CN108027429A - 对象识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种对象识别系统(400)，其包括：导引面波导探针(P)，所述导引面波导探针产生导引面波，对象识别标签(402)从所述导引面波获得电功率以进行操作，每一标签与一对象(404)相关联；以及布署在策略位置处的多个接收器，当所述标签在所述对象的生命周期期间随相关联对象移动时，所述接收器接收来自所述标签中的一个或多个标签的返回信号。

Description

对象识别系统及方法

相关申请的交叉参考

本申请是关于名称为“Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes onLossy Media”的同在申请中的美国非临时专利申请，该专利申请于2013年3月7日申请并分配申请号13/789,538且于2014年9月11日以公开号US2014/0252886A1公开，且以全文引用方式并入本文中。本申请亦是关于名称为“Excitation and Use of Guided Surface WaveModes on Lossy Media”的同在申请中的美国非临时专利申请，该专利申请于2013年3月7日申请并指定为申请号13/789,525并于2014年9月11日以公开号US2014/0252865 A1公开，且以全文引用方式并入本文中。本申请另外是关于名称为“Excitation and Use ofGuided Surface Wave Modes on Lossy Media”的同在申请中的美国非临时专利申请，该专利申请于2014年9月10日申请并指定为申请号14/483,089，且以全文引用方式并入本文中。本申请另外是关于名称为“Excitation and Use of Guided Surface Waves”的同在申请中的美国非临时专利申请，该专利申请于2015年6月2日申请并指定为申请号14/728,507，且以全文引用方式并入本文中。本申请另外是关于名称为“Excitation and Use ofGuided Surface Waves”的同在申请中的美国非临时专利申请，该专利申请于2015年6月2日申请并指定为申请号14/728,492，且以全文引用方式并入本文中。

背景技术

一个世纪以来，无线电波信号已使用常规天线结构来传输。与无线电科学相对比，电性配电系统已依赖于沿电导体(诸如导线)导引电性能量。对射频(RF)与功率传输之间的区别的此种理解自20世纪初就已存在。

然而，射频识别(RFID)系统已使用自阅读器装置发射至功率标签的RF能量。标签可影响所发射信号以引起所发射信号的可通过阅读器装置检测的改变，或者标签可传输可通过阅读器装置检测的RF信号。在前一状况下，阅读器可能能够判定标签处于阅读器装置的可操作范围内。在后一状况下，阅读器可能能够自通过标签输出的信号提取唯一地识别该标签的代码。RFID系统的范围受严重限制。此外，标签的能力由于小量的可用能量而受限，该可用能量可来源于通过阅读器装置发射的RF信号。

附图说明

本公开内容的方面可参考以下图更好地理解。附图未必按比例绘制，而替代地重点是放在清楚地说明本公开内容的原理。此外，在附图中，相同组件符号在若干视图中始终指定相应部件。

图1为描绘针对导引电磁场及辐射电磁场的场强作为距离的函数的图表。

图2为例示根据本公开内容的各种实施例的具有两个区域的传播接口的附图，该两个区域用于传输导引面波。

图3为例示根据本公开内容的各种实施例的相对于图2的传播接口安置的导引面波导探针的附图。

图4为根据本公开内容的各种实施例的一阶汉克尔函数的接近渐近线及远离渐近线的量值的实例的曲线图。

图5A及5B为例示根据本公开内容的各种实施例的通过导引面波导探针合成的电场的复合入射角的附图。

图6为例示根据本公开内容的各种实施例的电荷端子对图5A的电场以布鲁斯特角与损耗导电媒质相交的位置的高程效应的图形表示。

图7为根据本公开内容的各种实施例的导引面波导探针的实例的图形表示。

图8A至8C为例示根据本公开内容的各种实施例的图3及图7的导引面波导探针的等效影像平面模型的实例的图形表示。

图9A及9B为例示根据本公开内容的各种实施例的图8B及8C的等效影像平面模型的单线传输线及经典传输线模型的实例的图形表示。

图10为例示根据本公开内容的各种实施例的调整图3及图7的导引面波导探针以沿损耗导电媒质的表面发射导引面波的实例的流程图。

图11为例示根据本公开内容的各种实施例的图3及图7的导引面波导探针的波面倾斜角与相位延迟之间的关系的实例的曲线图。

图12为例示根据本公开内容的各种实施例的导引面波导探针的实例的附图。

图13为例示根据本公开内容的各种实施例的以复合布鲁斯特角(Brewster)入射合成电场以在汉克尔(Hankel)交叉距离处匹配导引面波导的图形表示。

图14为根据本公开内容的各种实施例的图12的导引面波导探针的实例的图形表示。

图15A包括根据本公开内容的各种实施例的导引面波导探针的电荷端子T₁的相位延迟(Φ_U)的虚部及实部的实例的曲线图。

图15B为根据本公开内容的各种实施例的图14的导引面波导探针的示意图。

图16为例示根据本公开内容的各种实施例的导引面波导探针的实例的附图。

图17为根据本公开内容的各种实施例的图16的导引面波导探针的实例的图形表示。

图18A至18C描绘根据本公开内容的各种实施例的接收结构的实例，该接收结构可用以接收以通过导引面波导探针发射的导引面波形式传输的能量。

图18D为例示根据本公开内容的各种实施例的调整接收结构的实例的流程图。

图19描绘根据本公开内容的各种实施例的另外接收结构的实例，该另外接收结构可用于接收以通过导引面波导探针发射的导引面波形式传输的能量。

图20A展示通常表示导引面波波导探针的符号。

图20B展示通常表示导引面波接收结构的符号。

图20C展示通常表示线性探针类型的导引面波接收结构的符号。

图20D展示通常表示调谐共振器类型的导引面波接收结构的符号。

图20E展示通常表示磁线圈类型的导引面波接收结构的符号。

图21为对象识别系统的一个实施例的示意图。

图22为对象识别系统的另一实施例的示意图。

图23为作为对象识别系统的一部分的标签的示意图。

图24为布署在相邻位点处的第一及第二对象识别系统的示意图。

图25为布署来识别宽区域上的对象的对象识别系统的示意图。

图26为作为对象识别系统的一部分的计算机系统及接收器的示意图。

具体实施方式

1.导引面传输线装置及信号产生

为开始论述，应确立一些术语以在随后对概念的论述中提供清楚性。首先，如本文所涵盖的，在辐射电磁场与导引电磁场之间划出形式区别。

如本文所涵盖的，辐射电磁场包含电磁能，该电磁能自源结构以未结合至波导的波形式发出。例如，辐射电磁场通常为离开诸如天线的电结构且经由大气或其他媒质传播并未结合至任何波导结构的场。一旦辐射电磁波离开诸如天线的电结构，该辐射电磁波即在独立于其源的传播媒质(诸如空气)中持续传播，直至该辐射电磁波消散而不管该源是否持续操作。一旦电磁波得以辐射，除非遭截取，否则该电磁波不可回收，且若未遭截取，则辐射电磁波中固有的能量永不会损耗。诸如天线的电性结构是设计来通过使辐射电阻与结构损耗电阻的比率最大化而辐射电磁场。辐射能量在空间中散布且不管接收器是否存在皆会损耗。辐射场的能量密度归因于几何散布而作为距离的函数。因此，如本文所使用的术语「辐射」的所有形式是指此种形式的电磁传播。

导引电磁场是能量集中在具有不同电磁性质的媒质之间的边界内或附近的传播电磁波。在此意义上，导引电磁场为结合至波导且可特性化为由在波导中流动的电流运送的场。若不存在负载来接收和/或消散在导引电磁波中运送的能量，则除了在导引媒质的导电率方面有所消散之外无能量损耗。换言的，若不存在用于导引电磁波的负载，则无能量消耗。因此，除非存在电阻负载，否则产生导引电磁场的产生器或其他源不递送实功率。为此，此种产生器或其他源基本上闲置运作直至存在负载。这类似于运作产生器以产生60赫兹电磁波，在不存在电负载的情况下，该60赫兹电磁波经由功率线传输。应注意，导引电磁场或波等效于称为“传输线模态”的场或波。这与辐射电磁波形成对比，在辐射电磁波之中始终供应实功率以便产生辐射波。不同于辐射电磁波，导引电磁能在关闭能源之后不会持续沿有限长度波导传播。因此，如本文所使用的术语“导引”的所有形式是指此种传输方式的电磁传播。

现在参考图1，展示在log-dB曲线图上的在以伏特/米计的任意参考上方以分贝(dB)计的场强作为以千米计的距离的函数的图表100，以便进一步例示辐射电磁场与导引电磁场之间的区别。图1的图表100描绘导引场强曲线103，该导引场强曲线展示导引电磁场的场强随距离的变化。此导引场强曲线103基本上与传输线模态相同。此外，图1的图表100描绘辐射场强曲线106，该辐射场强曲线展示辐射电磁场的场强随距离的变化。

所关注的是分别针对导引波及辐射传播的曲线103及106的形状。辐射场强曲线106在几何上下降(1/d，其中d为距离)，此在log-log尺度上描绘为直线。另一方面，导引场强曲线103具有的特性指数衰减，且在log-log尺度上展现区别性膝部109。导引场强曲线103及辐射场强曲线106在点112处相交，该点出现在交叉距离处。在小于相交点112处的交叉距离的距离处，导引电磁场的场强在大多数位置处显著地大于辐射电磁场的场强。在大于交叉距离的距离处，实情为相反的。因此，导引场强曲线103及辐射场强曲线106进一步例示导引电磁场与辐射电磁场之间的基本传播差异。对导引电磁场与辐射电磁场之间的差异的非正式论述，参考Milligan,T.,Modern Antenna Design,McGraw-Hill,第一版,1985,第8-9页，其以全文引用方式并入本文中。

