特許 7471396 ツェネック表面波発射のための異方性構成パラメータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-11

(45)【発行日】2024-04-19

(54)【発明の名称】ツェネック表面波発射のための異方性構成パラメータ

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/08 20060101AFI20240412BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

H01P5/08 G

H01Q1/38

【請求項の数】 27

(21)【出願番号】P 2022515136

(86)(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-08

(86)【国際出願番号】 US2020063930

(87)【国際公開番号】W WO2021119077

(87)【国際公開日】2021-06-17

【審査請求日】2023-12-07

(31)【優先権主張番号】16/708,048

(32)【優先日】2019-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518080156

【氏名又は名称】シーピージー テクノロジーズ、 エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＣＰＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１１３０ Ｄａｌｅ Ａｃｒｅｓ Ｒｏａｄ， Ｉｔａｌｙ， Ｔｅｘａｓ ７６６５１， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジャン， ビュフォード ランダル

(72)【発明者】

【氏名】リリー， ジェームズ ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ティンリン， ベンジャミン ジェイ．

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４５９２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ １／００－ ３／２０

Ｈ０１Ｐ ５／００－ １１／００

Ｈ０１Ｑ １／００－ ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導表面波装置であって、
発射トランスデューサまたは受信トランスデューサと、
前記発射トランスデューサまたは前記受信トランスデューサの少なくとも一部の周りおよび地上媒体の上方に分配される異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子のアレイと、を含み、ＡＣＰ素子の前記アレイは、
前記地上媒体の上方に配された第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上の線形のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方のある高さに水平レイヤを形成している、誘導表面波装置。

【請求項2】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上の線形のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイである、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項3】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方の前記高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤを含み、ＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤは、
前記水平レイヤ内の前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項4】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方の前記高さで前記水平レイヤを形成している、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項5】

前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上の線形のシリーズのＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子は、画定された距離だけそのシリーズの隣接する素子から分離される、請求項４に記載の誘導表面波装置。

【請求項6】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上の線形のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズを前記ｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイである、請求項４に記載の誘導表面波装置。

【請求項7】

前記発射トランスデューサは、周波数（ｆ_０）の電磁場でＡＣＰ素子の前記アレイを励起し、それによって、前記電磁場を前記地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合するように構成される、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項8】

前記受信トランスデューサは、ＡＣＰ素子の前記アレイを介して周波数（ｆ_０）で前記地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波と結合するように構成され、ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記受信トランスデューサの周りに前記ツェネック表面波からの電磁エネルギを集中させるように構成される、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項9】

ＡＣＰ素子の前記アレイの個々のＲＲＡＡＤ素子は、並列に接続されたキャパシタおよび抵抗を含み、前記キャパシタおよび前記抵抗は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含む、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項10】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含み、前記複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項11】

前記発射トランスデューサまたは前記受信トランスデューサの周りに分配される水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを含み、ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む、請求項１に記載の誘導表面波装置。

【請求項12】

方法であって、
複数の異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子を発射トランスデューサまたは受信トランスデューサの少なくとも一部の周りに提供することと、
地上媒体の上方で前記複数のＡＣＰ素子のアレイを構成することと、を含み、ＡＣＰ素子の前記アレイを構成することは、
第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を前記地上媒体の上方に配することを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上の線形のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方のある高さに水平レイヤを形成している、方法。

【請求項13】

前記発射トランスデューサによって生成された電磁場でＡＣＰ素子の前記アレイを励起し、ＡＣＰ素子の前記アレイが、周波数（ｆ_０）で前記電磁場を前記地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合するように構成されていることと、
前記発射トランスデューサからのエネルギを、ＡＣＰ素子の前記アレイを介して前記地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波に結合することと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

周波数（ｆ_０）で前記地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波からの電磁エネルギを、ＡＣＰ素子の前記アレイを介して集中させることと、
前記ツェネック表面波から前記集中された電磁エネルギから、前記受信トランスデューサを介して電力を抽出することと、
前記抽出された電力の少なくとも一部を負荷に供給することと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上の線形のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイである、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

ＡＣＰ素子の前記アレイを構成することは、前記地上媒体の上方の前記高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの上方に、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤに実質的に平行な第２の水平レイヤに第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を配することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上の線形のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズを前記ｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイである、請求項１２に記載の方法。

【請求項20】

ＡＣＰ素子の前記アレイを構成することは、前記発射トランスデューサまたは前記受信トランスデューサの周りに分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を配することを含み、前記複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方に配され、前記複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項21】

水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを、前記発射トランスデューサまたは前記受信トランスデューサの周りに構成することをさらに含み、ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項22】

誘導表面波システムであって、
発射トランスデューサの少なくとも一部の周りおよび地上媒体の上方に分配される異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子のアレイであって、ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上の線形のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方のある高さで水平レイヤを形成し、ここで、周波数（ｆ_０）で前記発射トランスデューサによって生成された電磁場でのＡＣＰ素子の前記アレイの励起は、前記電磁場を前記地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合する、ＡＣＰ素子の前記アレイと、
前記発射トランスデューサから前記地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波からの電磁エネルギから電力を抽出するように構成された受信トランスデューサと、を含む、誘導表面波システム。

【請求項23】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体より上方の前記高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤを含み、ＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤは、前記水平レイヤ内の前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子よりも上方に配される第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含む、請求項２２に記載の誘導表面波システム。

【請求項24】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方の前記高さで前記水平レイヤを形成している、請求項２２に記載の誘導表面波システム。

【請求項25】

ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含み、前記複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、請求項２２に記載の誘導表面波システム。

【請求項26】

前記発射トランスデューサの周りに分配される水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを含み、ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む、請求項２２に記載の誘導表面波システム。

【請求項27】

前記受信トランスデューサの周りの前記地上媒体の上方に分配されるＡＣＰ素子の第２のアレイを含み、ＡＣＰ素子の前記第２のアレイは、前記受信トランスデューサの周りに前記ツェネック表面波からの電磁エネルギを集中させるように構成され、前記受信トランスデューサは、前記ツェネック表面波から前記集中された電磁エネルギから電力を抽出する、請求項２２に記載の誘導表面波システム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

ヨナタン・ツェネックは、１９０７年にツェネック表面波（ＺＷＳ）の特性の基本理論を最初に発表した。マクスウェルの場の方程式から導かれる波動方程式に対するツェネックの解は、理論数学において、そのような波動の特性と挙動を、指向性の伝播定数と、種々の電気的および磁気的ベクトル場成分間のインピーダンスの関係と、によって正確に記述する。用語“ツェネック表面波”（ＺＳＷ）は、電磁エネルギが、地球と空気となどの損失のある誘電体と無損失の誘電体との間の界面によって、点から点へと、界面に沿って導かれる、波動伝播の固有のモードを指す。電気エネルギの従来の電力線送達は、タワーからタワーまたはポールからポールにまたがる伝送線ワイヤによって誘導される電磁波を介して達成される。放射された電気エネルギは、ラジオ、テレビ、携帯電話などに使われているように、誘導されず、移動するにつれてあらゆる方向に広がり、地球や他の物体の表面に遭遇すると、反射し、複数の方向に屈折する。

【0002】

ＺＳＷは、導体誘導波とアンテナから発射され伝播する波との間のドメインに存在する。具体的には、ＺＳＷは、表面との複素ブリュースター入射角を含む伝播特性を持つ波が地球に衝突するたびに、地球の表面に誘導される電流密度を利用する。よく知られたブリュースター効果は、道路の平面に横たわる水の池、または、鏡から反射が来るように見えるような角度で光が高速道路に当たるときに見られる。ＺＳＷに必要なブリュースター角の“複素の”特徴は、ツェネック表面波を構成する場の成分間に存在する位相関係を指す。

【発明の概要】

【0003】

本開示の態様は、ツェネック表面波（ＺＳＷ）、または、他のタイプの表面波を発射または受信するために使用されうる異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子を含むシステム、方法および装置に関する。特に、１つの態様では、誘導表面波装置は、発射構造または受信構造と、発射構造または受信構造の周りの地上媒体の上方に分配される異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子のアレイと、を含み、ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、地上媒体の上方のある高さに水平レイヤを形成している。１つ以上の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイでありうる。

【0004】

種々の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方のある高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤを含みうる。ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、水平レイヤ内の第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、地上媒体の上方のある高さで水平レイヤを形成している。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子および第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子は、画定された距離だけそのシリーズの隣接する素子から分離されうる。ＡＣＰ素子のアレイは、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイでありうる。

【0005】

いくつかの態様において、発射構造は、周波数（ｆ_０）の電磁場でＡＣＰ素子のアレイを励起し、それによって、電磁場を地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合するように構成されうる。受信構造は、ＡＣＰ素子のアレイを介して周波数（ｆ_０）で地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波と結合するように構成されうり、ＡＣＰ素子のアレイは、受信構造の周りにツェネック表面波からの電磁エネルギを集中させるように構成される。ＡＣＰ素子のアレイの個々のＲＲＡＡＤ素子は、並列に接続されたキャパシタおよび抵抗を含みうり、キャパシタおよび抵抗は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含む。ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含みうり、複数のＶＬＡＡＤ素子は、地上媒体の上方に配され、複数のＶＬＡＡＤ素子は、水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。誘導表面波装置は、発射構造または受信構造の周りに分配される水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを含みうり、ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む。

【0006】

別の態様において、方法は、複数の異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子を発射構造または受信構造の周りに提供することと、地上媒体の上方で複数のＡＣＰ素子のアレイを構成することと、を含み、ＡＣＰ素子のアレイを構成することは、第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を地上媒体の上方に配することを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、地上媒体の上方のある高さに水平レイヤを形成している。１つ以上の態様において、方法は、発射構造によって生成された電磁場でＡＣＰ素子のアレイを励起し、ＡＣＰ素子のアレイが、周波数（ｆ_０）で電磁場を地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合するように構成されていることと、発射構造からのエネルギを、ＡＣＰ素子のアレイを介して地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波に結合することと、を含みうる。方法は、周波数（ｆ_０）で地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波からの電磁エネルギを、ＡＣＰ素子のアレイを介して集中させることと、ツェネック表面波から集中された電磁エネルギから、受信構造を介して電力を抽出することと、抽出された電力の少なくとも一部を負荷に供給することと、を含みうる。

【0007】

種々の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイでありうる。ＡＣＰ素子のアレイを構成することは、地上媒体の上方のある高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの上方に、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤに実質的に平行な第２の水平レイヤに第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を配することを含みうる。第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含みうる。第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含みうる。ＡＣＰ素子のアレイは、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイでありうる。

