利用超材料天线的时间反转波束形成技术制造技术

在一个实施方案中，一种源设备包括与天线相关联的一个或多个可调谐元件。所述源设备可操作以基于一系列调谐矢量来调制一个或多个可调谐元件的阻抗，测量每个调谐矢量的参考信号振幅，以及基于每个调谐矢量的所述参考信号振幅来确定参考点阵列的场振幅，所述参考点阵列外接所述源设备的至少一部分。所述源设备能进一步操作以基于所述场振幅来确定限定目标辐射方向图的目标调谐矢量，以及基于所述目标辐射方向图向目标设备发射目标信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用超材料天线的时间反转波束形成技术要求优先权的任何申请均通过引用并入，只要此类主题与本文不矛盾。
本公开总体上涉及无线信号传输，更具体地，涉及利用超材料天线的时间反转波束形成技术。
技术介绍
现代技术、网络连接性、处理能力、便利性等方面的进步支持越来越多的互连设备，例如移动设备、手机、平板电脑、智能汽车、可穿戴设备等。这些进步继而带来了新的挑战，并为网络运营商和第三方服务提供商提供了在联网设备之间有效地瞄准、通信或以其他方式交换信号的新机会。实际上，用于无线信号传输的现代方法必须经常考虑复杂的条件和动态因素，例如网络流量、通过各种媒体的信号传播、信号传输的频谱/频率约束等。尝试解决这些挑战中的一些挑战的一种方法包括波束形成，更具体地是时间反转波束形成。波束形成通常是指在传感器阵列中用于定向信号传输或接收的信号处理技术，时间反转波束形成特别利用了不受非时不变组件(例如EM非线性和直流磁场发生器)“污染”的电磁传播通道的互易性(或时不变)。关于时间反转波束形成的操作，接收设备临时发射由发射设备(例如，波束形成设备)接收的信号。发射设备或波束形成设备在其辐射元件处测量并记录振幅，并且进一步将振幅和相位调制应用于发射信号，以产生先前测量并记录的场振幅的相位共轭信号。尽管诸如有源/无源电子可控阵列(AESA/PESA)之类的常规设备通常包括使振幅测量变得简单的模块化结构，但是超材料组件通常不允许直接访问辐射元件和/或不支持直接的振幅测量。实际上，在许多涉及超材料组件的情况下，(例如，在与泄漏的波导耦合的散射元件的紧密耦合阵列中)没有明确定义的辐射元件。因此，当将超材料组件用于波束形成信号时，出现了许多挑战。专利技术概述源设备可以包括与天线相关联的一个或多个可调谐元件，其中每个可调谐元件可以进一步包括与可变阻抗元件相关联的子波长元件。可以通过一个或多个阻抗控制输入和/或在制造过程中调整一个或多个可变阻抗元件的阻抗。在操作中，源设备可操作以接收参考信号(例如，由目标设备发射)，基于参考信号确定所需的波束形成的信号(例如目标信号)，以及发射波束形成的信号或目标信号到目标设备。在一个示例性实施方案中，源设备可操作以基于一系列调谐矢量来调制一个或多个可调谐元件的阻抗，测量每个调谐矢量的参考信号振幅，以及基于每个调谐矢量的参考信号振幅来确定外接(circumscribe)源设备的至少一部分的参考点阵列的场振幅。源设备可进一步操作以基于场振幅来确定限定目标辐射方向图(targetradiationpattern)的目标调谐矢量，以及基于目标辐射方向图向目标设备发射目标信号。在其他示例性实施方案中，如本文所述，可以采用一种或多种硬件、软件和/或固件解决方案来执行源设备的波束形成技术。例如，计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)可以具有可由处理器执行以基于参考信号形成特定辐射方向图的指令。所执行的操作或方法步骤可以包括确定用于建模天线系统的多个虚拟端口的场振幅(例如，电场振幅)的散射矩阵(S-Matrix)。如本文中更详细地讨论的，这些虚拟端口限定了一表面，其优选地基于每(λ/2)2一个参考点的奈奎斯特采样率外接源设备的至少一部分。所执行的操作可以进一步包括：基于场振幅的S矩阵来确定限定目标辐射方向图的目标调谐矢量，以及基于目标辐射方向图向目标设备发射目标信号。附图说明通过参考以下描述并结合附图，可以更好地理解本文的实施方案，其中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。理解这些附图仅描绘了本公开的示例性实施方案，因此不应被认为是对其范围的限制，通过使用附图，以附加的特征和细节来描述和解释本文的原理，其中：图1示出了示例性通信网络的示意性框图；图2示出了包括源设备和目标设备的示例性网络设备/节点的示意性框图；图3示出了源设备与目标设备之间的通信的示意性框图，显示了目标设备将参考信号发射到源设备；图4示出了图3所示的源设备的天线的示意性框图，显示了天线的超材料组件经调谐以通过一系列调谐矢量来接收参考信号；图5示出了外接图3所示的源设备的天线的至少一部分的参考点或虚拟端口的阵列的示意框图；图6示出了图3所示的源设备的天线的示意性框图，显示了基于目标调谐矢量来调谐天线的超材料组件以生成目标信号；图7示出了图3所示的目标设备和源设备的示意性框图，进一步显示了源设备向目标设备发射目标信号；图8A示出了与图3所示的源设备进行通信的示例性无源目标设备的示意性框图；图8B示出了根据本公开的另一实施方案的包括可调谐介质的示例性源设备的示意性框图；以及图9示出了使用超材料天线，特别是从源设备的角度，进行时间反转波束形成的示例性简化过程。专利技术详述本主题公开描述了用于通过例如超材料设备(例如，超材料天线、可调谐的超材料元件或编码器等)对无线信号进行波束形成的改进技术。注意，本文公开的技术可以用于各种应用中，例如无线通信、加热、无线电力传输、远场定向射束、3D层析成像，RADAR等。尽管本文中更详细地讨论了某些应用，但是这种讨论是出于解释的目的，而不是加以限制。例如，可以在通信网络环境中采用许多上述应用。在这种情况下，通信网络是通过用于在诸如计算机、工作站、移动设备、传感器等的终端节点或终端设备之间传输数据的通信链路和网段互连的设备或节点的地理分布集合。