第一阵列中的索引为j的多根天线发射对应于信号 5/0 = ^0 /^-O的波,其中S,(t)是一时间函数,hij(-t)是脉冲响应hij(t)
5的一时间翻转函数；然后，所述一个或多个扩散器根据接收到的传播波， 重新生成多个瞬逝波，并且这些瞬逝波可以高并奮确地聚焦于所述点i, 所形成的焦点与所述信号的波长相比尺寸十分小。例如，所述焦点的宽 度可以是X/30左右。
在根据本发明的方法的多个实施例中，可以选择性地采用如下一 个或者多个步骤
- 所述方法至少包括
(a) —学习步骤，根据所述第一阵列中索引为j的天线和属于第 二阵列中位于所述焦点i处的至少一个天线之间交换的信号，确定所 述焦点i与所述第一阵列中索引为j的每个天线之间的脉冲响应h"t) (可选地，所述第二阵列可以是单一天线)；以及
(b) —聚焦步骤，通过所述第一阵列中索引为j的天线，发射对
应于信号s/O^,川0V-O的波，其中Si(t)是时间函数，hy(-t)是所述 焦点i与所述索引为j的天线(2)之间的脉冲响应hij(t)的时间翻转函 数，并且在所述聚焦步骤中，在所述焦点i的周围至少存在多个所述 扩散器(则在点i处所接收到的信号接近于S賴)。需要注意的是，在 所述聚焦步骤中，在某些情况下，需要忽略位于点i处的天线，例如， 当将所述点i周围作为一个区域来处理时；
-在所述学习步骤中 通过位于所述第二阵列中位于焦点i处的天线，发射对应于一 预定信号的波；
在所述第一阵列中索引为j的多^^艮天线上，采集由对应于所述
预定信号的波所产生的多个信号；以及 根据所采集到的信号，确定在所述焦点i和所述第一阵列中每
根索引为j的天线之间的脉沖响应hij(t);
-在聚焦步骤中，在所述焦点i处放置所述第二阵列的天线，以及 在所述被;故置的第二阵列的天线和所述第一阵列的索引为j的多根天线 之间建立通信；
-针对多个焦点i执行所述学习步骤，其中所述第二阵列的多个天 线被分别放置在所述多个焦点i处，且每一根天线周围都至少有一个所述扩散器，且所述扩散器与对应的所述焦点i之间的距离小于所述预定 距离，以及，在所述聚焦步骤中，所述第一阵列中的每一天线j发射与
信号5/0 = &^@/-0中至少一个相对应的波，其中i是目标焦点之一的索引。
-在聚焦步骤中，通过所述第一阵列中的每个天线j发射对应于一 叠加信号的波，所述叠加信号为对于不同的i得到信号
S/0 = &"」 ~Y-0的叠加；
-在所述聚焦步骤中，所述第二阵列中的多根天线位于所述焦点i 处；并且在所述聚焦步骤中，在所述第一阵列中的索引为j的多根天线 与所述第二阵列的至少特定数量的所述天线之间建立选择性通信；
-使用多个扩散器，优选地，至少为10个，所述扩散器与所述焦点 i之间的距离小于所述预定距离；
國所述预定距离至多等于X/50;
-所述波为电；兹波；
-所述波的频率(中心频率)介于0.7至50 GHz之间； -用于目标焦点处的所述第二阵列的天线具有一阻抗，该阻抗的虚 部比实部大，以-使必然产生一个反应场；
-所述第二阵列的天线的阻抗的虚部比所述实部大50倍； -使用多个金属扩散器。
除此之外，本发明的目的还包括一种用于在至少一个索引为i的 点处接收波长为X的电磁波的装置，该装置包括至少一个用于所述电 磁波的金属扩散器，所述金属扩散器与所述点i之间的距离小于一预定 距离，所述预定距离至多等于人/10,其中X是所述电磁波的波长。
在根据本发明的所述装置的多个实施例中，
-所述装置包括多个扩散器，优选地，至少为10个，所述金属扩散 器与所述点i之间的距离小于所述预定距离； -所述预定距离至多等于X/50;-在点i处，所述装置包括一属于第二阵列的天线(可选地，所述 第二阵列可以为单天线)；
-所述第二阵列的天线具有一阻抗，所述阻抗的虚部比实部大，以
便必然产生一瞬逝场；
-所述阻抗的虚部比所述实部大50倍；