【0008】

いくつかの態様において、ＡＣＰ素子のアレイを構成することは、発射構造または受信構造の周りに分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を配することを含みうり、複数のＶＬＡＡＤ素子は、地上媒体の上方に配され、複数のＶＬＡＡＤ素子は、水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。方法は、水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを、発射構造または受信構造の周りに構成することを含みうり、ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む。

【0009】

別の態様において、誘導表面波システムは、発射構造の周りの地上媒体の上方に分配される異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子のアレイであって、ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、地上媒体の上方のある高さで水平レイヤを形成し、ここで、周波数（ｆ_０）で発射構造によって生成された電磁場でのＡＣＰ素子のアレイの励起は、電磁場を地上媒体のツェネック表面波モードに実質的にモード整合する、ＡＣＰ素子のアレイと、発射構造から地上媒体に沿って伝播するツェネック表面波からの電磁エネルギから電力を抽出するように構成された受信構造と、を含む。１つ以上の態様において、誘導表面波システムは、受信構造の周りの地上媒体の上方に分配されるＡＣＰ素子の第２のアレイを含みうり、ＡＣＰ素子の第２のアレイは、受信構造の周りにツェネック表面波からの電磁エネルギを集中させるように構成されるように構成され、受信構造は、ツェネック表面波から集中された電磁エネルギから電力を抽出する。

【0010】

種々の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体より上方のある高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤを含みうり、ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、水平レイヤ内の第１の複数のＲＲＡＡＤ素子よりも上方に配される第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含む。ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、地上媒体の上方のある高さで水平レイヤを形成している。ＡＣＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含みうり、複数のＶＬＡＡＤ素子は、地上媒体の上方に配され、複数のＶＬＡＡＤ素子は、水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。いくつかの態様において、誘導表面波システムは、発射構造の周りに分配される水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを含みうり、ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む。

【0011】

本開示の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することによって、当業者には明らか、または、明らかになるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴および利点のすべては、本明細書内に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の請求項によって保護されることが意図される。加えて、記載された実施形態の任意選択的および好ましい特徴および修正のすべては、本明細書で教示される開示のすべての態様において使用可能である。さらに、従属請求項の個々の特徴、ならびに、記載された実施形態の任意選択的および好ましい特徴および修正のすべては、互いに組み合わせ可能であり、交換可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することによって、よりよく理解されうる。図面中のコンポネントは、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点を置いている。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。

【0013】

【図1】図１は、本開示の種々の実施形態による、ツェネック表面波（ＺＳＷ）の伝送に使用される２つの領域を有する伝播界面を示す。

【0014】

【図2A】図２Ａは、本開示の種々の実施形態による、垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子および半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含む異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子の例を示す。

【0015】

【図2B】図２Ｂは、本開示の種々の実施形態による、水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子の例を含む、図２ＡのＡＣＰ素子の例を示す。

【0016】

【図3A】、

【図3B】、

【図3C】図３Ａ～３Ｃは、本開示の種々の実施形態による、異方性構成パラメータ導出および実装形態の幾何学的形状の例を示す。

【0017】

【図4】図４は、本開示の種々の実施形態による、分散されたアレイ素子の円筒座標系の記述を描写する異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）素子の半径方向の配置を示す。

【0018】

【図5】図５は、本開示の種々の実施形態による、半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含むＡＣＰ素子の直交座標配置を示す。

【0019】

【図6A】、

【図6B】図６Ａ～６Ｂは、本開示の種々の実施形態による、素子の奇数および偶数の行および列の場合のＡＣＰ素子の選択されるｘ－ｙグリッド配置をそれぞれ示す。

【0020】

【図6C】図６Ｃは、本開示の種々の実施形態による、ＡＣＰ素子の３次元直交座標配置を示す。

【0021】

【図7】図７は、本開示の種々の実施形態による、ＨＡＡＭＰ素子などのＡＣＰ素子の２次元円筒座標配置を示す。

【0022】

【図8A】、

【図8B】図８Ａおよび８Ｂは、本開示の種々の実施形態による、ＲＲＡＡＤ素子の抵抗値を変化させる効果を示す、表面波の位相と振幅の測定値との、導電率選択設定（シグマインデックス）に対するプロットである。

【0023】

【図9】図９Ａおよび９Ｂは、本開示の種々の実施形態による、従来の受信機によるモノポールアンテナを使用する単純な受信構造と、ＡＣＰ素子（ＶＬＡＡＤおよびＨＡＡＭＰ）を使用して受信構造の周りに信号を集中させる受信構造と、のシミュレーション結果の比較を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本明細書の開示は、ツェネック表面波（ＺＳＷ）、または、他のタイプの表面波を発射または受信するために使用されうる異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）システムを形成するためのＡＣＰ素子に関連する種々の例である。ＺＳＷは、本開示の文脈において、放射なしで、例えば、空気と地球となどの２つの媒体間の急峻な界面によって誘導され、束縛される表面波である。界面自体は、損失のある誘電体、無損失の誘電体、または、その両方の組み合わせ（例えば、空気と、地上媒体または地球と、の複素電気特性）などの境界媒体の電気特性の間に見られる不連続性の観点から定義されうる。他の表面波の例は、一般に異方性誘電体と等方性誘電体との間の界面を伝播するＤｙａｋｏｎｏｖ波、または、低損失誘電体の薄層でコーティングされた金属表面を伝播するＳｏｍｍｅｒｆｅｌｄ－Ｇｏｕｂａｕ波を含むが、これらに限定されない。これらの表面波は、放射せずに表面を伝播するが、その違いは、界面を構成する物質の特性にある（例えば、一方の媒体が無損失材料であり、他方の媒体が損失性の誘電体である）。次に、図面に示されるような実施形態の説明を詳細に参照し、ここで、同様の参照番号は、いくつかの図全体にわたって同様の部分を示す。

【0025】

ＺＳＷの第１の場の成分は、円筒形ＺＳＷ発射構造を取り囲む時間変化する横方向磁場である。マクスウェルの方程式によれば、典型的にはシンボルＨ_φによって示される。この時間変化する磁場は、磁場に垂直なあらゆる場所に時間変化する電場を生成する。２つの電場が生成される。Ｅ_ｚと呼ばれる１つの場は、界面（例えば、地球）の表面に対して垂直な方向を指す。Ｅ_ρで示されるはるかに小さな第２の場は、ＺＳＷの半径方向の進行方向を指す。界面（または誘導）の表面（例えば、地球の表面）に沿って点から点へ移動する電力は、Ｅ_ｚおよびＨ_φによって運ばれる。Ｅ_ρは、Ｅ_ｚよりはるかに小さくても、正しいＥ_ρを確立することは、ＺＳＷを発射するために重要である。ＺＳＷを発射するためのＥ_ρが得られると、波のエネルギは、表面から離れて空間に放射されるのではなく、（例えば、地球の）誘導表面の輪郭に従う。

【0026】

ＺＳＷを支持することができる誘導表面に沿ってエネルギ伝達が可能である。損失のある、および／または、無損失の誘電体界面は、ＺＳＷを支持するために使用されうり、界面の幾何学的形状（矩形状、球形状、円盤形状などかどうか）に関わらず、定在波は、その特定の誘導表面上で得られる効率的な電力伝達のために確立される。グローバルスケールでの効率的な電力伝送のために、ＺＳＷは完全に世界をまたぐことができる。グローバルなカバーを得るために、ＺＳＷの周波数は、低キロヘルツ（ｋＨｚ）周波数レンジ、典型的には１０ｋＨｚ以下である。この低い周波数は、波が地球の表面に沿って進むときに受ける減衰の量によって駆動される。より高い周波数では、減衰係数は非常に大きくなりうり、受信機によって捕捉されないＺＳＷに投入されたエネルギのすべてが地球によって吸収される。より低い周波数では、地球内の熱に起因して失われるエネルギの量の非常に少ないグローバルな定在波が確立されうり、受信機または受信構造は、必要が生じたときおよび必要が生じた場所で、定在波からエネルギを抽出することができる。誘電体界面の導電率および誘電率の値が、周囲のデザインではなく設計者が特定することができるデザインされた誘導表面の場合、減衰量は、誘導表面のデザインによって低減または最小化されうる。

【0027】

ＺＳＷのための発射構造は、アンテナではなく、むしろ、地球または他の適切な損失のある、および／または、無損失の界面と接触し、そのすぐ上にある例えば空気などの誘導表面にエネルギ源を接続する結合プローブである。結合プローブのサイズは動作周波数に依存するが、アンテナが同じレベルの電力を自由空間で同じ効率で伝送するようにデザインされていれば、均等放射アンテナよりはるかに小さくなるであろう。このようなアンテナから放射されるエネルギは、さらにすべての方向に分散され、大部分は、地球上に位置する受信機による捕捉のために利用できないであろう。小さなサイズ、制御された分散、低減衰、および、効率的な動作は、エネルギ、および／または、情報を地球のような損失のある誘電体の表面（または、実効近接内）で、ある点から別の点へ移動させる広範囲の用途にとって魅力的なものにする、ＺＳＷシステムのすべての特徴である。ＡＣＰ構造が使用される場合、放射アンテナまたは結合プローブのサイズは、アンテナまたは結合プローブの性能を保持しながら、さらに小さくすることができる。

【0028】

入射波が領域２と領域１と（例えば、空気と地球と）の間の境界に出会う、図１に示すような境界条件を考えることから始める。放射がないという条件は、入射波の反射が起こらないことを意味し、すなわち、境界の表面での反射係数はゼロである、Γ_ｓ＝０。ＺＳＷは、地球に入射する垂直偏波の横方向磁波（ＴＭ波）の反射係数がゼロ（または実質的にゼロ）のときに得られうる。ここでは絶対数が示されているが、記載された値にほぼ等しい数は所望の効果を提供するのに十分でありうることを理解されたい。