有很多可用的网络类型，范围从局域网(LAN)到广域网(WAN)。LAN通常通过位于同一基本物理位置(例如建筑物或校园)的专用私人通信链路连接节点。另一方面，WAN通常通过远程通信链路连接地理上分散的节点，例如公共运营商电话线、光路(opticallightpath)、同步光网络(SONET)、同步数字体系(SDH)链路，或电力线通信(PLC)，例如IEEE61334、IEEEP1901.2等。此外，移动自组织网络(MANET)是一种无线自组织网络，其通常被认为是通过无线链路(其联合形成一个任意拓扑)连接的移动路由(及相关主机)的自配置网络。智能对象网络，例如传感器网络，特别是具有空间分布的自治设备(例如传感器、致动器等)的特定类型的网络，该自治设备可协作地监视不同位置的物理或环境条件，例如，能源/功率消耗、资源消耗(例如，用于高级计量基础设施或“AMI”应用的水/气/等)温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等。其他类型的智能对象包括执行器，其例如负责打开/关闭发动机或执行任何其他操作。传感器网络作为一种智能对象网络，通常是共享媒体网络，例如无线或PLC网络。也就是说，除了一个或多个传感器之外，传感器网络中的每个传感器设备(节点)通常可以配备有无线电收发器或其他通信端口，例如PLC，微控制器，以及能源，例如电池。通常，智能对象网络被认为是现场局域网(FAN)、邻域网(NAN)等。通常，智能对象节点(例如传感器)的大小和成本约束会导致对资源(例如能源、内存、计算速度和带宽)的相应约束。图1示出了示例性通信网络100的示意性框图，该示例性通信网络100包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：/n基于一系列调谐矢量来调制一个或多个可调谐元件的阻抗，所述一个或多个可调谐元件与源设备上的天线相关联；/n测量每个调谐矢量的参考信号振幅；/n基于每个调谐矢量的所述参考信号振幅，确定外接所述源设备的至少一部分的参考点阵列的场振幅；/n基于所述场振幅来确定限定目标辐射方向图的目标调谐矢量；以及/n基于所述目标辐射方向图来向目标设备发射目标信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171002 US 15/722,9731.一种方法，其包括：
基于一系列调谐矢量来调制一个或多个可调谐元件的阻抗，所述一个或多个可调谐元件与源设备上的天线相关联；
测量每个调谐矢量的参考信号振幅；
基于每个调谐矢量的所述参考信号振幅，确定外接所述源设备的至少一部分的参考点阵列的场振幅；
基于所述场振幅来确定限定目标辐射方向图的目标调谐矢量；以及
基于所述目标辐射方向图来向目标设备发射目标信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
基于所述目标调谐矢量对所述源设备上的所述天线进行调谐，以生成所述目标辐射方向图。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个可调谐元件包括与所述天线可操作地连通的一个或多个超材料散射元件，所述方法还包括：
调整所述一个或多个超材料散射元件的阻抗以调谐所述源设备上的所述天线。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个可调谐元件包括与所述天线可操作地连通的超材料可调谐编码孔，所述方法还包括：
调整所述超材料可调谐编码孔的阻抗以调谐所述源设备上的所述天线。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，发射所述目标信号还包括：
基于所述目标调谐矢量来调谐所述一个或多个可调谐元件以生成所述目标辐射方向图。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，测量每个调谐矢量的所述参考信号振幅还包括：
通过与所述天线相关联的一个或多个天线端口接收参考信号。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标辐射方向图表示所述参考点阵列的所述场振幅的相位共轭。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考点阵列包括一个或多个虚拟端口，其中，确定所述参考点阵列的所述场振幅还包括：
基于与每个调谐矢量关联的散射矩阵(S-Matrix)值，确定所述虚拟端口的复场振幅。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述复场振幅还包括：
根据：



由预定义的导纳矩阵(Y矩阵)和样本调谐矢量来确定S矩阵值。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考点阵列限定表面，该表面基于每(λ/2)2一个参考点的奈奎斯特采样率外接所述天线。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标信号包括无线功率信号、无线通信信号或无线能量束中的至少一种。


12.一种设备，其包括：
包括一个或多个可调谐元件的天线；
耦合到所述天线并适于执行一个或多个过程的处理器；以及
被配置成存储可由所述处理器执行的过程的存储器，该过程在被执行时可操作为：
基于一系列调谐矢量来调制所述一个或多个可调谐元件的阻抗；
测量每个调谐矢量的参...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·阿尼兹，约瑟夫·哈格蒂，拉塞尔·J·汉尼根，盖伊·利普沃思，马修·S·雷诺兹，雅罗斯拉夫·A·乌尔朱莫夫，
申请(专利权)人：希尔莱特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US