上述辐射电磁波与导引电磁波之间的区别容易在形式上表示且置于严格基础之上。这两个此类完全不同的解可来自于同一个线性偏微分方程，波动方程在分析学上由施加于问题的边界条件得出。用于波动方程的格林函数本身含有辐射波与导引波本质之间的区别。

在空白空间中，波动方程为微分算子，该微分算子的特征函数在复合波数平面上拥有特征值的连续谱。此横向电磁(transverse electro-magnetic；TEM)场是称为辐射场，且那些传播场是称为“赫兹波”。然而，在导电边界存在下，波动方程加边界条件在数学上产生波数的谱表示，其由连续谱加离散谱的总和而构成。为此，参考Sommerfeld,A.,“Uberdie Ausbreitung der Wellen in der Drahtlosen Telegraphie,”Annalen der Physik,第28卷,1909,第665-736页。亦参见Sommerfeld,A.,“Problems of Radio”,公开为Physics-Lectures on Theoretical Physics：第VI卷中偏微分方程中的第6章,AcademicPress,1949,第236-289页,第295-296页；Collin,R.E.,“Hertzian Dipole RadiatingOver a Lossy Earth or Sea:Some Early and Late 20th Century Controversies”,IEEE Antennas and Propagation Magazine,第46卷,第2期,2004年4月，第64-79页；以及Reich,H.J.,Ordnung,P.F,Krauss,H.L.及Skalnik,J.G.,Microwave Theory andTechniques,Van Nostrand,1953,第291-293页，这些参考文献中的每一者以全文引用方式并入本文中。

术语“地波”及“面波”识别两种明显不同的物理传播现象。面波在分析学上产生自相异极点，该自相异极点在平面波谱中产生离散分量。参见，例如，“The Excitation ofPlane Surface Waves”,Cullen,A.L.,(Proceedings of the IEE(British),第101卷,第IV部分,1954年8月，第225-235页)。在此情形中，面波是视为导引面波。面波(在惹奈克-索末菲导引波意义上而言)在物理上及在数学上非与现在与无线电广播十分熟悉的地波(在外勒-诺顿-FCC意义上而言)相同。这两个传播机制产生于在复数平面上对不同类型的特征值谱(连续体或离散)的激发。导引面波的场强随距离指数地衰减，如由图1的曲线103所例示(更像是在损耗波导中传播)且类似于在径向传输线中传播，这与地波的经典赫兹辐射相反，该地波在球面上传播，拥有特征值的连续体，在几何上下降，如图1的曲线106所例示，且该地波是由支切(branch-cut)积分产生。如由C.R.Burrows在“The Surface Wave inRadio Propagation over Plane Earth”(Proceedings of the IRE,第25卷,第2期,1937年2月，第219-229页)及“The Surface Wave in Radio Transmission”(BellLaboratories Record,第15卷，1937年6月，第321-324页)中的实验证明，垂直天线辐射地波但不发射导引面波。

为概述上文内容，首先，波数特征值谱中相应于支切积分的连续部分产生辐射场，且其次，离散谱及产生自通过积分轮廓包封的极点的相应残余值总和产生非TEM行进面波，这样的面波在横向于传播的方向上受指数阻尼。这样的面波为导引传输线模态。为进一步说明，参考Friedman,B.,Principles and Techniques of Applied Mathematics,Wiley,1956,第214页,第283-286页,第290页,第298-300页。

在真空中，天线激发波动方程的连续体特征值，其为辐射场，其中具有同相E_Z及H_Φ的向外传播的RF能量永不损耗。另一方面，波导探针激发离散特征值，从而产生传输线传播。参见Collin,R.E.,Field Theory of Guided Waves,McGraw-Hill,1960,第453页,第474-477页。尽管此等理论分析已坚持对在损耗均质媒质的平面表面或球形表面上发射开放导引面波的假想可能性，但超过一个世纪，工程技艺中尚不存在已知结构来以任何实际效率实现此假想可能性。遗憾地，因为在20世纪初出现了上文阐述的理论分析，该理论分析基本上只剩理论，且一直不存在已知结构来实际上实现在损耗均质媒质的平面表面或球形表面上对开发导引面波的发射。

根据本公开内容的各种实施例，描述各种导引面波导探针，其经配置以激发电场，该电场耦合至沿损耗导电媒质的表面的导引面波导模态。这样的导引电磁场在量值及相位方面与损耗导电媒质的表面上的导引面波模态实质上是模态匹配的。此种导引面波模态也可称为惹奈克(Zenneck)波导模态。由于本文描述的导引面波导探针所激发的所产生的场与损耗导电媒质的表面上的导引面波导模态实质上是模态匹配的事实，呈导引面波形式的导引电磁场沿损耗导电媒质的表面发射。根据一个实施例，损耗导电媒质包含陆界媒质，诸如地球。

参考图2，展示传播接口，该传播接口提供用于马克士威(Maxwell’s)方程的边界值解的检查，该等马克士威方程由Jonathan Zenneck在1907年导出，如其论文Zenneck,J.,“On the Propagation of Plane Electromagnetic Waves Along a Flat ConductingSurface and their Relation to Wireless Telegraphy”,Annalen der Physik,第4系列,第23卷,1907年9月20日,第846-866页中所阐述。图2描述了用于将波沿指定为区域1的损耗导电媒质与指定为区域2的绝缘体之间的接口径向传播的圆柱坐标。区域1可包含例如任何损耗导电媒质。在一个实例中，此种损耗导电媒质可包含陆界媒质，诸如地球或其他媒质。区域2为与区域1共享边界界面的第二媒质，且具有相对于区域1不同的构成参数。区域2可包含例如任何绝缘体，诸如大气或其他媒质。此种边界界面的反射系数仅针对以复合布鲁斯特角的入射变为零。参见Stratton,J.A.,Electromagnetic Theory,McGraw-Hill,1941,第516页。

根据各种实施例，本公开内容阐述各种导引面波导探针，这些导引面波导探针产生电磁场，该电磁场与包含区域1的损耗导电媒质的表面上的导引面波导模态实质上是模态匹配的。根据各种实施例，这种电磁场实质上合成以损耗导电媒质的复合布鲁斯特角入射的波前，从而可产生零反射。

为进一步解释，在区域2中，其中假定e^jωt场变化且其中ρ≠0及z≥0(其中z为与区域1的表面成法向的垂直坐标，且ρ为圆柱坐标中的径向尺寸)，满足沿界面的边界条件的马克士威方程的惹奈克闭合形式精确解是通过以下电场及磁场分量来表示：

且(2)

在区域1中，其中假定e^jωt场变化且其中ρ≠0及z≤0，满足沿接口的边界条件的马克士威方程的惹奈克闭合形式精确解是通过以下电场及磁场分量来表示：

且(5)

在此等表达式中，z是与区域1的表面成法向的垂直坐标，且ρ为径向坐标，为第二类及第n阶的复自变量汉克尔函数，u₁为区域1中正垂直(z)方向上的传播常数，u₂为区域2中垂直(z)方向上到传播常数，σ₁为区域1的导电率，ω等于2πf，其中f为激发的频率，ε_o为真空的电容率，ε₁为区域1的电容率，A为通过源施加的源常数，且γ为面波径向传播常数。

在±z方向上的传播常数是通过将波动方程在区域1与区域2之间的接口上方及下方进行分隔且施加边界条件而决定。此举在区域2中给出

且在区域1中得出，

u₁＝-u₂(ε_r-jx)(8)

径向传播常数γ由以下得出

此为复合表达式，其中n为复合折射率，其由以下得出

在所有上文方程中，

且(11)

其中ε_r包含区域1的相对电容率，σ₁为区域1的导电率，ε_o为真空电容率，且μ_o包含真空磁导率。因此，所产生的面波平行于界面传播且垂直于该界面指数衰减。此称为消逝。

因此，方程(1)-(3)可视为圆柱对称、径向传播波导模态。参见Barlow,H.M.及Brown,J.,Radio Surface Waves,Oxford University Press,1962,第10-12页,第29-33页。本公开内容详述激发此“开放边界”波导模态的结构。具体而言，根据各种实施例，导引面波导探针具备适当大小的电荷端子，该电荷端子是利用电压和/或电流馈送且相对于区域2与区域1之间的边界界面来定位。此可参考图3得以更好地理解，图3展示导引面波导探针200a的实例，该导引面波导探针包括沿垂直轴z升高处于损耗导电媒质203(例如，地球)上方的电荷端子T1，该垂直轴z与通过损耗导电媒质203提供的平面成法向。损耗导电媒质203构成区域1，且第二媒质206构成区域2并与损耗导电媒质203共享边界界面。

根据一个实施例，损耗导电媒质203可包含陆界媒质，诸如行星地球。为此，此种陆界媒质包含所有结构或该结构上包括的岩层，无论该岩层为天然的还是人造的。例如，此种陆界媒质可包含自然元素，诸如岩石、土壤、沙、淡水、海水、树、植物及构成我们行星的所有其他自然元素。另外，此种陆界媒质可包含人造元素，诸如混凝土、沥青、建筑材料及其他人造材料。在其他实施例中，损耗导电媒质203可包含除地球之外的一些媒质，无论该等媒质为天然存在的还是人造的。在其他实施例中，损耗导电媒质203可包含其他媒质，诸如人造表面及结构，诸如汽车、飞机、人造材料(诸如合板、塑料片卷或其他材料)或其他媒质。

在其中损耗导电媒质203包含陆界媒质或地球的情况中，第二媒质206可包含地面上方的大气。因此，大气可称为“大气媒质”，其包含空气及构成地球的大气的其他元素。另外，第二媒质206有可能可包含相对于损耗导电媒质203而言的其他媒质。