【0029】

ＺＳＷの伝播特性は、入射平面波を考慮することによって導くことができる。入射波は、入射場の伝播定数ベクトル（γ）と、境界面に対する法線（ｚ）とによって定義される、入射面に存在する電場（Ｅ^→）を含む。加えて、磁場（Ｈ^→）は、入射面（Ｅ^→に垂直）の外に延び、波面が不均質な平面波である場合、横方向磁波（ＴＭ波）を提供する。伝播定数ベクトルと法線との間の角度が、入射角（θ_ｉ）または入射の角度である。伝播定数ベクトルの長さ（または大きさ）は、媒体の特性によって制御される。例えば、境界のない空気中では、γ＝γ_０＝ｊω√（μ_０ε_０）となり、固有インピーダンスは、η_０＝√（μ_０／ε_０）で与えられ、ここで、ωは、周波数をｆとして２πｆに等しく、μ_０は自由空間の透磁率、ε_０は自由空間の誘電率である。ＺＳＷのような誘導波では、例えば、空気と地球との間の界面に誘導境界が存在するため、伝播定数とインピーダンスとが修正される。ＺＳＷはΓ_ＴＭ＿ｓ＝０であるため、反射波はなく、透過波は屈折角（θ_ｒ）または屈折の角度で、境界表面の下を伝播する。この条件を得るために、領域２における入射波の性質は、波が不均一な特性を有するようなものである。このような波は、垂直（ｚ）方向の電場と位相がずれている水平方向（ρ）の電場の成分を有する。

【0030】

領域１が地球の場合、μ＝μ_０、ε＝ε_０（ε_ｒ－ｊσ／ωε_０）であり、ここでε_ｒは比誘電率、σは地球の導電率である。エネルギ蓄積部を表す実部と、エネルギ損失部を表す虚部と、を含む、κ＝ε_ｒ－ｊσ／ωε_０を定義する。したがって、地球では、非拘束波動伝播定数の値はγ_ｅ＝γ_０κ^１／２であり、地球の固有インピーダンスは、η_ｅ＝η_０／κ^１／２である。

【0031】

電気的に異質の材料の間の界面に入射する波の電場と磁場とに課される条件は、２つの基本的な関係で表されうる。第１に、電場ベクトルおよび磁場ベクトルの両方の接線成分は、界面における２つの媒体のそれぞれにおいて常に等しい。この境界条件は、Ｅ^→とＨ^→とに対するマクスウェルのカール方程式の積分形から導出され、ここで、Ｅ^→は電場ベクトルであり、Ｈ^→は磁場ベクトルである。

【0032】

第２の基本的な関係は、図１に示すように、界面に平行な方向の複素波動伝播定数のベクトル投影値が、境界の両側で正確に一致する（すなわち、γ_ｔ２＝γ_ｔ１）ということであり、ここで、γ_ｔ２＝γ_０ｓｉｎθ_ｉ、γ_ｔ１＝γ_ｅｓｉｎθ_ｒである。この第２の条件は、すべての位置、すべての時間において、場整合境界条件が満たされているという事実の結果である。この関係を満たすには、どちらの媒体でも境界と平行に進む伝播成分を持つ波は、同じ位相速度で進み、位置の関数として全く同じように振幅が減衰する。いかなるタイプのすべての波は、常に、これらの２つの基本的な制約に従う。

【0033】

ＺＳＷを得るために、領域１および領域２の固有インピーダンスの垂直投影は同じである。換言すると、Ｈ^→に垂直かつ境界表面に平行な電界Ｅ^→の射影（すなわち、ρ方向を向いている電界の部分、Ｅ_ρ）は、表面インピーダンスη_ｓを形成する。領域２において、η_ｓ＝η_０ｃｏｓθ_ｉ。領域１において、η_ｓ＝η_ｅｃｏｓθ_ｒ。したがって、反射係数は、次のように表わせうる：

【数1】

ＺＳＷを得るために、Γ_ＴＭ＿ｓ＝０（または、実質的にゼロ）とする。境界でのベクトル投影をγ_ｔ２＝γ_ｔ１とすると、γ_０ｓｉｎθ_ｉ＝γ_ｅｓｉｎθ_ｒとなる。この等式を用い、空気と地球との投影インピーダンスをκ＝ε_ｒ－ｊσ／ωε_０とすると、次の関係が得られる：

【数2】

【数3】

入射角（θ_ｉ）と屈折角（θ_ｒ）との和が、９０度（θ_ｉ＋θ_ｒ＝９０°）であることに注意されたい。例えば、地球の固有インピーダンスη_ｅの投影は複素数であるため、Γ_ＴＭ＿ｓ＝０を得るために、固有インピーダンスη_０の投影も複素数になる。したがって、θ_ｉ＝θ_{ｉ ｒｅａｌ}－ｊθ_{ｉ ｉｍａｇｉｎａｒｙ}と、θ_ｒ＝θ_{ｒ ｒｅａｌ}＋ｊθ_{ｒ ｉｍａｇｉｎａｒｙ}と、がある。虚数成分は等しく（θ_{ｉ ｉｍａｇｉｎａｒｙ}＝θ_{ｒ ｉｍａｇｉｎａｒｙ}）、逆符号であり、実数成分の和は、９０度（θ_{ｉ ｒｅａｌ}＋θ_{ｒ ｒｅａｌ}＝９０°）である。

【0034】

円筒座標で記述された波について考える。例えば、空気および地球のＥ_ρの値を得るためには、Ｈ_φが知られている場合、Ｈ_φを、各媒体におけるインピーダンス、すなわち、境界に垂直な方向のインピーダンスの余弦投影によって乗算して、以下を得る

【数4】

【数5】

ここで、η_０は真空の固有インピーダンスである。Ｅ_ρとＨ_φとは、境界を越えて連続的（すなわち、等しい）ため、この結果は満足される。

【0035】

同様の手順で、角度の正弦に従って投影を行うと、境界の両側のＥｚの値が得られる：

【数6】

この関係は、また、電束密度Ｄｚが境界を越えて連続しているという代替的な表現であるという点で、満足のいく結果である。領域２の場は、例えば、空気の複素ブリュースター角の値に支配されているのに対し、領域１の場は、例えば、地球のその値の補数に支配されていることに注意されたい。領域１および／または領域２に異なる材料が存在する場合、材料の特性は、方程式（４）～（６ｂ）の項に影響を与える。

【0036】

円筒形ＺＳＷについて、上述した波動インピーダンスの値には、さらなる見解がある。Ｅ_ρとＨ_φとの場成分について、Ｅ_ρとＨ_φとの両方に対する波動方程式の解は、ρ方向に同じハンケル関数依存性を持ち、±ｚ方向には同じ複素指数依存性を持っている。その結果、ツェネック表面波の場の垂直伝播成分の波動インピーダンスは、半径方向または垂直方向の位置に依存しない。水平方向の伝播を構成する場の成分の波動インピーダンスは、ハンケル関数の微分とその未微分値との比によって制御されるため、ρ方向の原点からの距離の関数になる。方程式（６ａ）および方程式（６ｂ）によって与えられる関係は、ハンケル関数とそのρに関する導関数の大引数の漸近値に対するものである。

【0037】

境界整合関係は、ｚ方向およびρ方向に異方性として記述されうる領域２（例えば、空気）における場の挙動および波動伝播定数に制約を課す。換言すると、複素波動インピーダンスとこれら２方向の伝播定数とは異なる。一度、表面波が発射されると、誘導表面（例えば、地球）に生成される電流密度は、これらの異方性の波の誘導条件が満たすことを保証し続ける。領域１（例えば、地球）におけるこれらの電流は、複素ブリュースター角で界面に衝突する領域２（例えば、空気）において後方進行波を連続的に発射するアパーチャを形成すると考えることができる。しかしながら、発射構造は、発射構造に印加される電磁エネルギによって適切な電流密度が生成されるように、領域２（例えば、空気）の波動成分の間に、この異方的なインピーダンス関係を作成しうる。換言すると、インピーダンスおよび伝播定数の投影は、領域１（例えば、地球）に効果的にモード整合するように発射構造によって領域２（例えば、空気）に“人工的に”作成され、ＺＳＷを作成する。

【0038】

この異方性インピーダンス条件は、領域２（例えば、空気）に異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）を作成することによって得られうる。インピーダンス条件を“人工的に”調整（または、合成）するために、分極可能なコンポネントが、境界の表面の上方に導入されうり、入射角θ_ｉを制御する。これらのＡＣＰ素子は、所望の条件を得るために、図２Ａに示されるように、境界表面に垂直方向（ｚ）および／または境界表面に沿ったまたは平行な水平方向（ρ）に導入されうる。垂直配向ＡＣＰ素子を用いて、誘電率は、境界表面に垂直な垂直方向（ｚ）で変えられうり、ρ方向のインピーダンスとρ方向の伝播定数とに影響を与える。水平配向ＡＣＰ素子を用いて、ｚ方向のインピーダンスおよびｚ方向の伝播定数とは、影響を及ぼされうる。垂直および／または水平方向（ｚおよび／またはρ）に配向されたＡＣＰ素子を調整することによって、入射角θ_ｉは、変えられうる。垂直および水平配向ＡＣＰ素子の組合せを制御することによって、垂直および水平方向（ｚおよびρ）の伝播定数を独立に制御することができる。図２Ａの例では、垂直配向ＡＣＰ素子が、垂直無損失人工異方誘電性のためのＶＬＡＡＤとして識別され、水平配向ＡＣＰ素子は、半径方向抵抗性人工異方誘電性のためのＲＲＡＡＤとして識別される。いくつかの用途では、特に、ＶＬＡＡＤ素子が領域１（例えば、地球）の比誘電率よりも高い比誘電率を有するように選択される場合、ＲＲＡＡＤ素子も、無損失であってもよい。

【0039】

図２Ｂに示されるように、ρ方向の伝播定数をさらに修正し、ρ方向インピーダンスを領域２（例えば、空気）の固有インピーダンスに整合させるために、追加の水平φ方向磁場エネルギ貯蔵素子が使用されうる。これらの素子は、磁場強度と相互作用し、磁場から結合したエネルギを貯蔵するため、それらは、φ方向の実効透磁率を増加させうる。したがって、それらは、水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子として識別される。