-所述装置包括多个属于第一阵列的索引为j的多个天线，和用于 控制所述第一阵列的索引为j的多个天线的一电子中央处理单元，以使 得在所述第一线阵列中的索引为j的多个天线上发射对应于信号 &W = &W V-O的电磁波，其中Si(t)是一时间函数，hij(-t)是所述点i 和所述第一阵列中的每根天线j之间的脉冲响应hij(t)的时间翻转函数；
-所述第二阵列包括位于多个索引为i的点处的多个天线，并且所 述多个天线被多个金属扩散器包围，所述多个金属扩散器与对应的点i 之间的距离分别小于所述预定距离；并且所述电子中央处理单元，让所
述第一阵列中的每个天线j发射至少与信号^^ = &^0、,-0中的至少 一个相对应的电石兹波；以及
- 所述电子中央处理单元(3),通过所述第一阵列中的每个天线j发 射对应于一叠加信号的波，所述叠加信号为对于不同的i得到信号 W = ~丫-0的叠加。
通过阅读参照以下附图，以及对非限制性实施例所作的详细描 述，本发明的其它特征和优点将会变得更明显。
在附图中
-
图1示出了采用根据本发明的一个实施例的聚焦方法的装置原理
-图2示出了属于图1所示的装置的一个天线阵列中并被金属扩散 器包围的天线俯^L图；以及
-图3示出了一个示例性实施例的图2中的天线与金属扩散器的透视图。在这些不同的图中，同样的标号表示相同或者相似的元件。
具体实施例方式
图1示出了一用于收发电磁波的无线通讯装置，所述电磁波的中
心频率通常在0.7到50 GHz之间，例如在2.45GHz左右(相应的波长 为12.25 cm)。该装置包括天线2的第一阵列1,所述第一阵列与一第 一电子中央处理单元3 (CPU1 )相连接，和天线5的第二阵列4，所 述第二阵列与一第二电子中央处理单元6 (CPU2)相连接。
在此，对于每个阵列1、 4，所述天线2、 5的天线数量是8个， 但是它们的天线个数可以不相同。特别地，所述第二阵列4可以只包 括单天线5。
所述第二阵列中的多个天线5，；波此之间都有一个间距L(这个间 距可能是相同的，也可能是不同的，取决天线5的对数)，所述L小 于所述电》兹波的波长入。例如，L可以耳又4mm左右，即比人/30小一点。
但是，所述第一阵列和第二阵列1、 4之间彼此分隔，其间距相 较于X大，所述间距通常大于3X。
如图2所示，所述第二阵列的每个天线5,被多个金属扩散器7 所包围，所述金属扩散器被置于距离所述天线5的半径为R的范围内。 所述半径R小于X/2,优选地，小于X/10，特别地，可以小于X/50。
每个天线5是感应类型天线。也即，天线阻抗的虚部是不可忽略 的，以使得当天线5收到电子信号时，可产生一瞬逝场。
优选地，所述感应天线阻抗的虛部大于其实部。
例如，其阻抗的虚部比其实部大50倍。
在此所考虑的一个特例中，其阻抗的实部是而其虚部是 100。。
这样，当所述感应天线5接收到一电子信号时，必然会产生一反 应场；因此随后只在所述感应天线的周围产生瞬逝场(与传播波不同，传播波会传播至相对于所述天线5周围较远的距离)。在所述半径R 的范围内，所述金属扩散器7的数量大于10,例如大于20。
例如，这些金属扩散器是简单的导电元件，比如铜线。
众所周知，当这些扩散器接收到来自感应天线5的电磁瞬逝波时， 它们会将该电磁瞬逝波转换成传播波。相反地，当它们接收到电磁传 播波时，这些扩散器7会将所述传播波转换成一瞬逝波。
为了给出一个非限制实施例，图3示出了感应天线5和感应扩散 器7的一个实施例。在这个例子中，例如所述感应天线5包括， 一同 轴电缆，其芯8以及绝缘体12穿过一树脂盘10，该树脂盘的下面有 一与所述同轴电缆的壳9电连接的金属层ll,所述芯8从所述金属盘 10伸出4艮短距离e,例如2mm左右。
优选地，所述距离e小于所述波长入。所述芯8因此可以通过从 所述金属盘IO伸出的很短的一部分，来发射或接收电磁波。
其中，所述金属扩散器7可以是，例如，优质铜线的形式，所有 铜线之间都相互平行的，并与上述芯8平行。这些铜线长度/，例如， 可以为约4到5cm,并且可以被固定至所述盘10，如通过树脂形成所 述盘并包覆这些铜线。