导引面波导探针200a包括馈送网络209，该馈送网络将激发源212经由例如垂直馈送线导体耦合至电荷端子T1。根据各种实施例，将电荷Q1施加于电荷端子T1以基于在任何给定瞬时施加至端子T1的电压而合成电场。取决于电场(E)的入射角(θ_i)，有可能将电场与包含区域1的损耗导电媒质203的表面上的导引面波导模态进行实质上地模态匹配。

通过考虑方程(1)-(6)的惹奈克闭合形式解，可将区域1与区域2之间的Leontovich阻抗边界条件表述为

其中为正垂直(+z)方向上的单位法向量，且为区域2中的磁场强度，其通过上文方程(1)表示。方程(13)暗示：方程(1)-(3)中指定的电磁场可沿边界界面产生径向表面电流密度，其中径向表面电流密度可由以下指定

其中A为常数。另外，应注意，接近于导引面波导探针200(对ρ<<λ而言)，上文方程(14)具有下述行为

负号是指：当源电流(I_o)如图3所例示向上垂直流动时，“接近”地的电流径向向内流动。通过对H_Φ的“接近”场匹配，可判定

其中在方程(1)-(6)及(14)中，q₁＝C₁V₁。因此，方程(14)的径向表面电流密度可重新表述如下

通过方程(1)-(6)及(17)表示的场具有结合至损耗界面而非与地波传播相关联的辐射场的传输线模态的性质。参见Barlow,H.M.及Brown,J.,Radio Surface Waves,OxfordUniversity Press,1962,第1-5页。

在此，针对波动方程的这些解提供方程(1)-(6)及(17)中使用的汉克尔函数的性质的回顾。可观察到，第一类及第二类以及第n阶的汉克尔函数是定义为第一类及第二类的标准贝索(Bessel)函数的复合组合

且(18)

这些函数分别表示径向向内及径向向外传播的柱面波。该定义类似于关系e^±jx＝cos x±j sin x。参见，例如，Harrington,R.F.,Time-Harmonic Fields,McGraw-Hill,1961,第460-463页。

那个为出射波，其可从出射波的大自变量渐近行为而被识别，该大自变量渐近行为是从J_n(x)及N_n(x)的级数定义直接获得。从导引面波导探针远离：

当乘以e^jωt时，其为向外传播柱面波，该向外传播柱面波为具有空间变化的形式e^j(ωt-kρ)。一阶(n＝1)解可自方程(20a)判定为

接近于导引面波导探针(对ρ<<λ而言)，一阶及第二类的汉克尔函数表现为

注意，这些渐近表达式为复数量。当x为实量时，方程(20b)及(21)相位相差其相应于45°的额外相位超前或“相位推进”或等效于λ/8。第二类的一阶汉克尔函数的接近渐近线及远离渐近线具有汉克尔“交叉”点或转变点，其中该等渐近线在ρ＝R_x的距离处具有相等量值。

因此，超过汉克尔交叉点，汉克尔函数的“远离”表示比“接近”表示占优势。至汉克尔交叉点的距离(或汉克尔交叉距离)可通过对-jγρ等化方程(20b)及(21)且针对R_x求解而得出。在x＝σ/ωε_o的情况下，可见，远离汉克尔函数渐近线及接近汉克尔函数渐近线为频率依赖性的，其中汉克尔交叉点随频率降低而向外移动。也应注意，汉克尔函数渐近线也可随损耗导电媒质的导电率(σ)改变而变化。例如，土壤的导电率可随天气条件的改变而变化。

参考图4，展示在1850kHz的操作频率下，针对σ＝0.010mhos/m的区域1导电率及相对电容率ε_r＝15的方程(20b)及(21)的一阶汉克尔函数的量值的曲线图的实例。曲线115为方程(20b)的远离渐近线的量值，且曲线118为方程(21)的接近渐近线的量值，其中汉克尔交叉点121出现在R_x＝54英尺的距离处。尽管量值相同，但在汉克尔交叉点121处两个渐近线之间存在相位偏移。亦可见：汉克尔交叉距离比操作频率的波长小得多。

考虑由区域2中惹奈克闭合形式解的方程(2)及(3)所得出的电场分量，可见E_z及E_ρ的比率渐近地传递成

其中n为方程(10)的复合折射率，且θ_i为电场的入射角。另外，方程(3)的模态匹配电场的垂直分量渐近地传递至

其与升高的电荷电子于端电压下的电容的孤立分量上的自由电荷成线性比例，q_自由＝C_自由×V_T。

例如，图3中升高的电荷端子T₁的高度H₁影响电荷端子T₁上自由电荷的量。当电荷端子T₁在区域1的地平面附近时，端子上的大多数电荷Q₁为「束缚的」。当电荷端子T₁升高时，束缚电荷减少直至电荷端子T₁达到实质上所有孤立电荷全部自由的高度。

电荷端子T₁的增加电容高程的优点在于：升高的电荷端子T₁上的电荷进一步自地平面移除，从而导致增加量的自由电荷q_自由将能量耦合至导引面波导模态中。当电荷端子T₁远离地平面移动时，电荷分布变成关于端子的表面更均匀分布的。自由电荷的量与电荷端子T₁的自电容有关。

例如，球形端子的电容可表示为地平面上方实体高度的函数。在理想地面上方的实体高度h处的球体的电容是由以下得出

C_{升高的球体}＝4πε_oa(1+M+M²+M³+2M⁴+3M⁵+…)，(24)其中球体的直径为2a，且其中M＝a/2h，其中h为球形端子的高度。如可见的，端子高度h的增加减小了电荷端子的电容C。可证实的是，对电荷端子T₁的处于直径的约四倍(4D＝8a)或更大的高度处的高程而言，电荷分布为关于球形端子大致均匀的，从而可改良向导引面波导模态中的耦合。

在足够孤立的端子的状况下，导电球体的自电容可通过C＝4πε_oa来近似，其中a为球体的半径(以米计)，且圆盘的自电容可通过C＝8ε_oa来近似，其中a为圆盘的半径(以米计)。电荷端子T₁可包括任何形状，诸如球体、圆盘、圆柱体、圆锥体、环体、罩、一或多个环或任何其他随机形状或形状的组合。可判定等效球形直径且将其用于电荷端子T₁的定位。

可参考图3的实例来进一步理解，其中电荷端子T₁升高到损耗导电媒质203上方h_p＝H₁的一实体高度处。为减少“束缚”电荷的效应，电荷端子T₁可定位在电荷端子T₁的球形直径(或等效球形直径)的至少四倍的实体高度处，以便减少束缚电荷效应。

接着参考图5A，展示通过图3的电荷端子T₁上的升高的电荷Q₁产生的电场的射线光学解释。如在光学中，使入射电场的反射最小化可改良和/或最大化耦合至损耗导电媒质203的导引面波导模态中的能量。对与入射平面(非边界界面)平行极化的电场(E_||)而言，入射电场的反射量可使用菲涅耳反射系数来判定，该菲涅耳反射系数可表示为

其中θ_i为相对于表面法线量测的常规入射角。

在图5A的实例中，射线光学解释展示与具有入射角θ_i的入射平面平行极化的入射场，该入射角是相对于表面法线来量测。当Γ_||(θ_i)＝0时，不存在入射电场的反射，且因此入射电场将沿损耗导电媒质203的表面完全地耦合至导引面波导模态中。可见，方程(25)的分子在入射角为以下时变为零

其中x＝σ/ωε_o。此复合入射角(θ_i,B)称为布鲁斯特角。返回参考方程(22)，可见方程(22)及(26)中存在相同的复合布鲁斯特角(θ_i,B)关系。

如图5A中所例示，电场向量E可描绘为传入的不均匀平面波，其与入射平面平行极化。电场向量E可自独立水平分量及垂直分量产生为

在几何上，图5A中的图解暗示电场向量E可由以下得出

E_ρ(ρ,z)＝E(ρ,z)cosθ_i，且(28a)

此意指场比(field ratio)为

称为“波面倾斜”的一般化参数W在本文表示为水平电场分量与垂直电场分量的比率，其由以下得出

或(30a)

其为复合的且具有量值及相位二者。对于区域2中的电磁波而言，波面倾斜角(Ψ)等于在与区域1的边界界面处波前的法线与边界界面的切线之间的角度。此可易于在图5B中见到，该图5B例示电磁波的等相表面及其针对径向圆柱导引面波的法线。在与理想导体的边界界面(z＝0)处，波前法线平行于边界界面的切线，从而引起W＝0。然而，在有损耗媒质的状况下，存在波面倾斜W，因为在z＝0处，波前法线不与边界界面的切线平行。

将方程(30b)应用于导引面波得出

在入射角等于复合布鲁斯特角(θ_i,B)的情况下，方程(25)的菲涅耳反射系数消失，如由以下所示

通过调整方程(22)的复合场比，入射场可合成来以复合角入射，在该复合角下，反射得以减少或消除。将此比率建立为产生以复合布鲁斯特角入射的合成电场，从而使得反射消失。

电性有效高度的概念可提供对利用导引面波导探针200合成具有复合入射角的电场的进一步见解。针对具有h_p的实体高度(或长度)的单极，电性有效高度(h_eff)已定义为

因为表达式取决于沿结构的源分布的量值及相位，所以有效高度(或长度)大体上为复合的。结构的分布电流I(z)的积分是于结构的实体高度(h_p)上进行，且经归一化至向上流动穿过结构的基底(或输入端)的地电流(I₀)。沿结构的分布电流可由以下表示

I(z)＝I_Ccos(β₀z)，(34)

其中β₀为结构上传播的电流的传播因子。在图3的实例中，I_C为沿导引面波导探针200a的垂直结构分布的电流。

例如，考虑馈送网络209，其包括结构的底部处的低损耗线圈(例如，螺旋形线圈)及连接在线圈与电荷端子T₁之间的垂直馈送线导体。归因于线圈(或螺旋延迟线)的相位延迟为θ_c＝β_pl_C，其中实体长度为l_C且传播因子为