【0040】

ＡＣＰは、従来の電気部品、自然の異方性材料、または、ＡＣＰのボリューム内でｚおよびρ方向に観察される波動インピーダンスが明らかに異なるように幾何学的に配された他の設計された異方性材料（例えば、バルク異方性効果をもたらすように配された等方性材料）を使用して製造されうる。ＨＡＡＭＰ素子は、φ方向のみに所望の効果を与えるように、集中定数素子の電気コンポネント（または、自然に、または、設計された異方性材料）を使用して同様に構成されうる。ＡＣＰは、また、“人工的”（又は合成された）誘電率および導電率の素子を実現する他の方法を利用することもできる。例えば、マトリクス内の導電性インクルージョン（例えば、プリント回路構成）またはバルク誘電体が、所望の異方性を提供するように構成されうる。これらの実装形態は、集中定数素子の使用が実現可能でない可能性がある、より高い周波数の用途において有益でありうる。領域２（例えば、空気）の異方性のボリューム内にｚ方向の所望の波動インピーダンス特性を生成するために、分極可能なコンポネントは、長尺のワイヤ、ロッド、または、プレートによって製造された単位セルを含み、ρ方向に配されうる。これらの分極可能なコンポネントは、伝播波の波長よりもはるかに短く（例えば、０．２５λ未満、０．１λ未満、または、それよりもより短い）、周期的（またはおそらく疎な）アレイに分散されてグリッド状構造を形成するセルを形成する、集中定数または分布定数の抵抗素子および容量素子に直列に接続されうる。このような分極分布特性を有するグリッド状構造は、単位セルのそれぞれの分極率によって複素誘電率の値が支配される均質な誘電材料として電気的に振る舞うことになる。ツェネック表面波（ＺＳＷ）を効果的に発射するために、人工的に生成された（または合成された）誘電率値（ρ方向）の実部が、領域１（例えば、地球）の表面有効誘電率の局所値に対応するように（または等しく）調整され、損失特性を生成する人工的に生成された誘電率値の虚部が、領域１（例えば、地球）の有効損失特性の局所値に対応する（または、等しい）ように調整される。

【0041】

集中定数素子が、ある方向に配向されたワイヤに沿って直列に配置される場合、その集中定数素子は、ワイヤに平行な電場が存在するときに、それを横切って配置された電圧のみを有することになる。３本のワイヤを互いに直交して配置し、これらのワイヤに沿って集中定数コンポネントを平行に配置することによって、集中定数コンポネントに接続されたワイヤによってまたがられた空間において、所与の領域に対して有効なＲ、ＬおよびＣを確立することが可能である。空間内のこの領域が波長に対して小さい（例えば、０．２５λ未満、０．１λ未満、または、それより小さい）場合、Ｒ、ＬおよびＣの特性は、その小さいボリュームについてεおよびσに等しい。直列の集中定数コンポネントを持つ直交ワイヤを用いることによって得られる重要な利点は、異なるεおよびσを各方向に合成できることである。電場に結合する直列接続されたワイヤと共にインダクタンスを使用する場合、インダクタンスは、負の値を有する実効電気誘電率を生成する。相互接続ワイヤ自体は、実効インダクタンス特性および／またはワイヤ間の相互キャパシタンスを有しうり、これは、ＲＲＡＡＤ素子またはＶＬＡＡＤ素子のデザインにおいて補償することができる。

【0042】

円筒構造の場合、有限の高さ（Δｚ）の円筒のセクションである領域、例えば、図３Ａに例示されているような、角度（Δφ）を有するくさびのセクションを考える。ここで、図３Ａに示される斜線のボリュームを単位セルとして考える。下限において、このボリュームは、寸法Δρ×Δｚ×ｄ_φの辺を有する直方体として表すことができ、ここで、ｄ_φ＝ρΔφである。図３Ａの単位セル内に異方性の誘電率を有する“人工的な”誘電体（ＡＤ）は、図３Ｂに示されるように、ワイヤおよび集中定数素子（例えば、キャパシタ）を配置することによって得られうる。図３Ｂに示される配置では、３方向（Ｃ_ｚ、Ｃ_ρ、Ｃ_φ）のそれぞれに、キャパシタが示されている。

【0043】

ここで、［ε_ｒｘ、ε_ｒｙ、ε_ｒｚ］によって与えられる誘電率ε_ｒ ^→および［σ_ｘ、σ_ｙ、σ_ｚ］によって与えられる導電率σ^→を有する異方性均質誘電体で満たされた、寸法Δｘ×Δｙ×Δｚを有する、図３Ｂの矩形単位セルを考える。図３Ｃに示されるように、均質誘電体は、例えば、図３Ｃに示されるワイヤ、キャパシタおよび抵抗の組合せをボリューム内に配置することによって、ＡＤに置き換えられうる。キャパシタおよび抵抗の種々の組み合わせが、ＡＤを提供するために使用されうるが、図３Ｃには、説明および明確化のために、並列の抵抗／キャパシタ（Ｒ_ｙおよびＣ_ｙ）を有する１組のワイヤのみが示されている。並列のＲおよびＣを有する同様のワイヤのセットが、図３Ｂに示される他の配向（ｘおよびｚ）のために配されうる。抵抗およびキャパシタは、可変で制御可能でありうる。例えば、抵抗およびキャパシタは、ＡＣＰ特性の調整を可能にするためにスイッチングされるかまたは選択可能な素子でありうる。天然に存在する異方性材料、または、例えば、バルク異方性効果を生成するように配された等方性材料のような設計された異方性材料もまた、所望の効果を生成するために使用されうる。単位セルの特性は、以下のように記述されうる。

【0044】

プレート間に比誘電率ε_ｒの材料を有し、同じプレート面積Ａおよびプレート間隔ｄの平行プレートキャパシタの場合、静電容量は次式で与えられる：

【数7】

長さａの辺を持つ空間の立方体を選択して合成誘電率を与えた場合、この式は次のようになる：

【数8】

この誘電率は、指向性があり、キャパシタに取り付けられたワイヤに平行なＥ場だけが、このキャパシタの影響を受けることに注意されたい。特定の方向の単一周波数で負の誘電率を得するために、インダクタが、リアクタンス（容量性リアクタンスの符号が反対）を得するために使用されうることに注意されたい。

【0045】

導電率の関係を導くために、抵抗率ρ_Ｒ、長さｌ、面積Ａの抵抗を考える。この抵抗器の抵抗は、次式を用いて計算することができる：

【数9】

前の計算と同じ辺長ａの立方体が使用される場合、この式は次のようになる：

【数10】

ここでも、この導電率（σ）は、抵抗に接続されたワイヤに平行な場（または場成分）によってのみ影響を受けることになる。

【0046】

同様のプロセスに従って、所望の異方性の透磁率を生成することが可能になる。“人工的な”透磁率セルは、関心のあるゾーン内の磁場と相互作用するように構造化されうる。磁場との相互作用は、導体の長さではなく、導体（例えば、インダクタ）のループによって得られうる。ループは、ループのエリアが磁場に対して垂直（または、実質的に垂直）であるように配され、磁場はＺＳＷの場合、場Ｈ_φである。

【0047】

“人工的な”透磁率素子は、磁場から取り出されるエネルギを貯蔵する。このエネルギ貯蔵プロセスは、発射構造の周りのφ方向の閉路に沿って集中定数素子のインダクタをアレイ化することによって得られうる。インダクタまたは断面積Ａ_Ｌを有する導体のＮターンループは、閉ループ導体素子のアレイを形成するように配されうる。いくつかの実装形態において、エネルギ貯蔵素子は、ループのエリアがＨ_φに対して垂直（または、実質的に垂直）になるように、発射構造の周りにアレイ化された閉ループ導体素子の回路を完成させるために使用される、集中定数素子のキャパシタを含みうる。これらの素子に対する式の導出は、ここでは示されていないが、それらは、導電率と誘電率とを導出するために使用されるプロセスの適用によって決定されうる。その結果、“人工的な”透磁率μ_ｒを得るために得られるインダクタンスの式は、次のようになる：

【数11】

実効インダクタンス素子を生成するために使用されるＮ_ｔターンループの回路を完成させうる集中定数素子のキャパシタＣ_Ｌの値は、次のように与えられる：

【数12】

単位セルの面積Ａおよび間隔ｄは、方程式（７）～（１０）に対して上述したＡＣＰ素子について選択された値と同じである。他のセル面積および間隔も可能であり、集中定数素子コンポネントに対して異なる値を生じる。ＡＣＰセルの場合について、セルが長さａの辺を持つ空間の立方体であれば、Ｃ_Ｌは、次のようになる：

【数13】

負の値は、考慮された集中定数素子タイプの共振条件よりも上または下の動作を選択することによって得られうる。

【0048】

上に提示した直列のＲ、ＬおよびＣ値に基づくμ、εおよびσの関係は、直交座標系を仮定し、さらに離散化ボリューム（または、単位セル）を立方体とすることによって、プロセスを簡単化したものである。他の矩形の離散化ボリュームが使用されうり、それに応じてＲ、ＬおよびＣの導出が更新される。単位セルが立方体であるように選択される場合、そのセル内のＨＡＡＭＰ素子は、ｘおよびｙ方向の２つの直交ループからなる。ＺＳＷにはＨ_φ成分しかないため、磁場は、所望の効果に応じて２つのループと相互作用する。直交座標に対するＲ、ＬおよびＣの計算に使用されるのと同じプロセスが、必要に応じて他の座標系に適用されうる。

【0049】

ここで、入射波にエネルギを伝送することができる、主に垂直電流を有する発射構造（例えば、スタブアンテナ、負荷モノポール、または、他の適切な高電流プローブ構造、または、トランスデューサ）を考える。発射構造から境界に沿ったＺＳＷの制御されない進行ゾーンに遷移するゾーンにおいて、エネルギ源によって発射構造に伝送されるエネルギは、局所的に貯蔵された部分と、回路素子損失部分と、移動部分と、を含む。回路素子損失部分は、種々の発射プローブのコンポネント内で熱に変換されるエネルギおよびρ方向の分極可能な素子内で生成される熱のエネルギのすべてを含む。移動部分は、地球内で熱として失われる小さな一部と、ＺＳＷの特性による表面に沿って伝播する大きな一部と、を含むエネルギである。

【0050】

図４に示されるように、ρ方向ＡＣＰ素子４０３の最も実際的な配置は、それらを電流構造（発射構造）４０６から外側に向かって半径方向に延びるように整列させ、発射構造の垂直中心に原点を有する円筒座標系に従ってφ方向に均一な角度でそれらを移動させることである。この円筒配置の下では、個々のＡＣＰ素子４０３の分極特性は、単位ボリューム当たりの平均のρ方向の分極が一定に保たれるように、半径方向距離の増加とともに値は増加する。他の実装形態では、φ方向の辺の長さは半径が増加することにつれて短くすることができる。この場合、ＡＣＰシステムは、半径が増加することにつれて、各シェルがφ方向により多くのセグメントを有する円筒シェル内に配置されうる。

【0051】

半径方向距離の増加に伴う分極特性は、種々の方法で増加させることができる。例えば、ＲＲＡＡＤ素子を含むＡＣＰ素子４０３の集中定数素子のエネルギ貯蔵キャパシタ間の半径方向の間隔が図４に示されるように一定（例えば、波長の１／１０未満）に保たれる場合、キャパシタのサイズは、電流構造（発射構造）４０６からの距離に比例して増加されうる。他の実装形態では、キャパシタ値が一定に保持される場合、キャパシタ間の間隔は、プローブからの半径が増加することにつれて増加されうる。エネルギ損失コンダクタンスを得るための修正は、同じ挙動を示す。領域１（例えば、地球）内の材料の導電特性に整合するために使用されるため、分極可能なコンポネントに使用される集中定数素子の抵抗は、コンダクタンスの特性の逆数に従って利用されることに注意されたい。