在所述实例中，所述第一阵列1中的天线2是常规天线，同所述 第二阵列4中的天线相比，其间的距离相对较大，但是，所述第一阵 列1当然也可以和所述第二阵列4一致或者相似。
上述描述的所述装置也可以被用在，例如使得所述第一阵列l与 所述第二阵列4的每根天线5进行选择性通讯(即时或者其它形式)。
为此目的，在初始学习步骤中，每根感应天线5被用于连续发射 与脉沖信号相对应的一电,兹波，所述脉冲信号具有，例如10ns的持 续时间。
该电磁波被所述第一阵列1中的不同天线2接收。因此，被所述 天线2接收的信号分别对应于，在所述发射信号的感应天线5与所述 第一阵列的每个天线2之间的脉冲响应hij(t),其中i表示所述反应天线5的索引，且j是表示所述天线2的索引。
需要注意的是，所述脉冲响应hij(t)可以通过不同方法确定，例如， 通过使所述第一阵列的多个天线j发射多个预定信号，通过采集所述第 二阵列的多根天线i上接收到的信号，通过发射在所述第一中央处理单 元处被采集的多个信号(这样的传输可以通过有线，无线通讯或者其他方
式)，并通过处理这些被采集的信号。这类方法在文档WO-A-2004/086557
中已有举例。
所述第一中央处理单元3，然后对这些脉冲响应进行时域反转，以 获得信号hu(-t)。
这个时域反转的步骤的实现，可以参考例如由Lerosey W a/等发表 的论文(Physical Review Letters, May 14, 2004, The American Physical Society, Vol. 92, No. 19， pages 193904-1 to 193904-3)中的相关描述。
因此，如果希望传送信号S(t)至索引为i的多个感应天线5之一， 则所述第一中央处理单元3使索引为j中的每个天线2发射信号 Sj,S,(t)(g)hij(-1)。 ，
需要注意的是，在该方式下，所述第一个中央处理单元3可以以并 行的方式、有选择地传送多个Si(t)信号，分别至索引为h、 i2、 13等的 多 个感应天线5。
在该方式下，在所述聚焦步骤中，对于i的不同取值，所述第一阵 列中的每根天线j被用来发射对应于叠加信号、(t)的波(在索引j中的 每根天线发射所述波之前，将对应于不同感应天线i的信号S"t)相加求和)。
需要注意的是，如果在学习步骤中，通过使每个天线2发射一脉沖 信号来执行初始化学习步骤，以便随后计算在索引为j中的每个天线2 和索引为i的每个天线5之间的脉冲响应hji(t),则所述中央处理单元3 和6之间的双向通信会得到进一步的改善。在该种情况下，所述第二中 央处理单元6也^皮设计成能计算并在内存中存储这些脉冲响应的时域反转函数hj,(-t)。这样，当所述第二中央处理单元6需要发射信号Sj(t)给所 述第一阵列1的天线2j时，它使得索引为i中的所有感应天线5发射信
号， ~/-^。
如上所述，这些信号Sy(t)可以根据不同的j的数值，有选择地叠加， 以使得从所述第一中央处理单元6、以不同的并行消息发送至不同的天 线2。
举例来说，电子装置部件，例如微电脑或之类的设备，可以通过上 述描述的装置，在一间房间或一栋大楼范围里进4亍相互通信，或者在同 一电子装置中的不同电路之间进行相互通信，却不需要在这些电路之间 间存在物理连^妻。
应当指出的是，在通信应用中，上述聚焦方法可由一种基于相互 关联的方法，或一种使用记录的方法以及转换矩阵的倒置来替代，以 便把一信号有选择性地传送给所述感应天线5之一。
而且，本发明还可以用来使电磁波聚集在一个焦点上以实现处理 放在此焦点上的物质的目的。在这样的情况下，可选地，可在所述聚 焦步骤中移除所述感应天线5,但仍然保留所述感应扩散器。
最后，本发明不限于电磁波，还能用来传输超声波。
权利要求
