用于定向放大声学信号的开放式腔体系统技术方案

提供了一种用于在传输器和接收器之间传输声学信号的装置。该装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。该装置还包括传输器，该传输器包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列，以用于传输低频电信号；以及与第一回射器相邻的第一电声换能器，以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置进一步包括包含第二回射器的接收器，该第二回射器在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，并且声学信号为导向接收器的波束形式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定向放大声学信号的开放式腔体系统
本公开涉及用于放大声学信号的开放且动态限定的腔体。
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了越来越多的互连设备，例如移动设备、手机、平板电脑(tablet)、智能汽车、可穿戴设备等。这些进步继而为网络运营商和第三方服务提供商在网络设备之间有效地瞄准、通信或以其他方式交换信号提出了新挑战并创造了新机遇。实际上，现代的无线信号传输方法通常必须考虑复杂的条件和动态因素，例如网络流量、通过各种媒介的信号传播、信号传输的频谱/频率限制等。尝试解决这些挑战中的一些的一种方法包括波束成形，更具体地是基于回射器的波束成形和时间反转波束成形。波束成形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。关于用于时间反转波束成形的操作，接收器设备临时传输由传输器设备(例如，波束成形设备)接收到的信号。传输器或波束成形设备在其辐射元件处测量并记录振幅，并进一步将振幅和相位调制应用于传输信号以产生具有先前测量和记录的场振幅的相位共轭信号。包括超声、波束成形在内的常规声学技术使用非常昂贵的换能器的相控阵列，也称为电子扫描阵列(ESA)。ESA使用复杂的控制网络，其定义每个换能器元件的相位，并且还具有用于每个换能器元件的移相器。仍然需要开发较低成本的技术。用于波束成形的技术和结构被公开在于2017年10月2日提交的题为“TimeReversalBeamformingTechniqueswithMetamaterialAntennas”的共同未决的美国申请号15/722,973、于2018年1月11日提交的题为“DiffractiveConcentratorStructures”的美国申请号15/868,215以及于2018年9月4日提交的题为“OpenCavitySystemforDirectedAmplificationofRadioFrequencySignals”的美国申请No.16/120,978中，所述美国申请全部通过引用并入本文。
技术实现思路
在一个实施方案中，提供了一种用于在传输器和接收器之间传输声学信号的装置。该装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。该装置还包括传输器，该传输器包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列以用于传输低频电信号；以及与第一回射器相邻的第一电声换能器以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置进一步包括接收器，该接收器包含在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，声学信号为导向接收器的波束的形式。在一个实施方案中，提供了一种用于在第一端子和第二端子之间交换声学信号的装置。该装置包括第一端子，该第一端子包括用于生成低频电信号的电信号发生器。第一端子还包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列以用于传输低频电信号并接收从第二端子返回的信号。第一端子进一步包括与第一回射器相邻的第一电声换能器以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置还包括第二端子，该第二端子包括第二回射器，其在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列以用于返回所传输的种子信号。在另一实施方案中，提供了一种用于将声学信号传输到匹配的接收器的传输装置。传输装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。传输装置还包括具有回射器的传输器，该回射器在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的阵列以用于传输低频电信号。传输装置进一步包括与回射器相邻的电声换能器以用于将来自传输器的低频电信号转换成通过开放式腔体传播到接收器的声学信号。在又一个实施方案中，提供了一种用于从传输器接收声学信号的接收装置。该装置包括接收器，该接收器包括回射器，其在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的阵列；以及与回射器相邻的电声换能器以用于将通过开放式腔体传播的声学信号转换成接收器接收的低频电信号。在另一实施方案中，提供了一种用于设计包括亚波长元件的阵列的回射器的方法，其中亚波长元件包含至少一种折射材料的体积分布，其中体积分布是使用数值算法计算的。附加的实施方案和特征部分地在随后的描述中阐述，并且对于本领域技术人员而言在查阅说明书后将变得显而易见，或者可以通过实践所公开的主题来获悉。可以通过参考构成本公开的一部分的说明书和附图的其余部分来实现对本公开的本质和优点的理解。附图说明通过参考以下附图和数据图，将更全面地理解本说明书，这些附图和数据图被作为本公开的各种实施方案呈现，并且不应被解释为对本公开的范围的完整叙述，其中：图1是根据本公开的实施方案的用于到目标的信号或功率传输的简化图。图2示出了根据本公开的实施方案的开放式腔体系统，该开放式腔体系统包括在作为传输器的回射器与接收器之间的开放式腔体，以用于放大声学信号。图3示出了根据本公开的实施方案的用于放大声学信号的开放式腔体系统，该开放式腔体系统包括作为传输器的可移动的回射器和作为接收器的可移动的回射器。图4示出了根据本公开的实施方案的包括多径非自由空间传播通道的开放式腔体系统。图5是根据本公开的实施方案的包括一个单元体(unitcell)的开放式腔体系统的等效电路图。图6是根据本公开的实施方案的包括两个或更多个单元体的开放式腔体系统的等效电路图。图7是根据本公开的实施方案的除了偏振器滤波器和循环器之外还包括图5的单元体的开放式腔体系统的等效电路图。图8描绘了根据本公开的实施方案的开放式腔体系统，其包括在传输器和接收器之间的开放式腔体中的反射边界。图9描绘了根据本公开的实施方案的弹性衍射回射器的示例。图10A示出了根据实施方案的由第一回射器和第二回射器形成的具有增益参数0.01和衰减参数0.01的开放式腔体的能量密度分布(与声波强度成比例)的图像。图10B示出了根据实施方案的由第一回射器和第二回射器形成的具有增益参数0.03和衰减参数0.01的开放式腔体的能量密度分布(与声波强度成比例)的图像。图10C示出了根据实施方案的由第一回射器和第二回射器形成的具有增益参数0.228和衰减参数0.01的开放式腔体的能量密度分布(与声波强度成比例)的图像。图10D示出了根据实施方案的由第一回射器和第二回射器形成的具有增益参数0.4625和衰减参数0.01的开放式腔体的能量密度分布(与声波强度成比例)的图像。图11示出了根据本公开的实施方案的具有回射边界的点源。图12示出了根据本公开的实施方案的由图11的回射边界产生的能量密度分布的图像。图13示出了根据本公开的实施方案的包括多个单元体的回射器。具体实施方式结合以下描述的附图，可以通过参考以下详细描述来理解本公开。注意，为了说明清晰起见，各个附图中的某些元件可能未按比例绘制。概述本公开提供了一种开放式腔体系统，其包括开放且动态限定的腔体，该腔体用于放大从开放式腔体的第一端处的传输器向开放式腔体的第二端处的接收器传递的声学信号。第二端与第一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在传输器与接收器之间传输声学信号的装置，所述装置包括：/n用于生成低频电信号的电信号发生器；/n传输器，其包括第一回射器，所述第一回射器在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列，以用于传输所述低频电信号；以及与所述第一回射器相邻的第一电声换能器，以用于将所述低频电信号转换成声学信号；以及/n接收器，其包括第二回射器，所述第二回射器在所述开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，所述声学信号为导向所述接收器的波束形式。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180904 US 16/121,0591.一种用于在传输器与接收器之间传输声学信号的装置，所述装置包括：
用于生成低频电信号的电信号发生器；
传输器，其包括第一回射器，所述第一回射器在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列，以用于传输所述低频电信号；以及与所述第一回射器相邻的第一电声换能器，以用于将所述低频电信号转换成声学信号；以及
接收器，其包括第二回射器，所述第二回射器在所述开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，所述声学信号为导向所述接收器的波束形式。