【0052】

ρ方向ＡＣＰ素子４０３は、ＺＳＷの垂直方向に伝播する成分に対する波動インピーダンスが界面の上方のある高さまで延びるように、垂直方向（ｚ）に積層されてもよい。ＡＣＰ素子（例えば、ＲＲＡＡＤ素子）４０３のレイヤは、その垂直の範囲に沿って発射構造から良好な結合を保証するのに十分な高さまで垂直に積層されうる。

【0053】

異なる発射構造の構成が、ＺＳＷモードへの伝播波の結合に利用されうる。ρ方向ＡＣＰ素子の垂直方向の広がりは、各発射構造のサイズおよび形状および発射特性に適合するように調整されうる。ρ方向ＡＣＰ素子の配置の半径方向の広がりは、発射構造の大きさおよび形状およびに発射特性にも依存する。ＡＣＰ素子のアレイの全体的なサイズは、発射構造から結合されるエネルギのできるだけ多くを取り込むことと、例えば、発射構造の周囲の利用可能なスペースに適合し、および／または、アレイのコストを所定の限度内に維持するなどのアレイのサイズ制限と、の間のトレードオフによって支配されることになる。

【0054】

ＺＳＷは電場のφ方向成分を有さないため、領域２（例えば、空気）の投影インピーダンス成分が領域１（例えば、地球）のそれと一致するように、所望の異方性の誘電率特性を生成するために、ＡＣＰ素子（例えば、ＲＲＡＡＤ素子）の矩形アレイを使用することが可能である。ＲＲＡＡＤ素子のｘ－ｙグリッドは、電場のＥ_ρ成分に対して、放射状に向けられたアレイと同じ効果を得ることができ、ＲＲＡＡＤ素子自体は、発射構造からの距離によって変化する必要はない。図５は、ｘ－ｙ面内にグリッドパターンで分配されたＲＲＡＡＤ素子を含むＡＣＰ素子４０３のアレイを有するネットワークトポロジの例を示す。集中定数コンポネントの値の全ては、グリッド実装のために等しくすることができる。ｘ－ｙグリッドの欠点は、より多くのエネルギ貯蔵集中定数素子およびエネルギ損失集中定数素子のコンポネントが使用されることである。

【0055】

図５から分かるように、アレイの各単位セル５０３は、電気的に接続されていないｘ方向およびｙ方向のＲＲＡＡＤ素子（抵抗およびキャパシタ）を含み、これらは独立した分極を提供する。この素子の組合せの二重分極は、ｘ配向およびｙ配向のＲＲＡＡＤ素子が半径方向ＲＲＡＡＤ素子と等価であるように、Ｅ_ｘおよびＥ_ｙに等しく影響を与えうる。二重分極ＲＲＡＡＤ素子は、水平配向ＡＣＰ素子４０３のアレイを提供するために、１つ以上のレイヤに分配されうる。図６Ａは、ｘ－ｙ交差点に位置する二重分極ＲＲＡＡＤ素子を有する１１×１１グリッドのワイヤの単一レイヤの例を示す。アレイ内のセルの間隔は、励起周波数における波長（λ_０）の分数に基づきうる。例えば、アレイの間隔の寸法は、Δｘ＝Δｙ＝λ_０／１０であってもよく、または、ＲＲＡＡＤ素子間の間隔が、≦λ_０／１０であってもよい。図６Ａの例では、アレイは、λ_０×λ_０の全体の寸法を有するＡＣＰ素子４０３の電気的に矩形なＡＣＰレイヤを提供する。発射構造についてのすべての方向でＡＣＰ整合を提供するために、中央のＲＲＡＡＤ素子（丸で囲まれる）および４本の接続ワイヤがアレイの中央６０３から取り外され、発射構造に置き換えられてもよい。図６Ａのアレイは、同様に、受信構造について分配させることができる。アレイの周囲に沿ったＲＲＡＡＤ素子は、接続ワイヤのｘ方向およびｙ方向に基づいて、１つの分極（場方向）のみに影響を与える。角のＲＲＡＡＤ素子は、各方向に１本のみのワイヤに接続されているため、図のように取り外すことができる。

【0056】

図６Ｂは、ｘ－ｙ交差点に位置する二重分極ＲＲＡＡＤ素子を有する１０×１０グリッドのワイヤの単一レイヤの別の例を示す。アレイ内の単位セル５０３の間隔は、励起周波数における波長（λ_０）の分数に基づきうる。例えば、アレイの間隔の寸法は、Δｘ＝Δｙ＝λ_０／１０であってもよく、または、ＲＲＡＡＤ素子間の間隔が、≦λ_０／１０であってもよい。半分の長さのワイヤ（例えば、Δｘ／２＝Δｙ／２＝λ_０／２０）が、最も外側の二重分極ＲＲＡＡＤ素子のそれぞれから延びている。図６Ａにおけるように、図６Ｂのアレイの構成は、λ_０×λ_０の全体の寸法を有するＡＣＰ素子４０３の電気的に矩形なＡＣＰレイヤを提供するが、ＲＲＡＡＤ素子の数を１００個に減少させる。発射構造についてのすべての方向でＡＣＰ整合を提供するために、発射構造がアレイの中心６０３（丸で囲まれる）に配されてもよい。図６Ｂのアレイは、同様に、受信構造について分配させることができる。

【0057】

図６Ｃに示されるようなＡＣＰを形成するために、図６Ａおよび図６Ｂの例のようなＡＣＰ素子４０３を含む複数のＡＣＰレイヤ６０６が、垂直に積層されうる。レイヤ６０６間の間隔（Δｚ）は、励起周波数の波長（λ_０）の分数に基づきうる。その間隔は、底のレイヤが地球の表面からΔｚ／２だけ（または、その実効近接内で）上方に配される、均一なものでありうる。例えば、ＡＣＰレイヤ６０６間の間隔は、アレイの間隔寸法（Δｘ、Δｙ）と同じであってもよいし、その分数であってもよい。例えば、垂直方向の間隔は、Δｚ＝Δｘ／４＝Δｙ／４＝λ_０／４０であってもよい。垂直方向の間隔は、領域１の誘電率（ε_ｒ，１）に基づくグリッド波長（λ_Ｇ）によって決定してもよい。例えば、Δｚ＝λ_Ｇ／１０であり、ここで、ε_{ｒ， ｅａｒｔｈ}＝１６の場合、λ_Ｇ＝λ_０／４である。他の垂直間隔（Δｚ）も、また、使用されうる。

【0058】

ρ方向の波動インピーダンスは、ｚ方向の波動インピーダンスを修正するために使用されるρ方向ＲＲＡＡＤ素子によって大きく影響されない。ρ方向の波動インピーダンスは、ＺＳＷの効果的な発射のためのエネルギ損失特性を必要としない。最も単純な状況では、ＡＣＰ素子が垂直方向（ｚ）に配される必要はなく、波動インピーダンスが領域２（例えば、空気）の電気的特性によって制御されうる。

【0059】

垂直ＡＣＰ素子 いくつかの実装では、例えば動作周波数が低下した場合、低損失導体を介して直列配置で接続された集中定数素子のキャパシタなどの純粋なエネルギ貯蔵素子を導入し、ρ方向の波のインピーダンスを下げるように作用する垂直配置またはｚ方向ＶＬＡＡＤ素子を形成し、それによって発射構造のすぐ近くで半径方向の伝播定数の値が増加することが望ましいとされうる。半径方向の伝播定数の増加は、ＺＳＷの波長が短くなる原因になりうり、それによって、ρ方向ＲＲＡＡＤ素子の配置に使用される半径方向の範囲が減少させうる。

【0060】

半径方向の伝播定数を増加させることによって、発射構造は、半径方向の位相速度の低減（または遅波）構造となる。その結果、半径方向に延びるＡＣＰ構造の上方の垂直（法線）方向の領域２（例えば、空気）における伝播定数は、純粋な実数になり、これは波をｚ方向にエバネセントにすることを強制する。換言すると、電流構造（発射構造）から垂直方向への放射が排除される。電流構造の上のゾーン内の場の成分の性質は、領域１（例えば、地球）の表面に沿って伝播する純ツェネック波の場特性と全く類似している（または、一致している）。高い類似性を持つ場特性を有することは、所望のＺＳＷへの発射構造のエネルギのモード整合において重要なファクタである。

【0061】

ｚ方向ＶＬＡＡＤ素子を配置することは、ＡＣＰの円筒の半径を適切に選択することによって、円筒ゾーン内部のρ方向の波動インピーダンスを、領域２（例えば、空気）の波動インピーダンスに整合させることを可能にする。上述のように、ρ方向の波動インピーダンスは、波のＥ場およびＨ場を記述するハンケル関数の特性に従ってρの値とともに変化する。ｚ方向ＶＬＡＡＤ素子は、漸近インピーダンス値がより短い物理的距離にわたって得られるように、ρ方向におけるハンケル関数の挙動の圧縮を生成するが、ρの小さな値に対するインピーダンスは、依然として領域２（例えば、空気）のインピーダンスに非常に近く、インピーダンス整合素子を使用しなくてもよい。

【0062】

しかしながら、漸近インピーダンス値（例えば、大引数の漸近線）は、自由空間のそれよりも低くなりうり、したがって、ρのより大きな値に対する整合は、適切でありうる。例えば、内部セグメントおよび空気の幾何学的平均であるインピーダンス値を有するｚ方向ＡＣＰ素子の第２の半径方向セグメントが、整合のために、かつ、半径方向の範囲を１／４波長に等しくするために使用されうる。

【0063】

水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子 インピーダンス整合および発射プローブの周りに遅波ゾーンを生成するための別の方法は、誘導素子がＨ_φと相互作用してＺＳＷに与えられる実効透磁率を増加させるように、φ方向にＨＡＡＭＰ素子を使用することである。ＨＡＡＭＰ誘導素子の全体的な影響は、ＶＬＡＡＤ素子と同様の波の位相速度の減少であるが、ρ方向インピーダンスを同時に増加させる。誘導的素子を用いた透磁率の値とＶＬＡＡＤ素子を用いた誘電率とを適切に選択することで、増強された遅波挙動を得ながら、インピーダンスは、自由空間値に実質的に整合されうる。