1. 一种用于传送被选定的电磁波或者声波的方法，为了将一个波长为λ的波聚焦在至少一个索引为i的焦点上，所述波由属于第一阵列(1)的索引为j的多根天线(2)所发射，其特征在于，使用至少一个针对所述波的扩散器(7)，所述扩散器接近所述焦点i，所述扩散器和所述焦点之间的距离(R)小于一预定距离，所述预定距离至多等于λ/10。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法至少包括— 一学习步骤，根据所述第一阵列中索引为j的天线(2)和属于第二阵列(4)中位于所述焦点i处的至少一个天线(5)之间交换的信号，确定所述焦点i与所述第一阵列中索引为j的每个天线(2)之间的脉冲响应h,j(t);以及- 一聚焦步骤，通过所述第一阵列中索引为j的天线(2)，发射对应于信号^/0 = &";幅/-G的波，其中Si(t)是时间函数，hu(-t)是所述焦点i与所述索引为j的天线(2)之间的脉冲响应h,j(t)的时间翻转函数，并且在所述聚焦步骤中，在所述焦点i的周围至少存在多个所述扩散器(7)。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述学习步骤中-通过位于所述第二阵列中位于焦点i处的天线(5),发射对应于一预定信号的波；-在所述第一阵列(l)中索引为j的多根天线(2)上，采集由对应于所述预定信号的波所产生的多个信号；以及-根据所采集到的信号，确定在所述焦点i和所述第一阵列中每根索引为j的天线(2)之间的脉冲响应hy(t)。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述聚焦步骤中，在所述焦点i处;^文置所述第二阵列的天线(5),以及在所述被放置的第二阵列的天线(5)和所述第一阵列的索引为j的多根天线(2)之间建立通信。
5. 根据权利要求2~4任一所述的方法，其特征在于，针对多个焦点i执行所述学习步骤，其中所述第二阵列的多个天线被分别放置在所述多个焦点i处，且每一根天线周围都至少有一个所述扩散器，且所述扩散器与对应的所述焦点i之间的距离小于所述预定距离，以及，在所 述聚焦步骤中，所述第 一 阵列中的每 一 天线j发射与信号^川=&,0 ^/-0中至少一个相对应的波，其中i是目标焦点之一的索引。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述聚焦步骤中， 通过所述第一阵列中的每个天线j发射对应于一叠加信号的波，所述叠加信号为对于不同的i得到信号&,0 = &""^/-0的叠加。
7. 根据权利要求5~6任一所述的方法，其特征在于，在所述聚焦 步骤中，所述第二阵列中的多根天线(5)位于所述焦点i处；并且在所述 聚焦步骤中，在所述第一阵列中的索引为j的多根天线(2)与所述第二阵 列的至少特定数量的所述天线(5)之间建立选择性通信。
8. 根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于，使用多个所述 扩散器，优选地，至少为IO个，所述扩散器与所述焦点i之间的距离小 于所述预定距离。
9. 根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述预定距离 (R)至多等于人/50。
10. 根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述波为电 磁波。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述波的频率介于 0.7-50GHz之间。
12. 根据权利要求10 11任一所述的方法，其特征在于，用于所述 焦点处的第二阵列的天线(5)具有一阻抗，该阻抗的虚部比实部大，以便 必然产生一个反应场。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二阵列的天 线(5)的阻抗的虚部比所述实部大50倍。