其中V_f为结构上的速度因子，λ₀为供应频率下的波长，且λ_p为由速度因子V_f产生的传播波长。相对于接地(棒(stake))电流I₀量测相位延迟。

另外，沿垂直馈送线导体的长度l_w的空间相位滞延可由θ_y＝β_wl_w得出，其中β_w为垂直馈送线导体的传播相位常数。在一些实施方式中，空间相位延迟可通过θ_y＝β_wh_p来近似，因为导引面波导探针200a的实体高度h_p与垂直馈送线导体长度l_w之间的差异比供应频率下的波长(λ₀)小得多。因此，穿过线圈及垂直馈送线导体的总相位延迟为Φ＝θ_c+θ_y，且自该实体结构的底部馈送至线圈的顶部的电流为

I_C(θ_c+θ_y)＝I₀e^jΦ，(36)

其中总相位延迟Φ是相对于接地(棒)电流I₀来量测。因此，针对其中实体高度h_p<<λ₀的状况而言导引面波导探针200的电性有效高度可由以下来近似

在Φ的角度(或相移)下单极的复合有效高度(h_eff＝h_p)可经调整以使得源场匹配导引面波导模态，且使得导引面波发射至损耗导电媒质203上。

在图5A的实例中，射线光学用于例示在汉克尔交叉距离(R_x)121处具有复合布鲁斯特入射角(θ_i,B)的入射电场(E)的复合角度三角学。回想方程(26)，针对损耗导电媒质，布鲁斯特角为复合的且由以下指定

电气地，几何参数由电荷端子T₁的电性有效高度(h_eff)通过以下来关联

R_xtanψ_i,B＝R_x×W＝h_eff＝h_pe^jΦ，(39)

其中ψ_i,B＝(π/2)-θ_i,B为自损耗导电媒质的表面量测的布鲁斯特角。为耦合至导引面波导模态中，电场于汉克尔交叉距离处的波面倾斜可表示为电性有效高度及汉克尔交叉距离的比率

因为实体高度(h_p)及汉克尔交叉距离(R_x)皆为实量，所以在汉克尔交叉距离(R_x)处的期望导引面波倾斜角(Ψ)等于复合有效高度(h_eff)的相位(Φ)。此暗示：通过使线圈的供应点处的相位变化及因此在方程(37)中的相移，复合有效高度的相位Φ可经操纵以匹配导引面波导模态在汉克尔交叉点121处的波面倾斜角Ψ：Φ＝Ψ。

在图5A中，描绘直角三角形，该直角三角形具有沿损耗导电媒质表面为长度R_x的邻边及在射线124与损耗导电媒质表面127之间量测的复合布鲁斯特角ψ_i,B，该射线124在R_x处的汉克尔交叉点121与电荷端子T₁的中心之间延伸，且该损耗导电媒质表面介于汉克尔交叉点121与电荷端子T₁之间。在电荷端子T₁定位在实体高度h_p处且利用具有适当相位延迟Φ的电荷激发的情况下，所得电场在汉克尔交叉距离R_x处利用损耗导电媒质边界且以布鲁斯特角入射。在此等条件下，导引面波导模态可在无反射或在实质上可忽略反射的情况下激发。若在不改变有效高度(h_eff)相移Φ的情况下，电荷端子T₁的实体高度减小，则所得电场以布鲁斯特角与损耗导电媒质203在自导引面波导探针200的减小距离处相交。图6以图形例示减小电荷端子T₁的实体高度对距离的效应，其中电场以布鲁斯特角入射。在高度从h₃经由h₂减小至h₁时，电场以布鲁斯特角与损耗导电媒质(例如地球)相交的点移动得更靠近电荷端子位置。然而，如方程(39)指示的，电荷端子T₁的高度H₁(图3)应处于或高于实体高度(h_p)以便激发汉克尔函数的远离分量。利用定位在有效高度(h_eff)处或在该有效高度上方的电荷端子T₁，损耗导电媒质203可以布鲁斯特入射角(ψ_i,B＝(π/2)-θ_i,B)照射达汉克尔交叉距离(R_x)121或超过该汉克尔交叉距离，如图5A中所例示。为减少或最小化电荷端子T₁上的束缚电荷，高度应如上文所提及为电荷端子T₁的球形直径(或等效球形直径)的至少四倍。

导引面波导探针200可经配置以建立具有波面倾斜的电场，其相应于以复合布鲁斯特角照射损耗导电媒质203的表面的波，进而通过在R_x处、在汉克尔交叉点121处(或超过该汉克尔交叉点)与导引面波模态实质上模态匹配而激发径向表面电流。

参考图7，展示包括电荷端子T₁的导引面波导探针200b的实例的图形表示。AC源212充当用于电荷端子T₁的激发源，该AC源经由馈送网络209(图3)耦合至导引面波导探针200b，该馈送网络包含线圈215，诸如，例如螺旋形线圈。在其他实施方式中，AC源212可经由初级线圈感应耦合至线圈215。在一些实施例中，可包括阻抗匹配网络来改良和/或最大化AC源212与线圈215的耦合。

如图7所示，导引面波导探针200b可包括上电荷端子T₁(例如，在高度h_p处的球体)，其沿垂直轴z定位，该垂直轴z实质上垂直于通过损耗导电媒质203提供的平面。第二媒质206处于损耗导电媒质203上方。电荷端子T₁具有自电容C_T。在操作期间，取决于在任何给定瞬时施加至端子T₁的电压而将电荷Q₁施加于端子T₁。

在图7的实例中，线圈215在第一末端处耦合至接地棒218，且经由垂直馈送线导体221耦合至电荷端子T₁。在一些实施方式中，与电荷端子T₁的线圈连接可使用线圈215的分接头(tap)224来调整，如图7所示。线圈215可在操作频率下通过AC源212经由线圈215的下方部分处的分接头227来激励。在其他实施方式中，AC源212可经由初级线圈感应耦合至线圈215。

导引面波导探针200的构造及调整是基于各种操作条件，诸如传输频率、损耗导电媒质的条件(例如，土壤导电率σ及相对电容率ε_r)，及电荷端子T₁的大小。折射率可由方程(10)及(11)计算为

其中x＝σ/ωε_o而ω＝2πf。导电率σ及相对电容率ε_r可经由损耗导电媒质203的试验量测来测定。从表面法线量测的复合布鲁斯特角(θ_i,B)也可自方程(26)判定为

或从如图5A所示的表面量测为

在汉克尔交叉距离(W_Rx)处的波面倾斜也可使用方程(40)来得出。

汉克尔交叉距离也可通过对-jγρ等化方程(20b)及(21)的量值且针对R_x求解而得出，如图4所例示。电性有效高度可随后基于方程(39)使用汉克尔交叉距离及复合布鲁斯特角判定为

h_eff＝h_pe^jΦ＝R_xtanψ_i,B。(44)

如可以从方程(44)看出，复合有效高度(h_eff)包括与电荷端子T₁的实体高度(h_p)相关联的量值及与汉克尔交叉距离(R_x)处的波面倾斜角(Ψ)相关联的相位延迟(Φ)。利用这些变量及所选电荷端子T₁组态，有可能判定导引面波导探针200的组态。

利用定位在实体高度(h_p)处或该实体高度上方的电荷端子T₁，馈送网络209(图3)和/或将馈送网络连接至电荷端子T₁的垂直馈送线可经调整以将电荷端子T₁上的电荷Q₁的相位(Φ)与波面倾斜(W)的角度(Ψ)匹配。电荷端子T₁的大小可经选择以提供足够大的表面以供电荷Q₁施加于端子上。大体而言，意欲将电荷端子T₁制成与实际一样大。电荷端子T₁的大小应足够大以避免周围空气的离子化，该离子化可导致电荷端子周围的放电或发火花。

螺旋缠绕线圈的相位延迟θ_c可自马克士威方程判定，如已由Corum,K.L.及J.F.Corum,“RF Coils,Helical Resonators and Voltage Magnification by CoherentSpatial Modes,”Microwave Review,第7卷,第2期,2001年9月,第36-45页所论述，其以全文引用方式并入本文中。对具有H/D>1的螺旋形线圈而言，沿线圈的纵轴的波的传播速度(v)与光速(c)的比率或“速度因子”由以下得出

其中H为螺管螺旋的轴向长度，D为线圈直径，N为线圈的匝数，s＝H/N为线圈的匝至匝间隔(或螺旋节距)，且λ_o为真空波长。基于此关系，螺旋形线圈的电性长度或相位延迟由以下得出

若螺旋以螺旋方式缠绕或螺旋为短而宽的，则原理相同，但V_f及θ_c更易于通过实验量测获得。针对螺旋形传输线的特性(波)阻抗的表达式也已推导为

结构的空间相位延迟θ_y可使用垂直馈送线导体221的行进波相位延迟来判定(图7)。理想地平面上方的圆柱形垂直导体的电容可表示为

其中h_w为导体的垂直长度(或高度)，且a为半径(以mk为单位)。如同螺旋形线圈一般，垂直馈送线导体的行进波相位延迟可由以下得出

其中β_w为垂直馈送线导体的传播相位常数，h_w为垂直馈送线导体的垂直长度(或高度)，V_w为导线上的速度因子，λ₀为供应频率下的波长，且λ_w为由速度因子V_w产生的传播波长。对于均匀圆柱形导体而言，速度因子为具有V_w≈0.94的常数，或在约0.93至约0.98范围内的常数。若天线杆视为均匀传输线，则其平均特性阻抗可由以下近似