【0064】

先に議論したように、ＨＡＡＭＰ素子は、ρ方向の伝播定数を修正し、ρ方向のインピーダンスを領域２（例えば、空気）の固有インピーダンスに整合させるために、発射構造の周りに配され、または、アレイ化されうる。図７は、発射構造７０６の周りに分配され、水平φ方向磁場に整列されたＨＡＡＭＰ素子７０３の例を示す。ＨＡＡＭＰ素子７０３のアレイは、発射構造７０６から半径方向の距離に配されたＨＡＡＭＰ素子７０３の１つ以上のグループを含みうる。ＨＡＡＭＰ素子７０３は、閉ループの導体素子を形成するように接続された導体のループ（例えば、集中定数素子のインダクタ）を含みうる。導体のループ（または、インダクタ）は、ＨＡＡＭＰアレイによって提供される実効透磁率を制御または調整するために切り替えることができるタップを含みうる。いくつかの実装形態において、導体（または、インダクタ）は、調整または修正を提供するために変更または切り替えることができるキャパシタに結合されうる。ＨＡＡＭＰ素子７０３は、円筒形のシステムとして分配されて示されているが、ＲＲＡＡＤシステムと同様に、独立して制御されるｘ配向およびｙ配向ＨＡＡＭＰ素子を有する矩形システムで実装されてもよい。

【0065】

５０ＭＨｚの周波数での検証のために、図６Ａおよび６Ｃに示されるようなＲＲＡＡＤ素子の積層アレイを用いて、ＡＣＰシステムは実装された。ＲＲＡＡＤ素子は、図６Ａに示されるように、発射構造の周りに分配された５レイヤのＲＲＡＡＤ要素を含む積層アレイ内に配された。ＲＲＡＡＤ素子は、相互接続されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、ｘ配向およびｙ配向のＲおよびＣ集中定数素子は、ＰＣＢの反対側に配される。ｘ配向およびｙ配向の分極素子は、同じＰＣＢ上に存在しうるが、分極素子は電気的に接続されない。矩形グリッドを形成するために、そのレイヤの隣り合うＰＣＢ間にワイヤが接続された。

【0066】

各ＲＲＡＡＤ回路モジュールは、集中定数抵抗素子と集中定数キャパシタ素子を並列接続して構成された２つの独立して制御可能な回路を有する制御基板とインピーダンス基板とを含む。抵抗値およびコンデンサ値の選択可能な範囲は、１２８（７ビット）ステップで約８ｍＳ／ｍから１６５ｍＳ／ｍまでの“人工的な”導電率、および、８（３ビット）ステップで４から４５までの“人工的な”比誘電率を与えるように選択された。この実験のために、シグマインデックス値を０～１１０の範囲に制約し、約８～６３．２ｍＳ／ｍのシグマの範囲を与えた。導電率値を生成するために抵抗が使用されているため、シグマインデックス値およびパラメータ値は非線形である。したがって、導電率ステップは、抵抗性ステップと逆の関係にある。

【0067】

ＲＲＡＡＤモジュールは、長さ約２０インチの中実１６ゲージ絶縁錫めっき銅ワイヤを用いて、矩形グリッド内で相互接続された。回路設計と制御とを簡単化するために、円筒配置ではなく矩形グリッド配置を選択した。円筒配置の場合、コンポネントの値または間隔は、発射構造からの距離の関数として変化する。制御入力は、５０ＭＨｚの波のエネルギからＤＣおよび低周波の制御信号を分離するためのＲＦ誘導チョークを有する電源接続ラインを介して、基板に通信された。モジュールは、ＰＣラップトップ上で実行されるプログラムを介して制御された。

【0068】

試験は５０ＭＨｚの励起で行われ、データは数時間にわたって収集された。図８Ａは、サンプルポイント位相トレンド線８０６に対するＥ_ρとＨ_φとの間の測定された位相角８０３の例を示すプロットである。収集されたデータは、ＲＲＡＡＤ素子がＥ_ρコンポネントのインピーダンスと位相とに影響することを確認した。シグマインデックス値８０９は、アレイ内のＲＲＡＡＤ素子の実効導電率を調整する抵抗値を選択するためにＡＣＰ素子制御基板に送られるバイナリコードである。最も低い導電率は、チャートの左側である。これらのプロットに使用された誘電率値は、比誘電率値が１５に近似するように設定された単一の設定点での値であった。第１データポイント８１２は、ＡＣＰ基板がディスエーブルされている場合を表す。ディスエーブル状態を示唆するために、シグマインデックス値８１２として－２０の値が使用された。ディスエーブルモードでは、抵抗素子およびキャパシタ素子は、連結ワイヤから切り離される。例えば、Ｒ素子およびＣ素子への接続が切断（または、開放）されうり、または、素子は電気的に分離されうる。いくつかの実装形態において、Ｒ素子およびＣ素子は、短絡されうる。

【0069】

図８Ｂは、ＡＣＰ試験ゾーンから約０．９マイルに配置されたＦＩＭＲ（場強度測定／リモート）アレイによって収集された規格化場強度読取値の例を示すグラフを示す。図８Ｂに示されるプロットは、４つの配置位置（ポイントＡ～Ｄ）に対するものである。データは、プロット（Ａ～Ｄ）の一般的な特性における相関を明確に示しており、これは、“人工的な”導電率バリエーションの変化に対する共通の応答性を示している。シグマインデックスのポイント９０３の始めと終わりの線分は、ＲＲＡＡＤ素子がディスエーブルされたポイントを特定する。最初のＦＩＭＲデータポイントは、実験の終わりに繰り返された“ディスエーブル”設定ポイントとは異なることが分かる。これは、想定されたシステム状態に対応しない最初のポイントのデータに起因すると考えられる。

【0070】

発射構造から約１波長であった１つの位相計測ポイントにおいて、ループアンテナが、波のＨ_φ成分のサンプリングに使用され、回動可能なバイコニカルダイポールが、電場の半径方向成分および垂直成分に結合した。ベクトル電圧計（ＶＶＭ）を用いて、Ｈ_φに対する電界のＥ_ｚとＥ_ρの相対的な大きさと位相とを測定した。アンテナからＶＶＭへの接続は、同軸ケーブルへの電流の誘導を最小にするように、発射構造を中心としたグランドに沿って近似円弧状に配された位相整合ケーブルで行われた。円形配置は、Ｅ_φが０であるため、電場への結合を最小にした。

【0071】

この配置によって、波の垂直投影（ｚ方向）インピーダンスη_ｓ、および、Ｅ_ｚとＥ_ρとの間の位相差を含む波のチルト角を測定することができた。空気（または、領域２）中の波のチルト角の値は、ＺＳＷの地球（または、領域１）中の複素ブリュースター角の実数部に等しいことを想起されたい。

【0072】

５０ＭＨｚで、１５ｍＳ／ｍのσ、１５のε_ｒの場合、波のチルト角は、約１３．８８２度であり、Ｅ_ｚとＥ_ρの位相差は、約９．８８７度と計算される。この波の傾きに対する垂直投影インピーダンスは、約９０．４７５＋ｊ１４．８３６オームと計算された。

【0073】

位相計測ポイントは、発射構造から約１波長であったため、与えられたε_ｒおよびσについて約６ｍでの波のρ投影インピーダンスは、純粋なＺＳＷについて約３６２．４７６＋ｊ２５．６８８であると決定することができる。位相計測ポイントが、約５波長（または３０ｍ）に移動された場合、ρ投影波動インピーダンスはη_０にほぼ等しくなり、Ｅ_ｚはＨ_φとほぼ同相になる。１つの波長ポイントで測定されたＥ_ｚに対するＥ_ρの大きさは、垂直投影インピーダンスの大きさの大まかな推定値、および、それを抵抗成分および誘導成分に分解するために使用されるＥ_ｚとＥ_ρとの間の位相測定値を得るためにスケーリングされてもよい。Ｅ_ｚとＨ_φとの間の位相角は、約１３度と測定された。

【0074】

Ｅ_ｚとＨ_φとの間の測定された位相差に基づいて、発射構造の配置のために計算されたρ投影インピーダンスη_ρの推定値は、約３６１＋ｊ８０オームであることが求められた。垂直投影インピーダンスη_ｓは、Ｅ_ｚおよびＥ_ρの大きさの値の比をとり、それに応じてインピーダンス値をスケーリングすることによって求めることができる。２つの電場の間のスケールファクタは、約６．８と決定した。大きさに基づく波のチルト角は、１／６．８のアークタンジェント、つまり、約８．３度である。電場間の測定された位相角は、約２７度（４０－１３）であった。これらのデータに対して、垂直方向のインピーダンスは、約４８＋ｊ２４オームと推定された。明らかに、データは選択された土壌パラメータについてＺＳＷ発射で推定された表面インピーダンス値との差を示しており、得られた半径方向のデータがその事実を裏付けている。

【0075】

測定は、波のチルトを良好に推定することを可能にする。φ方向磁場に対する電場成分の位相および振幅の測定は比較的簡単なため、Ｅ_ｚとＥ_ρのスケールファクタおよび位相差は、容易に決定される。予測された１３．８８２の値に対して測定された８．３度の波のチルトは、土壌の特性が選択された値とは全く異なることを示すように思われる。また、波のチルト特性は、波動インピーダンスと同様に、発射プローブからの距離によって変化することに注意されたい。このようなバリエーションがあっても、最初の試験結果は非常に有望である。

【0076】

通常、フリスの伝達方程式に従って送信機から受信機へ伝送される電力を計算する。フリスの方程式を用いて、電力密度は、仮定された等方性放射点源から１／４πｒ^２で減衰することを仮定する。円筒状の表面波について、等方性の垂直線が発射源であると仮定し、放射について行われるように、ワット／ｍ^２ではなく、ワット／メートルで電力密度を表すことができる。無限線源を仮定することによって、受信プローブに対する利得関数として受信機の実効幅のみを考慮することが可能である。

【0077】

球面波との類似に従えば、受信素子の実効幅は、受信素子利得Ｇ_ｒのλ／２π倍になる。より正式な表記では、受信電力の式は、

【数14】

ここで、Ｐ_ｒは受信電力、Ｐ_Ｔは発射プローブ構造による送信電力、Ｇ_ｔは発射プローブの利得、Ｇ_ｒは受信構造の利得、λはほぼｃ／ｆの波長、Ｒは発射プローブから受信機までの距離である。ハンケル関数について、正確な波長は距離の関数として変化するが、ｃ／ｆは我々の目的のために良好な推定値を与えるであろう。