14. 根据权利要求10~13任一所述的方法，其特征在于，使用多个 金属扩散器。
15. —种用于在至少一个索引为i的点处接收波长为入的电磁波的 装置，该装置包括至少一个用于所述电磁波的金属扩散器(7)，所述金属扩散器与所述点i之间的距离小于一预定距离(R),所述预定距离至多等于入/10，其中x是所述电磁波的波长。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个 扩散器(7),优选地，至少为IO个，所述金属扩散器与所述点i之间的距 离小于所述预定距离(R)。
17. 根据权利要求15 16任一所述的装置，其特征在于，所述预定 距离(R)至多等于X/50。
18. 根据权利要求15 ~ 17所述的装置，其特征在于，在所述点i处， 所述装置包括一属于第二阵列的天线(5)。
19. 根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第二阵列的天 线(5)具有一阻抗，所述阻抗的虚部比实部大，以1更必然产生一瞬逝场。
20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述阻抗的虚部比 所述实部大50倍。
21. 根据权利要求15-20任一所述的装置，其特征在于，所述装置 包括多个属于第一阵列(l)的索引为j的多个天线(2),和用于控制所述第 一阵列的索引为j的多个天线(2)的一电子中央处理单元(3),以使得在所 述第一线阵列中的索引为j的多个天线上发射对应于信号 川=&") /^-0的电磁波，其中S州是一时间函数，hy(-t)是所述点i 和所述第一阵列中的每根天线j之间的脉冲响应hij(t)的时间翻转函数。
22. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述第二阵列包括 位于多个索引为i的点处的多个天线(5),并且所述多个天线被多个金属 扩散器包围，所述多个金属扩散器(7)与对应的点i之间的距离分别小于 所述预定距离；并且所述电子中央处理单元，让所述第一阵列中的每个 天线j(2)发射与信号、")=s/o )中的至少一个相对应的电磁波。
23. 根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述电子中央处理 单元(3),通过所述第一阵列中的每个天线j发射对应于一叠加信号的波, 所述叠加信号为对于不同的i得到信号^(%> = &川@^,-0的叠加。
全文摘要
一种用于聚焦电磁波或声波在一焦点的方法，在所述点附近有一个或多个传播器，所述步骤包括一学习步骤，在所述学习步骤中获得所述聚焦点和网络的每根天线(2)之间的脉冲响应h<sub>ij</sub>(t)聚焦电磁波或声波在一点的方法，该点附近放置一个或多个传播器包括一步骤，其中在所述聚焦点和网络的每根天线(2)之间的脉冲响应h<sub>ij</sub>(t)被确定。然后，通过所述网络中的所述多根天线(2)，发射相对与多个信号S<sub>ji</sub>(t)＝S<sub>i</sub>(t)h<sub>ij</sub>(-t)相应的电磁波可以被从所述网络的所述多根天线(2)发射，式中S<sub>i</sub>(t)是一时间函数，且h<sub>ij</sub>(-t)是所述脉冲响应h<sub>ij</sub>(t)的时域反转函数。
文档编号H04B7/005GK101536347SQ200780033584
公开日2009年9月16日 申请日期2007年7月11日 优先权日2006年7月11日
发明者朱利安·德·拉·郭格·德·罗斯尼, 杰弗罗·莱罗塞, 阿诺·图林, 马蒂亚斯·芬克 申请人:国家科学研究中心