其中针对均匀圆柱形导体而言，V_w≈0.94，且a为导体的半径。已在业余无线电文献中用于单线馈送线的特性阻抗的替代表达式可由以下得出

方程(51)暗示单线馈送器的Z_w随频率而变化。相位延迟可基于电容及特性阻抗来判定。

利用如图3所示定位在损耗导电媒质203上的电荷端子T₁，馈送网络209可经调整以利用复合有效高度(h_eff)的相移(Φ)激发电荷端子T₁，该相移等于汉克尔交叉距离处的波面倾斜角(Ψ)或Φ＝Ψ。当满足此条件时，通过电荷端子T₁上的电荷振荡Q₁产生的电场耦合至沿损耗导电媒质203的表面行进的导引面波导模态中。例如，若布鲁斯特角(θ_i,B)、与垂直馈送线导体221(图7)相关联的相位延迟(θ_y)及线圈215(图7)的组态为已知，则分接头224(图7)的位置可经判定及调整来以相位Φ＝Ψ将振荡电荷Q₁施加于电荷端子T₁上。分接头224的位置可经调整以将行进面波最大化耦合至导引面波导模态中。超过分接头224的位置的过度线圈长度可经移除以减少电容效应。螺旋形线圈的垂直导线高度和/或几何参数也可有所变化。

与损耗导电媒质203的表面上的导引面波导模态耦合，可通过调谐导引面波导探针200以用于相对于与电荷端子T₁上的电荷Q₁相关联的复合影像平面的驻波共振而被改良和/或优化。通过进行此举，导引面波导探针200的效能可经调整以用于电荷端子T₁上的增加的和/或最大的电压(及因此电荷Q₁)。返回参考图3，区域1中损耗导电媒质203的效应可使用影像理论分析来检查。

实体上，置放在理想导电平面上的升高的电荷Q₁吸引该理想导电平面上的自由电荷，该自由电荷随后在升高的电荷Q₁下方的区域中“堆积”。理想导电平面上的“束缚”电流的所得分布类似于钟形曲线。升高的电荷Q₁的电势加上该升高的电荷之下的感应“堆积”电荷的电势的迭加，促成理想导电平面的零等位面。可使用影像电荷的经典概念来获得描述理想导电平面上方的区域中的场的边界值问题解，其中来自升高的电荷的场与来自理想导电平面下方的相应“影像”电荷的场进行迭置。

此分析也可通过假定导引面波导探针200的下有效影像电荷Q₁’的存在而相对于损耗导电媒质203来使用。有效影像电荷Q₁’与电荷端子T₁上的电荷Q₁关于导电影像地平面130重合，如图3所例示。然而，影像电荷Q₁’不仅仅位于某个真实深度处且与电荷端子T₁上的初级源电荷Q₁ 180°异相，如在理想导体的状况下这些电荷的情况那样。而是，损耗导电媒质203(例如，陆界媒质)存在相移影像。换言之，影像电荷Q₁’处于损耗导电媒质203的表面(或物理边界)下方的复合深度处。对于复合影像深度的论述，参考Wait,J.R.,“ComplexImage Theory—Revisited”,IEEE Antennas and Propagation Magazine,第33卷,第4期,1991年8月,第27-29页，其以全文引用方式并入本文中。

替代处于等于电荷Q₁的实体高度(H₁)的深度处的影像电荷Q₁’，导电影像地平面130(表示理想导体)位于z＝-d/2的复合深度处，且影像电荷Q₁’出现在复合深度处(即，“深度”具有量值及相位)，其由-D₁＝-(d/2+d/2+H₁)≠H₁得出。对于地球上的垂直极化源而言，

其中

且(53)

如方程(12)中所指示。影像电荷的复合间隔继而暗示：外场将经历在界面为介电质或理想导体时不会遭遇的额外相移。在损耗导电媒质中，在z＝-d/2处而非在区域1与区域2之间的边界界面处，波前法线平行于导电影像地平面130的切线。

考虑图8A所例示的状况，其中损耗导电媒质203为具有实体边界136的有限导电地球133。有限导电地球133可由理想导电影像地平面139(如图8B所示)替代，该理想导电影像地平面位于实体边界136下方的复合深度z₁处。当向下看向实体边界136处的界面时，此等效表示展现相同阻抗。图8B的等效表示可模型化为等效传输线，如图8C所示。等效结构的横截面是表示为(z-导向)端负载传输线，其中理想导电影像平面的阻抗为短路(z_s＝0)。深度z₁可通过将向下看地球时的TEM波阻抗等同成看向图8C的传输线所见的影像地平面阻抗z_in而判定。

在图8A的状况下，上部区域(空气)142中的传播常数及波固有阻抗为

在损耗地球133中，传播常数及波固有阻抗为

且(57)

对于法向入射而言，图8B的等效表示等效于TEM传输线，该TEM传输线的特性阻抗为空气的特性阻抗(z₀)，而传播常数为γ₀且其长度为z₁。因此，针对图8C的短接传输线而在接口处所见的影像地平面阻抗z_in由以下得出

Z_in＝Z_otanh(γ_oz₁)(59)

将与图8C的等效模型相关联的影像地平面阻抗z_in等同成图8A的法向入射波阻抗且针对z₁求解而得出至短路(理想导电影像地平面139)的距离为

其中针对此近似而仅考虑反双曲线正切的级数展开的首项。注意，在空气区域142中，传播常数为γ_o＝jβ_o，因此Z_in＝jZ_otanβ_oz₁(其为实z₁的纯虚量)，但若σ≠0，则z_e为复合值。因此，仅在z₁为复合距离时，z_in＝z_e。

因为图8B的等效表示包括理想导电影像地平面139，所以位于地球的表面(实体边界136)处的电荷或电流的影像深度等于影像地平面139的另一侧上的距离z₁，或d＝地球表面(位于z＝0)之下的2×z₁。因此，至理想导电影像地平面139的距离可由以下来近似

另外，“影像电荷”将“等于且相反于”真实电荷，因此在深度z₁＝-d/2处的理想导电影像地平面139的电势将为零。

若电荷Q₁升高至地球的表面上方的距离H₁，如图3中所例示，则影像电荷Q₁’驻留在表面下方的D₁＝d+H₁的复合距离处，或影像地平面130下方的d/2+H₁的复合距离处。图7的导引面波导探针200b可模型化为等效单线传输线影像平面模型，其可基于图8B的理想导电影像地平面139。图9A展示等效单线传输线影像平面模型的实例，且图9B例示等效经典传输线模型的实例，其包括图8C的短接的传输线。

在图9A及9B的等效影像平面模型中，Φ＝θ_y+θ_c为参考地球133(或损耗导电媒质203)的导引面波导探针200的行进波相位延迟，θ_c＝β_pH为线圈215(图7)的电性长度，其具有实体长度H(以度数表示)，θ_y＝β_wh_w为垂直馈送线导体221(图7)的电性长度，其具有实体长度h_w(以度数表示)，且θ_d＝β₀d/2为影像地平面139与地球133(或损耗导电媒质203)的实体边界136之间的相移。在图9A及9B的实例中，Z_w为升高的垂直馈送线导体221的特性阻抗(以欧姆计)，Z_c为线圈215的特性阻抗(以欧姆计)，且Z_O为真空的特性阻抗。

在导引面波导探针200的基底处，“向上看”向结构中所见的阻抗为Z_↑＝Z_基底。在负载阻抗为以下的情况下：

其中C_T为电荷端子T₁的自电容，“向上看”向垂直馈送线导体221(图7)中所见的阻抗由以下得出：

且“向上看”向线圈215(图7)中所见的阻抗由以下得出：

在导引面波导探针200的基底处，“向下看”向损耗导电媒质203所见的阻抗为Z_↓＝Z_in，其由以下得出：

其中Z_s＝0。

忽略损耗，等效影像平面模型可经调谐以在实体边界136处在Z_↓+Z_↑＝0时共振。或者，在低损耗状况下，在实体边界136处X_↓+X_↑＝0，其中X为相应无功分量。因此，“向上看”向导引面波导探针200中时实体边界136处的阻抗为“向下看”向损耗导电媒质203中时实体边界136处的阻抗的共轭。通过调整电荷端子T₁的负载阻抗Z_L同时维持行进波相位延迟Φ等于媒质的波面倾斜角Ψ以使得Φ＝Ψ，从而改良和/或最大化探针的电场沿损耗导电媒质203(例如，地球)的表面与导引面波导模态的耦合，图9A及9B的等效影像平面模型可经调谐以相对于影像地平面139共振。以此方式，等效复合影像平面模型的阻抗为纯电阻性的，其维持探针结构上的迭置驻波，从而最大化电压及端子T₁上的升高的电荷，且通过方程(1)-(3)及(16)最大化传播面波。

自汉克尔解得到的是，通过导引面波导探针200激发的导引面波为向外传播行进波。在导引面波导探针200(图3和图7)的电荷端子T₁与接地棒218之间沿馈送网络209的源分布事实上是由结构上的行进波加驻波的迭加而构成。利用定位在实体高度h_p处或上方的电荷端子T₁，移动穿过馈送网络209的行进波的相位延迟是匹配至与损耗导电媒质203相关联的波面倾斜角。此模态匹配允许沿损耗导电媒质203发射行进波。一旦已对行进波建立相位延迟，电荷端子T₁的负载阻抗Z_L经调整以使探针结构相对于影像地平面(图3的130或图8的139)进行驻波共振，该影像地平面处于-d/2的复合深度处。在那种状况下，自影像地平面所见的阻抗具有零电抗，且电荷端子T₁上的电荷得以最大化。