【0078】

式（１４）とフリスの伝達式とを比較すると、次のようになる

【数15】

【0079】

円筒波発射プローブおよび円筒波受信機に対する利得は、アンテナの利得とは異なって計算される。ＺＳＷはそのような円筒波であり、φ方向に波の集束がない場合、発射プローブまたは受信機の利得は１に等しい。送信電力の値は、利用可能な信号電源電力Ｐ_ｓを不整合反射および抵抗損失によって補正することによって求められる。σ値およびε値が既知である場合、ＺＳＷの減衰を考慮するために、方程式（１４）に損失係数項を含めることもできる。

【0080】

受信構造 電力伝送アプリケーションのために、円筒伝播波から最大電力が抽出できるように、受信構造がＺＳＷモードに効率的に結合されうる。ＡＣＰ構造は、物理的受信構造の実効電気的寸法を増加させることによって、結合効率の改善を提供する。進行ＺＳＷ、または、グローバルなＺＳＷの場合、定在波が、受信機ＡＣＰ分極可能素子と相互作用すると、エネルギの波長は減少し、分極可能素子の上方の伝播定数は、発射プローブ構造と類似の方法で変更される。受信構造の上方では、領域２（例えば、空気）の波は、特性上エバネセントであり、波におけるエネルギは、ＡＣＰゾーンに集中することになる。

【0081】

グローバルな定在波（または、任意の定在表面波）のための受信構造は、受信構造からの反射がそれ自体ＺＳＷとなるように、発射構造の特性と逆の特性を有することが非常に有益である。そうでないない場合、反射されたエネルギは放射によって失われる。

【0082】

図９Ａおよび９Ｂは、受信構造の周りに利用可能な電磁力を集中させるためにＡＣＰ素子を使用する受信構造に対する、従来の受信機によるモノポールアンテナを使用する単純な受信構造についての電力密度シミュレーション結果の例を示す。シミュレーションは高解像度のグラデーションを生成しうるが、図９Ａおよび９Ｂに提供される表現は、明確化および再現性のために限定された数のグラデーションを示すように単純化されている。図９Ａに見られるように、電磁エネルギの放射源（または、発射構造）１１０３は、左側にモデル化され、右側に進行する波を生成する。従来のモノポール受信機１１０６は、３波長の距離に配置される。受信機（または、受信構造）１１０６は、進行波に結合して、波からエネルギを抽出する。進行エネルギは、受信構造の周りに現れ、その右側に続いていることが分かる。

【0083】

図９Ｂにおいて、ＶＬＡＡＤ素子およびＨＡＡＭＰ素子を含むＡＣＰ素子が、受信構造１１０６の周りに配置され、遅波ゾーンを生成する。ＶＬＡＡＤ素子とＨＡＡＭＰ素子とのＡＣＰシステムによって生成された実効ε_ｒおよび実効μ_ｒは、等しい値に設定される。この単純な例において、それらは１０の値に設定され、進行波によって見られるインピーダンスは、自由空間のそれに等しく、一方、位相速度は１０分の１に減少する。図９Ｂから分かるように、場強度は、受信構造１１０６の周りのゾーンに集中し、受信構造１１０６の上方および右側の場は、波からエネルギが抽出されたことを示すように、大きく減衰される。

【0084】

上述のように、ＡＣＰシステムの素子のいずれも、特定の装置の条件に従って個別に制御することができる。これは、ＡＣＰシステムが、発射ゾーンまたは受信ゾーン内またはその近くで、周囲の媒体の干渉構造または他の特性の動的挙動または不均一な分布を有することを可能にする。素子の制御は、自動フィードバックネットワークの一部として達成されうり、所望の波動特性の測定は、選択されたポイントで測定されうり、そのような測定は、いかなる条件に遭遇しても所望の性能結果を与えるために、ＡＣＰ素子を調整するために使用される。当業者であれば、異方性制御調整は、本発明の特徴から逸脱することなく、構成が様々な方向に等しい値をとる条件を含むことができることを理解するのであろう。

【0085】

ＶＬＡＡＤ素子およびＨＡＡＭＰ素子が用いられて半径方向の誘電率および透磁率を増加させるときはいつでも、それは、ρ方向に進行するエネルギのための遅波伝播領域を生成する。ＡＣＰ素子の上方の領域では、半径方向（ρ）方向の伝播定数は、ＡＣＰ遅波伝播定数に一致しなければならない。この境界条件は、さらに、垂直方向（ｚ）の伝播定数が、ｚ方向のエバネッセント特性の生成に対応する、純粋な実数になることを必要とする。ＡＣＰ素子の上方の場は、半径方向に伝播するが、ｚでの位相の変化なしに減衰するだけである。ＡＣＰ素子（例えば、ＶＬＡＡＤ素子およびＨＡＡＭＰ素子）の上方のゾーンには制限がないため、その効果は、無限垂直電源素子に近似する特性を有するゆっくり伝播する円筒波を生成することである。Ｈｉｌｌ ａｎｄ Ｗａｉｔによる“Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｅｎｎｅｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ ｂｙ ａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ”（Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌｕｍｅ １３，Ｎｕｍｂｅｒ ６，ｐａｇｅｓ ９６９－９７７，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ－Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９７８）のような多くの理論的研究は、ＺＳＷを生成するために必要とされる条件を同定した。本開示は、これらの理論的研究を満たすことができる電源構造（発射構造）を提示する。

【0086】

本開示の態様は、ツェネック表面波、または、他のタイプの表面波を発射または受信するために使用されうるＡＣＰシステムを形成するためのＡＣＰ素子に関する。１つの態様において、特に、ＡＣＰシステムは、境界媒体（例えば、損失のある誘電体、地上媒体または地球）の上方（または、実効近接内）に分配されるＡＣＰ素子のアレイを含む。ＡＣＰ素子のアレイは、境界媒体の上方（または、実効近接内）に配された第１の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、境界媒体の上方のある高さで（または、ある距離だけ離れて）水平レイヤを形成する。ＡＣＰ素子のアレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイでありうる。１つ以上の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、境界媒体（例えば、損失のある誘電体、地上媒体または地球）の上方のある高さ（または、実効近傍内）に分配されたＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの上方に（または、ある距離だけ離れて）配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤを備えうる。ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、水平レイヤ内の第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に（または、ある距離だけ離れて）配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。

【0087】

種々の態様では、ＡＣＰ素子のアレイは、境界媒体の上方（または、実効近接内）に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ要素は、第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、境界媒体の上方のある高さで（または、ある距離だけ離れて）水平レイヤを形成しうる。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズの個々のＲＲＡＡＤ素子のシリーズは、第１の方向に延びるワイヤによって直列に結合された複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうり、および／または、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズの個々のＲＲＡＡＤ素子シリーズは、第２の方向に延びるワイヤによって直列に結合された複数のＲＲＡＡＤ素子を含みうる。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズおよび第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子は、画定された距離だけそのシリーズの隣接する素子から分離されうる。画定された距離は、ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数でありうる。画定された距離は、λ_０／１０以下でありうる。ＲＲＡＡＤ素子の矩形アレイの全体の寸法は、λ_０×λ_０でありうる。境界媒体の上方の水平レイヤの高さ（または、境界媒体からの距離）は、波長（λ_０）の分数でありうる。

【0088】

いくつかの態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズをｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイでありうる。ＲＲＡＡＤ素子の矩形アレイは、矩形アレイの角にＲＲＡＡＤ素子を含まなくてもよい。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の個々のＲＲＡＡＤ素子は、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の対応する個々のＲＲＡＡＤ素子と並置されうる。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の個々のＲＲＡＡＤ素子および第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の対応する個々のＲＲＡＡＤ素子は、共通の基板に実装されうる。第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の個々のＲＲＡＡＤ素子は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の第１の側に取り付けられた第１のキャパシタおよび第１の抵抗を含みうり、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の対応する個々のＲＲＡＡＤ素子は、ＰＣＢの第１の側または第２の側に取り付けられた第２のキャパシタおよび第２の抵抗を含みうる。

【0089】

１つ以上の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、境界媒体（例えば、損失のある誘電体、地上媒体または地球）の上方のある高さに（または、ある距離だけ離れて）分配されるＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの上方（または、実効近接内）に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤを備えうる。ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、水平レイヤ内の第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に（または、ある距離だけ離れて）配された第３の複数のＲＲＡＡＤ素子と、水平レイヤ内の第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に（または、ある距離だけ離れて）配された第４の複数のＲＲＡＡＤ素子と、を含みうり、第３の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる１つ以上の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子のシリーズを含み、第４の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第２の方向に延びる１つ以上の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子のシリーズを含む。第３の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子の各シリーズは、第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズの対応するＲＲＡＡＤ素子のシリーズと実質的に整列させられうり、第４の複数のＲＲＡＡＤ素子の相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子の各シリーズは、第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズの対応するＲＲＡＡＤ素子のシリーズと実質的に整列させられうる。ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数だけ、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤから分離されうる。ＲＲＡＡＤ素子の第２水平レイヤと、水平レイヤまたはＲＲＡＡＤ素子と、の間の分離は、ＲＲＡＡＤ素子の水平レイヤの当該高さの約２倍でありうる。

【0090】

種々の態様において、ＡＣＰ素子のアレイは、周波数（ｆ_０）の電磁場でＡＣＰシステムを励起するように構成された発射構造の周りに分配させることができる。ＡＣＰ素子のアレイは、発射構造の一方の側の周りに分配させられうる。ＡＣＰ素子のアレイの個々のＲＲＡＡＤ素子は、並列に接続されたキャパシタおよび抵抗を含みうり、キャパシタおよび抵抗は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含む。キャパシタは可変容量を含みうり、抵抗は可変抵抗を含みうり、または、その両方を含みうる。ＡＣＰ素子のアレイは、境界媒体（例えば、損失のある誘電体、地上媒体または地球）の上方（または、実効近接内）に分配される複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含みうり、複数のＶＬＡＡＤ素子は、境界媒体の上方に（または、ある距離だけ離れて）配され、複数のＶＬＡＡＤ素子は、水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む。複数のＶＬＡＡＤ素子の個々のＶＬＡＡＤ素子は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含むキャパシタを含みうる。キャパシタは、可変容量を含みうる。相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズの個々のＶＬＡＡＤ素子は、ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数だけ、隣り合うＶＬＡＡＤ素子から分離されうる。