2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括邻近所述第二回射器的第二电声换能器，以用于将所述声学信号转换成低频电信号。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第一阵列包括回射衍射超表面。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第二阵列包括回射衍射超表面。


5.根据权利要求1或2所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第一阵列包括回射相位共轭超表面。


6.根据权利要求1、2、4或5所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第二阵列包括回射相位共轭超表面。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其进一步包括复合放大器，所述复合放大器包括用于放大来自所述开放式腔体的所述声学信号以形成放大的声学信号的相位保持分布式放大层，其中所述分布式放大层在包括所述第一回射器和所述第二回射器的所述开放式腔体内部或附近。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其中在所述传输器和所述接收器之间的所述开放式腔体包括充气腔体。


9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中在所述传输器和所述接收器之间的所述开放式腔体包括充水腔体。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第一阵列和所述第二阵列中的任一者或两者具有等于或小于所述声学信号的一半波长的平均中心到中心元件间间距。


11.根据权利要求7所述的装置，其中包括所述第一回射器和所述第二回射器以及所述相位保持分布放大层的所述开放式腔体是Q因子至少为10的谐振器。


12.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置，其中亚波长回射元件的所述第一阵列和所述第二阵列中的至少一个是基本上平坦的2D阵列。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中所述接收器包括功率吸收层。


14.一种用于将声学信号传输到匹配的接收器的传输装置，所述传输装置包括：
用于生成低频电信号的电信号发生器；
包括回射器的传输器，所述回射器在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的阵列，以用于传输所述低频电信号；以及
与所述回射器相邻的电声换能器，以用于将来自所述传输器的所述低频电信号转换成通过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅罗斯拉夫·A·乌尔朱莫夫，
申请(专利权)人：埃尔瓦有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US