行进波现象与驻波现象之间的区别在于：(1)长度d的传输线区段(有时称为“延迟线”)上的行进波相位延迟(θ＝βd)是归因于传播时间延迟；而(2)驻波(其由正向传播波及反向传播波构成)的位置依赖性相位取决于不同特性阻抗的线区段之间的接口处的线长度传播时间延迟及阻抗转变两者。除归因于以正弦稳态操作的传输线区段的实体长度而产生的相位延迟之外，存在处于阻抗不连续性下的额外反射系数相位，此归因于Z_oa/Z_ob的比率，其中Z_oa及Z_ob为两个传输线区段的特性阻抗，诸如，例如，特性阻抗Z_oa＝Z_c的螺旋形线圈区段(第9B图)及特性阻抗Z_ob＝Z_w的笔直垂直馈送线导体区段(第9B图)。

由于此现象，具有广泛不同特性阻抗的两个相对短的传输线区段可用于提供很大的相移。例如，由一起总计为0.05λ的实体长度的两个传输线区段(一个具有低阻抗而一个具有高阻抗)构成的探针结构可制造来提供等效于0.25λ共振的90°相移。这归因于特性阻抗的大的跳跃。以此方式，实体上短的探针结构可在电气上比组合的两个实体长度更长。此例示于第9A及9B图中，其中阻抗比的不连续性提供相位的大的跳跃。阻抗不连续性在区段连结在一起的情况下提供实质相移。

参考图10，展示流程图150，其例示调整导引面波导探针200(图3及7)以与损耗导电媒质的表面上的导引面波导模态实质上模态匹配的实例，该导引面波导探针沿损耗导电媒质203(图3)的表面发射导引面行进波。以153开始，导引面波导探针200的电荷端子T₁是定位于损耗导电媒质203上方的限定高度处。利用损耗导电媒质203的特性及导引面波导探针200的操作频率，汉克尔交叉距离也可如图4所例示通过对-jγρ的方程(20b)及(21)的量值，且针对R_x求解而得出。复合折射率(n)可使用方程(41)判定，且复合布鲁斯特角(θ_i,B)可随后自方程(42)判定。电荷端子T₁的实体高度(h_p)可随后自方程(44)判定。电荷端子T₁应处于实体高度(h_p)或高于该实体高度，以便激发汉克尔函数的远离分量。在发射面波时最初考虑此高度关系。为减少或最小化电荷端子T₁上的束缚电荷，高度应为电荷端子T₁的球形直径(或等效球形直径)的至少四倍。

在156处，将电荷端子T₁上的升高的电荷Q₁的电性相位延迟Φ与复合波倾斜角Ψ匹配。螺旋形线圈的相位延迟(θ_c)和/或垂直馈送线导体的相位延迟(θ_y)可经调整以使得Φ等于波面倾斜(W)的角度(Ψ)。基于方程(31)，波面倾斜角(Ψ)可自以下判定：

电性相位Φ可随后与波面倾斜角匹配。接着在发射面波时考虑此角度(或相位)关系。例如，电性相位延迟Φ＝θ_c+θ_y可通过使线圈215(图7)的几何参数和/或垂直馈送线导体221(图7)的长度(或高度)变化而调整。通过匹配Φ＝Ψ，电场可在边界界面处以复合布鲁斯特角建立在汉克尔交叉距离(R_x)处或超出该汉克尔交叉距离以便激发面波导模态且沿损耗导电媒质203发射行进波。

接着在159处，电荷端子T₁的负载阻抗经调谐以使导引面波导探针200的等效影像平面模型共振。图9A及9B的导电影像地平面139(或图3的130)的深度(d/2)可使用方程(52)、(53)及(54)及可量测的损耗导电媒质203(例如，地球)的值来判定。使用该深度，影像地平面139与损耗导电媒质203的实体边界136之间的相移(θ_d)可使用θ_d＝β_od/2来判定。如“向下看”向损耗导电媒质203中所见的阻抗(Z_in)可随后使用方程(65)来判定。可考虑此共振关系来最大化发射面波。

基于线圈215的经调整参数及垂直馈送线导体221的长度，可使用方程(45)至(51)判定速度因子、相位延迟及线圈215及垂直馈送线导体221的阻抗。另外，电荷端子T₁的自电容(C_T)可使用例如方程(24)来判定。线圈215的传播因子(β_p)可使用方程(35)来判定且垂直馈送线导体221的传播相位常数(β_w)可使用方程(49)来判定。使用线圈215及垂直馈送线导体221的自电容及测定值，如“向上看”向线圈215中所见的导引面波导探针200的阻抗(Z_基底)可使用方程(62)、(63)及(64)来判定。

导引面波导探针200的等效影像平面模型可经调谐以通过调整负载阻抗Z_L以使得Z_基底的电抗分量X_基底抵消Z_in的电抗分量X_in或X_基底+X_in＝0来共振。因此，“向上看”向导引面波导探针200中时实体边界136处的阻抗为“向下看”向损耗导电媒质203中时实体边界136处的阻抗的共轭。负载阻抗Z_L可通过使电荷端子T₁的电容(C_T)变化而不改变电荷端子T₁的电性相位延迟Φ＝θ_c+θ_y来调整。可采取迭代方法来调谐负载阻抗Z_L以用于等效影像平面模型相对于导电影像地平面139(或130)的共振。以此方式，电场与导引面波导模态沿损耗导电媒质203(例如，地球)的表面的耦合可得以改良和/或最大化。

这可通过例示具有数值实例的情形来更好地理解。考虑导引面波导探针200，其包含实体高度h_p的顶部负载垂直短线，而电荷端子T₁处于顶部处，其中电荷端子T₁经由螺旋形线圈及垂直馈送线导体以1.85MHz的操作频率(f_o)来激发。利用16英尺的高度(H₁)及具有ε_r＝15的相对电容率及σ₁＝0.010mhos/m的导电率的损耗导电媒质203(例如，地球)，若干面波传播参数可针对f_o＝1.850MHz来计算。在此等条件下，汉克尔交叉距离可得出为R_x＝54.5英尺，其中实体高度为h_p＝5.5英尺，该实体高度完全处于电荷端子T₁的实际高度下方。尽管可能已使用H₁＝5.5英尺的电荷端子高度，但是较高探针结构减少束缚电容，从而允许电荷端子T₁上较大百分比的自由电荷，进而提供较大场强及对行进波的激发。

波长可判定为：

其中c为光速。根据方程(41)，复合折射率为：

其中x＝σ₁/ωε_o，其中ω＝2πf_o，且根据方程(42)，复合布鲁斯特角为：

使用方程(66)，波面倾斜值可判定为：

因此，螺旋形线圈可经调整以匹配Φ＝Ψ＝40.614°

垂直馈送线导体(近似为具有0.27英寸的直径的均匀圆柱形导体)的速度因子可得出为V_w≈0.93。因为h_p<<λ₀，所以垂直馈送线导体的传播相位常数可近似为：

根据方程(49)，垂直馈送线导体的相位延迟为：

θ_y＝β_wh_w≈β_wh_p＝11.640°。(72)

通过调整螺旋形线圈的相位延迟以使得θ_c＝28.974°＝40.614°-11.640°，Φ将等于Ψ以匹配导引面波导模态。为例示Φ与Ψ之间的关系，图11展示在频率范围内二者的曲线图。因为Φ及Ψ二者为频率依赖性的，所以可见其各别曲线在大致1.85MHz处彼此交叉。

对于具有0.0881英寸的导体直径、30英寸的线圈直径(D)及4英寸的匝至匝间隔(s)的螺旋形线圈而言，线圈的速度因子可使用方程(45)判定为：

且根据方程(35)，传播因子为：

在θ_c＝28.974°的情况下，螺管螺旋的轴向长度(H)可使用方程(46)判定以使得：

此高度决定螺旋形线圈上连接垂直馈送线导体的位置，从而产生具有8.818匝的线圈(N＝H/s)。

在线圈及垂直馈送线导体的行进波相位延迟经调整以匹配波面倾斜角(Φ＝θ_c+θ_y＝Ψ)的情况下，电荷端子T₁的负载阻抗(Z_L)可经调整以用于导引面波探针200的等效影像平面模型的驻波共振。根据地球的所量测电容率、导电率及磁导率，径向传播常数可使用方程(57)来判定

此外，导电影像地平面的复合深度可自方程(52)近似为：

其中导电影像地平面与地球的实体边界之间的相应相移由以下得出：

θ_d＝β_o(d/2)＝4.015-j4.73°。(78)

使用方程(65)，“向下看”向损耗导电媒质203(亦即，地球)中所见的阻抗可判定为：

Z_in＝Z_otanh(jθ_d)＝R_in+jX_in＝31.191+j26.27欧姆。(79)

通过将“向下看”向损耗导电媒质203中所见的无功分量(X_in)与“向上看”向导引面波探针200中所见的无功分量(X_基底)匹配，可最大化向导引面波导模态中的耦合。这可通过调整电荷端子T₁的电容而不改变线圈及垂直馈送线导体的行进波相位延迟来完成。例如，通过调整电荷端子电容(C_T)至61.8126pF，根据方程(62)，负载阻抗为：

且边界处的无功分量为匹配的。

使用方程(51)，垂直馈送线导体(具有0.27英寸的直径(2a))的阻抗得出为

且“向上看”向垂直馈送线导体中所见的阻抗由方程(63)得出为：

使用方程(47)，螺旋形线圈的特性阻抗得出为

且“向上看”向基底处的线圈中所见的阻抗由方程(64)得出为：

当与方程(79)的解比较时，可见无功分量为相反且近似相等的，且因此彼此共轭。因此，从理想导电影像地平面“向上看”向图9A及9B的等效影像平面模型中所见的阻抗(Z_ip)仅为电阻性的或Z_ip＝R+j0。