【0091】

１つ以上の態様において、ＡＣＰシステムは、境界媒体（例えば、損失のある誘電体、地上媒体または地球）の上方（または、実効近接内）に分配されるＨＡＡＭＰ素子のアレイを含みうり、ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、境界媒体の上方に（または、ある距離だけ離れて）配される複数のＨＡＡＭＰ素子を含む。ＨＡＡＭＰ素子のアレイの個々のＨＡＡＭＰ素子は、インダクタまたは導体のループを含みうり、インダクタは、集中定数素子コンポネントを含む。インダクタまたは導体のループは、キャパシタに結合されうる。ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、複数のＨＡＡＭＰ素子がφ方向に配向された円筒形アレイでありうる。ＨＡＡＭＰ素子のアレイは、媒体１（例えば、地上媒体）の上方で第２の方向に配された第１の複数のＨＡＡＭＰ素子と、媒体１（例えば、地上媒体）の上方で第３の方向であって第２の方向に実質的に垂直な第３の方向に配された第３の複数のＨＡＡＭＰ素子と、を含む矩形アレイであってもよい。第１の方向は、第２の方向と実質的に同じでありうる。

【0092】

本開示のさらなる例示的な実施形態は以下を含む：

【0093】

例１．異方性構成パラメータ（ＡＣＰ）システムであって、
地上媒体の上方に分配されたＡＣＰ素子のアレイであって、ＡＣＰ素子の前記アレイは、
前記地上媒体の上方に配された第１の複数の半径方向抵抗性人工異方誘電性（ＲＲＡＡＤ）素子を含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方のある高さで水平レイヤを形成する、ＡＣＰ素子の前記アレイを含むＡＣＰシステム。

【0094】

例２．ＡＣＰ素子の前記アレイは、相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズのそれぞれがρ方向に直線的に配向された円筒形のアレイである、例１のＡＣＰシステム。

【0095】

例３．ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方の前記高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤを含み、ＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤは、
前記水平レイヤ内の前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズを含む、例１のＡＣＰシステム。

【0096】

例４．ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された第２の複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に対して第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方の前記高さで前記水平レイヤを形成している、例１のＡＣＰシステム。

【0097】

例５．前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズの個々のＲＲＡＡＤ素子のシリーズは、前記第１の方向に延びるワイヤによって直列に結合された複数のＲＲＡＡＤ素子を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズの個々のＲＲＡＡＤ素子のシリーズは、前記第２の方向に延びるワイヤによって直列に結合された複数のＲＲＡＡＤ素子を含む、例４のＡＣＰシステム。

【0098】

例６．前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子は、画定された距離だけそのシリーズの隣接する素子から分離される、例４のＡＣＰシステム。

【0099】

例７．前記画定された距離は、前記ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数である、例６のＡＣＰシステム。

【0100】

例８．前記画定された距離は、λ_０／１０以下である、例７のＡＣＰシステム。

【0101】

例９．ＲＲＡＡＤ素子の前記矩形セルの全体の寸法は、λ_０×λ_０である、例７のＡＣＰシステム。

【0102】

例１０．前記地上媒体の上方の前記水平レイヤの前記高さは、前記波長（λ_０）の分数である、例７のＡＣＰシステム。

【0103】

例１１．ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズをｘ方向に直線的に配向し、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズを前記ｘ方向に実質的に垂線なｙ方向に直線的に配向した、矩形アレイである、例４のＡＣＰシステム。

【0104】

例１２．ＲＲＡＡＤ素子の前記矩形アレイは、前記矩形アレイの角にＲＲＡＡＤ素子を含まない、例１１のＡＣＰシステム。

【0105】

例１３．前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の各個々のＲＲＡＡＤ素子は、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の対応する個々のＲＲＡＡＤ素子と並置される、例１１のＡＣＰシステム。

【0106】

例１４．前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の前記個々のＲＲＡＡＤ素子および前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の前記対応する個々のＲＲＡＡＤ素子は、共通の基板に実装される、例１３のＡＣＰシステム。

【0107】

例１５．前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の前記個々のＲＲＡＡＤ素子は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の第１の側に取り付けられた第１のキャパシタおよび第１の抵抗を含み、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の前記対応する個々のＲＲＡＡＤ素子は、前記ＰＣＢの第２の側に取り付けられた第２のキャパシタおよび第２の抵抗を含む、例１４のＡＣＰシステム。

【0108】

例１６．ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方の前記高さに分配されるＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの上方に配された第２の水平レイヤであって、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤに実質的に平行なＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤを含み、前記ＲＲＡＡＤ素子の第２の水平レイヤは、
前記水平レイヤ内の前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に配された第３の複数のＲＲＡＡＤ素子と、前記水平レイヤ内の前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子の上方に配された第４の複数のＲＲＡＡＤ素子と、を含み、前記第３の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第１の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含み、前記第４の複数のＲＲＡＡＤ素子は、前記第２の方向に延びる相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、例４のＡＣＰシステム。

【0109】

例１７．前記第３の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子の各シリーズは、前記第１の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズの対応するＲＲＡＡＤ素子のシリーズと実質的に整列し、前記第４の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズのＲＲＡＡＤ素子の各シリーズは、前記第２の複数のＲＲＡＡＤ素子のうち相互接続されたＲＲＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズの対応するＲＲＡＡＤ素子のシリーズと実質的に整列する、例１６のＡＣＰシステム。

【0110】

例１８．ＲＲＡＡＤ素子の前記第２の水平レイヤは、前記ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数だけ、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤから分離される、例１６のＡＣＰシステム。

【0111】

例１９．ＲＲＡＡＤ素子の前記第２水平レイヤと、前記水平レイヤまたはＲＲＡＡＤ素子と、の間の前記分離は、ＲＲＡＡＤ素子の前記水平レイヤの前記高さの約２倍である、例１８のＡＣＰシステム。

【0112】

例２０．ＡＣＰ素子の前記アレイは、周波数（ｆ_０）の電磁場で前記ＡＣＰシステムを励起するように構成された発射構造の周りに分配される、例１のＡＣＰシステム。

【0113】

例２１．ＡＣＰ素子の前記アレイは、発射構造の一方の側の周りに分配される、例２０のＡＣＰシステム。

【0114】

例２２．ＡＣＰ素子の前記アレイの個々のＲＲＡＡＤ素子は、並列に接続されたキャパシタおよび抵抗を含み、前記キャパシタおよび前記抵抗は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含む、例１のＡＣＰシステム。

【0115】

例２３．前記キャパシタは可変容量を含み、前記抵抗は可変抵抗を含み、または、その両方を含む、例２２のＡＣＰシステム。

【0116】

例２４．ＡＣＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に分配された複数の垂直無損失人工異方誘電性（ＶＬＡＡＤ）素子を含み、前記複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記地上媒体の上方に配され、複数のＶＬＡＡＤ素子は、前記水平レイヤに実質的に垂直な第２の方向に延びる相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の１つ以上のシリーズを含む、例１のＡＣＰシステム。

【0117】

例２５．前記複数のＶＬＡＡＤ素子の個々のＶＬＡＡＤ素子は、１つ以上の集中定数素子コンポネントを含むキャパシタを含む、例２４のＡＣＰシステム。

【0118】

例２６．前記キャパシタは可変容量を含む、例２５のＡＣＰシステム。

【0119】

例２７．相互接続されたＶＬＡＡＤ素子の前記１つ以上のシリーズの個々のＶＬＡＡＤ素子は、ＡＣＰシステムに印加される電磁励起の波長（λ_０）の分数だけ、隣り合うＶＬＡＡＤ素子から分離される、例２４のＡＣＰシステム。

【0120】

例２８．前記地上媒体の上方に分配された水平人工異方透磁性（ＨＡＡＭＰ）素子のアレイを含み、ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、前記地上媒体の上方に配された複数のＨＡＡＭＰ素子を含む、例１のＡＣＰシステム。

【0121】

例２９．ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイの個々のＨＡＡＭＰ素子は、インダクタまたは導体のループを含み、前記インダクタは、集中定数素子コンポネントを含む、例２８のＡＣＰシステム。

【0122】

例３０．前記インダクタまたは前記導体の前記ループは、キャパシタに結合される、例２９のＡＣＰシステム。

【0123】

例３１．ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、前記複数のＨＡＡＭＰ素子がφ方向に配向された円筒形アレイである、例２８のＡＣＰシステム。

【0124】

例３２．ＨＡＡＭＰ素子の前記アレイは、矩形アレイであり、
前記地上媒体の上方で第２の方向に配された第１の複数のＨＡＡＭＰ素子と、前記地上媒体の上方で第３の方向であって前記第２の方向に実質的に垂直な第３の方向に配された第２の複数のＨＡＡＭＰ素子と、を含む、例２８のＡＣＰシステム。

【0125】

例３３．前記第１の方向は、前記第２の方向と実質的に同じである、例３２のＡＣＰシステム。

【0126】

本開示全体にわたる実施形態は、本開示の原理の理解を容易にするために提供される実装の例にすぎないことが強調されるべきである。本開示の全体的な原理から実質的に逸脱することなく、上述の態様または実施形態に対して多くの変形および修正が行われてもよい。これらの変更および変形は、本開示の範囲内に含まれることが意図されており、以下の請求項によって保護される。加えて、記載された態様または実施形態の任意選択的および好ましい特徴および修正のすべては、本明細書で教示される開示のすべての態様において使用可能である。さらに、従属請求項の個々の特徴、ならびに、記載された態様または実施形態の任意選択的および好ましい特徴および修正のすべては、互いに組み合わせ可能であり、交換可能である。

【0127】

”実質的に”という用語は、意図する目的に悪影響を与えない記述用語からの逸脱を可能にすることを意味する。記述された用語は、たとえその用語がその用語によって実質的に明示的に修正されていなくても、その用語によって実質的に修正されると暗黙的に理解される。

【0128】

ここで、比率、濃度、量および他の数値データは、範囲フォーマットで表されうることに注意されたい。そのような範囲フォーマットは便宜および簡潔さのために使用され、したがって、範囲の限界として明示的に列挙された数値だけでなく、各数値およびサブ範囲が明示的に列挙されているかのように、その範囲内に包含されるすべての個々の数値またはサブ範囲も含むように、柔軟な方法で解釈されるべきであることを理解されたい。例示のために、”約０．１％～約５％”の濃度範囲は、約０．１ｗｔ％～約５ｗｔ％の明示的に記載された濃度だけでなく、個々の濃度（例えば、１％、２％、３％および４％）および指示された範囲内のサブ範囲（例えば、０．５％、１．１％、２．２％、３．３％および４．４％）も含むと解釈されるべきである。用語”約”は、数値の有効数字による従来の丸めを含むことができる。加えて、”約’ｘ’～’ｙ’”という語句は、”約’ｘ’～約’ｙ’”を含む。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】