当通过导引面波导探针200(图3)产生的电场通过将馈送网络的行进波相位延迟与波面倾斜角匹配而建立且探针结构相对于理想导电影像地平面在复合深度z＝-d/2处共振时，场与损耗导电媒质的表面上的导引面波导模态实质上模态匹配，导引面行进波沿损耗导电媒质的表面发射。如图1所例示，导引电磁场的导引场强曲线103具有的特性指数衰减，且在log-log尺度上展现区别性膝部109。

总之，在分析学上及实验上，导引面波导探针200的结构上的行进波分量在该导引面波导探针的上端子处具有相位延迟(Φ)，该相位延迟匹配表面行进波的波面倾斜角(Ψ)(Φ＝Ψ)。在此条件下，面波导可考虑为“模态匹配的”。此外，导引面波导探针200的结构上的共振驻波分量在电荷端子T₁处具有V_MAX，且在影像平面139(图8B)下方具有V_MIN，其中在z＝-d/2的复合深度处而非在损耗导电媒质203的实体边界136(图8B)处的连接处，Z_ip＝R_ip+j0。最后，电荷端子T₁具有图3的足够高度H₁(h≥R_xtanψ_i,B)，以使得以复合布鲁斯特角入射至损耗导电媒质203上的电磁波在距离(≥R_x)处如此实现，其中项是占主导的。接收电路可与一或多个导引面波导探针一起用以促进无线传输和/或功率递送系统。

返回参考图3，导引面波导探针200的操作可经控制以调整与导引面波导探针200相关联的操作条件的变化。例如，适应性探针控制系统230可用于控制馈送网络209和/或电荷端子T₁以控制导引面波导探针200的操作。操作条件可包括但不限于损耗导电媒质203的特性(例如，导电率σ及相对电容率ε_r)的变化、场强的变化和/或导引面波导探针200的负载变化。如自方程(31)、(41)及(42)可见，折射率(n)、复合布鲁斯特角(θ_i,B)及波面倾斜(|W|e^jΨ)可受由例如天气条件引起的土壤导电率及电容率变化的影响。

诸如例如导电率量测探针、电容率传感器、地面参数量计、场强计、电流监测器和/或负载接收器的设备可用于监测操作条件的改变，且向适应性探针控制系统230提供关于电流操作条件的信息。探针控制系统230可随后对导引面波导探针200进行一或多次调整以维持用于导引面波导探针200的指定操作条件。例如，在湿度及温度变化时，土壤的导电率也变化。导电率量测探针和/或电容率传感器可位于导引面波导探针200周围的多个位置处。通常，意欲针对操作频率监测汉克尔交叉距离R_x处或约汉克尔交叉距离R_x处的导电率和/或电容率。导电率量测探针和/或电容率传感器可位于导引面波导探针200周围的多个位置(例如，在每一象限中)。

导电率量测探针和/或电容率传感器可经配置以周期性地评估导电率和/或电容率且向探针控制系统230传达信息。信息可经由网络传达至探针控制系统230，该网络诸如但不限于LAN、WLAN、蜂窝式网络或其他适当的有线或无线通信网路。基于所监测导电率和/或电容率，探针控制系统230可评估折射率(n)、复合布鲁斯特角(θ_i,B)和/或波面倾斜(|W|e^jΨ)的变化，且调整导引面波导探针200以维持馈送网络209的相位延迟(Φ)等于波面倾斜角(Ψ)和/或维持导引面波导探针200的等效影像平面模型的共振。这可通过调整例如θ_y、θ_c和/或C_T来完成。例如，探针控制系统230可调整电荷端子T₁的自电容和/或施加至电荷端子T₁的相位延迟(θ_y,θ_c)以维持导引面波的电性发射效率处于其最大值或在其最大值附近。例如，电荷端子T₁的自电容可通过改变端子的大小而变化。电荷分布也可通过增加电荷端子T₁的大小而改良，从而可减少自电荷端子T₁放电的机会。在其他实施例中，电荷端子T₁可包括可经调整以改变负载阻抗Z_L的可变电感。施加至电荷端子T₁的相位可通过使线圈215(图7)上的分接头位置变化和/或通过包括沿线圈215的复数个预定义分接头且在不同预定义分接头位置之间切换来最大化发射效率而调整。

场或场强(field strength；FS)计也可在导引面波导探针200附近分布以量测与导引面波相关联的场的场强。场或FS计可经配置以检测场强和/或场强(例如，电场强度)的改变且向探针控制系统230传达信息。信息可经由网络传达至探针控制系统230，该网络诸如但不限于LAN、WLAN、蜂窝式网络或其他适当的通信网路。在操作期间负载和/或环境条件改变或变化时，导引面波导探针200可经调整以维持FS计位置处的指定场强，以便确保向接收器及这些接收器供应的负载的适当功率传输。

例如，施加至电荷端子T₁的相位延迟(Φ＝θ_y+θ_c)可经调整以匹配波面倾斜角(Ψ)。通过调整一个或两个相位延迟，导引面波导探针200可经调整以确保相应于复合布鲁斯特角的波面倾斜。这可通过调整线圈215(图7)上的分接头位置以改变供应至电荷端子T₁的相位延迟而完成。供应至电荷端子T₁的电压水平也可增加或减小以调整电场强度。这可通过调整激发源212的输出电压或通过调整或重新设置馈送网络209而完成。例如，用于AC源212的分接头227(图7)的位置可经调整以增加电荷端子T₁所见的电压。维持场强水平于预定义范围内可改良通过接收器的耦合，减少地电流损耗且避免干扰自其他导引面波导探针200的传输。

探针控制系统230可利用硬件、固件、通过硬件执行的软件或其组合而实行。例如，探针控制系统230可包括处理电路系统，该处理电路系统包括处理器及内存，二者皆可耦合至局部接口，诸如，例如具有伴随控制/地址总线的数据总线，如可由一般技术人员所了解的。探针控制应用程序可通过处理器执行来基于所监测条件而调整导引面波导探针200的操作。探针控制系统230也可包括一或多个网络接口以用于与各种监测装置通信。通信可经由网络实现，该网络诸如但不限于LAN、WLAN、蜂窝式网络或其他适当的通信网路。探针控制系统230可包含例如计算机系统，诸如服务器、桌面计算机、膝上型计算机或具有类似能力的其他系统。

返回参考图5A的实例，展示复合角度三角学以用于电荷端子T₁的在汉克尔交叉距离(R_x)处具有复合布鲁斯特角(θ_i,B)的入射电场(E)的射线光学解释。回想针对损耗导电媒质，布鲁斯特角为复合的且由方程(38)指定。电气地，几何参数由电荷端子T₁的电性有效高度(h_eff)通过方程(39)来关联。因为实体高度(h_p)及汉克尔交叉距离(R_x)皆为实量，所以在汉克尔交叉距离(W_Rx)处的期望导引面波倾斜角等于复合有效高度(h_eff)的相位(Φ)。在电荷端子T₁定位在实体高度h_p处且利用具有适当相位Φ的电荷激发的情况下，所得电场在汉克尔交叉距离R_x处利用损耗导电媒质边界且以布鲁斯特角入射。在此等条件下，导引面波导模态可在无反射或在实质上可忽略反射的情况下激发。

然而，方程(39)意指导引面波导探针200的实体高度可以是相对小的。尽管这将激发导引面波导模态，但这可导致具有极少自由电荷的过度大的束缚电荷。为了补偿，电荷端子T₁可提高至适当高程以增加自由电荷的量。作为一个示例性经验法则，电荷端子T₁可定位在电荷端子T₁的有效直径的约4-5倍(或更多倍)的高程处。图6例示将电荷端子T₁提高至图5A所示的实体高度(h_p)上方的效应。增加的高程引起波面倾斜入射损耗导电媒质所处的距离移动超出汉克尔交叉点121(图5A)。为改良导引面波导模态中的耦合且因此提供导引面波的较大发射效率，下补偿端子T₂可用于调整电荷端子T₁的总有效高度(h_TE)，以使得汉克尔交叉距离处的波面倾斜处于布鲁斯特角。

参考图12，展示导引面波导探针200c的实例，该导引面波导探针包括升高的电荷端子T₁及下补偿端子T₂，这些端子沿垂直轴z布置，该垂直轴与通过损耗导电媒质203提供的平面成法向。就此而言，电荷端子T₁是直接地置放于补偿端子T₂上方，尽管有可能可使用两个或两个以上电荷和/或补偿端子T_N的一些其他布置。根据本公开内容的实施例，导引面波导探针200c是安置于损耗导电媒质203上方。损耗导电媒质203构成区域1，而第二媒质206构成区域2，其与损耗导电媒质203共享边界界面。

导引面波导探针200c包括馈送网络209，该馈送网络将激发源212耦合至电荷端子T₁及补偿端子T₂。根据各种实施例，电荷Q₁及Q₂可施加于各自的电荷端子T₁及补偿端子T₂，这取决于在任何给定瞬时施加至端子T₁及T₂的电压。I₁为经由端子引线馈送电荷端子T₁上的电荷Q₁的传导电流，且I₂为经由端子引线馈送补偿端子T₂上的电荷Q₂的传导电流。

根据图12的实施例，电荷端子T₁是定位在损耗导电媒质203上的实体高度H₁处，且补偿端子T₂是沿垂直轴z直接定位在T₁下方的实体高度H₂处，其H₂小于H₁。传输结构的高度h可计算为h＝H₁-H₂。电荷端子T₁具有孤立(或自)电容C₁，且补偿端子T₂具有孤立(或自)电容C₂。互电容C_M也可在端子T₁与端子T₂之间存在，这取决于端子之间的距离。在操作期间，电荷Q₁及Q₂是分别施加于电荷端子T₁及补偿端子T₂，这取决于在任何给定瞬时施加至电荷端子T₁及补偿端子T₂的电压。

接着参考图13，展示通过图12的电荷端子T₁上的升高的电荷Q₁及补偿端子T₂产生的效应的射线光学解释。在电荷端子T₁升高至射线与损耗导电媒质在大于汉克尔交叉点121的距离处以布鲁斯特角相交(如线163所例示)的高度的情况下，补偿端子T₂可用于通过补偿增加的高度而调整h_TE。补偿端子T₂的效应在于减少导引面波导探针的电性有效高度(或有效地提高损耗媒质接口)以使得汉克尔交叉距离处的波面倾斜处于布鲁斯特角，如线166所例示。

总有效高度可写为与电荷端子T₁相关联的上有效高度(h_UE)及与补偿端子T₂相关联的下有效高度(h_LE)的迭加，以使得

其中Φ_U为施加至上电荷端子T₁的相位延迟，Φ_L为施加至下补偿端子T₂的相位延迟，β＝2π/λ_p为来自方程(35)的传播因子，h_p为电荷端子T₁的实体高度且h_d为补偿端子T₂的实体高度。若考虑额外的引线长度，则该引线长度可通过向电荷端子T₁的实体高度h_p增加电荷端子引线长度z及向补偿端子T₂的实体高度h_d增加补偿端子引线长度y来解释，如下所示

下有效高度可用于调整总有效高度(h_TE)以等于图5A的复合有效高度(h_eff)。

方程(85)或(86)可用于判定补偿端子T₂的下圆盘的实体高度及相位角以馈送端子，以便获得在汉克尔交叉距离处的期望波面倾斜。例如，方程(86)可重写为施加至电荷端子T₁的相移随补偿端子高度(h_d)变化以得出

为了判定补偿端子T₂的定位，可利用上文论述的关系。首先，总有效高度(h_TE)为上电荷端子T₁的复合有效高度(h_UE)及下补偿端子T₂的复合有效高度(h_LE)的迭加，如在方程(86)中所表示。接着，入射角的切线可在几何上表示为

其等于波面倾斜W的定义。最终，给定期望汉克尔交叉距离R_x，h_TE可经调整以使得入射射线的波面倾斜匹配汉克尔交叉点121处的复合布鲁斯特角。这可通过调整h_p、Φ_U和/或h_d来完成。

在导引面波导探针的实例的上下文中论述时，该概念可得以更好地理解。参考图14，展示导引面波导探针200d的实例的图形表示，该导引面波导探针包括上电荷端子T₁(例如，高度h_T处的球体)及下补偿端子T₂(例如，在高度h_d处的圆盘)，该下补偿端子沿垂直轴z定位，该垂直轴与通过损耗导电媒质203提供的平面实质上成法向。在操作期间，电荷Q₁及Q₂是分别施加于电荷端子T₁及补偿端子T₂，其取决于在任何给定瞬时施加至端子T₁及T₂的电压。

AC源212充当用于电荷端子T₁的激发源，该AC源经由馈送网络209耦合至导引面波导探针200d，该馈送网络包含线圈215，诸如，例如螺旋形线圈。AC源212可经由分接头227跨接线圈215的下方部分，如图14所示，或可经由初级线圈感应耦合至线圈215。线圈215可在第一末端处耦合至接地棒218且在第二末端处耦合至电荷端子T₁。在一些实施方式中，与电荷端子T₁的连接可使用线圈215的第二末端处的分接头224来调整。补偿端子T₂定位于损耗导电媒质203(例如，地面或地球)上方且与该损耗导电媒质实质上平行，且经由耦合至线圈215的分接头233来激励。位于线圈215与接地棒218之间的安培计236可用于提供对在导引面波导探针的基底处的电流(I₀)的量值的指示。替代地，可围绕耦合至接地棒218的导体使用电流夹钳以获得对电流(I₀)的量值的指示。

在图14的实例中，线圈215在第一末端处耦合至接地棒218，且在第二末端处经由垂直馈送线导体221耦合至电荷端子T₁。在一些实施方式中，与电荷端子T₁的连接可使用线圈215的第二末端处的分接头224来调整，如图14所示。线圈215可在操作频率下通过AC源212经由线圈215的下方部分处的分接头227来激励。在其他实施方式中，AC源212可经由初级线圈感应耦合至线圈215。补偿端子T₂经由耦合至线圈215的分接头233激励。位于线圈215与接地棒218之间的安培计236可用于提供对在导引面波导探针200d的基底处的电流的量值的指示。替代地，可围绕耦合至接地棒218的导体使用电流夹钳以获得对电流的量值的指示。补偿端子T₂定位于损耗导电媒质203(例如，地面)上方且与该损耗导电媒质实质上平行。

在图14的实例中，与位于线圈215上的电荷端子T₁的连接处于用于补偿端子T₂的分接头233的连接点上方。此种调整允许增加的电压(及因此较高的电荷Q₁)施加至上电荷端子T₁。在其他实施例中，用于电荷端子T₁及补偿端子T₂的连接点可为反向的。有可能调整导引面波导探针200d的总有效高度(h_TE)以激发在汉克尔交叉距离R_x处具有导引面波倾斜的电场。汉克尔交叉距离也可通过对-jγρ等化方程(20b)及(21)的量值且针对R_x求解而得出，如图4所例示。折射率(n)、复合布鲁斯特角(θ_i,B及ψ_i,B)、波面倾斜(|W|e^jΨ)及复合有效高度(h_eff＝h_pe^jΦ)可如相对于上文方程(41)-(44)所述来判定。

利用所选的电荷端子T₁组态，可判定球形直径(或有效球形直径)。例如，若电荷端子T₁并不配置为球体，则端子组态可模型化为具有有效球形直径的球形电容。电荷端子T₁的大小可经选择以提供足够大的表面以供电荷Q₁施加于端子上。大体而言，意欲将电荷端子T₁制成与实际一样大。电荷端子T₁的大小应足够大以避免周围空气的离子化，该离子化可导致电荷端子周围的放电或发火花。为减少电荷端子T₁上的束缚电荷的量，在电荷端子T₁上提供自由电荷以用于发射导引面波的期望高程应为损耗导电媒质(例如，地球)上方的有效球形直径的至少4-5倍。补偿端子T₂可用于调整导引面波导探针200d的总有效高度(h_TE)以激发在R_x处具有导引面波倾斜的电场。补偿端子T₂可定位在电荷端子T₁下方的h_d＝h_T-h_p处，其中h_T为电荷端子T₁的总实体高度。在补偿端子T₂的位置安装且相位延迟Φ_U施加至上电荷端子T₁的情况下，施加至下补偿端子T₂的相位延迟Φ_L可使用方程(86)的关系来判定，以使得：

在替代实施例中，补偿端子T₂可定位于高度h_d处，其中Im{Φ_L}＝0。此在图15A中以图形例示，其分别展示Φ_U的虚部及实部的曲线图172及175。补偿端子T₂定位于高度h_d处，其中Im{Φ_U}＝0，如曲线图172中以图形所例示的。在此固定高度处，线圈相位Φ_U可自Re{Φ_U}判定，如在曲线图175中以图形所例示的。

利用耦合至线圈215的AC源212(例如，在50Ω点处以最大化耦合)，分接头233的位置可经调整以用于在操作频率下补偿端子T₂与线圈的至少一部分并联共振。图15B展示图14的通用电性接线图(hookup)的示意图，其中V₁为自AC源212经由分接头227施加至线圈215的下方部分的电压，V₂为分接头224处的电压，其供应至上电荷端子T₁，且V₃为经由分接头233施加至下补偿端子T₂的电压。电阻R_p及R_d分别表示电荷端子T₁及补偿端子T₂的地回路电阻。电荷端子T₁及补偿端子T₂可配置为球体、圆柱体、环形线、环、罩或电容性结构的任何其他组合。电荷端子T₁及补偿端子T₂的大小可经选择以提供足够大的表面以供电荷Q₁及Q₂施加于端子上。大体而言，意欲将电荷端子T₁制成与实际一样大。电荷端子T₁的大小应足够大以避免周围空气的离子化，该离子化可导致电荷端子周围的放电或发火花。电荷端子T₁及补偿端子T₂的自电容C_p及C_d分别可使用例如方程(24)来判定。

如图15B中可见，谐振电路是通过线圈215的电感的至少一部分、补偿端子T₂的自电容C_d及与补偿端子T₂相关联的地回路电阻R_d形成。并联共振可通过调整施加至补偿端子T₂的电压V₃(例如，通过调整线圈215上的分接头233位置)或通过调整补偿端子T₂的高度和/或大小以调整C_d来建立。线圈分接头233的位置可经调整以用于并联共振，从而产生穿过接地棒218及穿过安培计236的地电流从而达到最大值点。在已建立补偿端子T₂的并联共振之后，用于AC源212的分接头227的位置可经调整至线圈215上的50Ω点。

来自线圈215的电压V₂可施加至电荷端子T₁，且分接头224的位置可经调整以使得总有效高度(h_TE)的相位(Φ)近似等于汉克尔交叉距离(R_x)处导引面波倾斜(W_Rx)的角度。线圈分接头224的位置可经调整直至达到此操作点，从而产生穿过安培计236的地电流，进而增加至最大值。在此点，通过导引面波导探针200d所激发的所产生的场与损耗导电媒质203的表面上的导引面波导模态实质上模态匹配，从而产生导引面波沿损耗导电媒质203的表面的发射。这可通过沿自导引面波导探针200延伸的径向线量测场强而检验。

包括补偿端子T₂的电路的共振可随电荷端子T₁的附接和/或随经由分接头224施加至电荷端子T₁的电压的调整而改变。尽管调整用于共振的补偿端子电路辅助电荷端子连接的后续调整，但有必要在汉克尔交叉距离(R_x)处建立导引面波倾斜(W_Rx)。系统可进一步经调整以通过以下方式来改良耦合：反复地调整用于AC源212的分接头227的位置以处于线圈215上的50Ω点处并调整分接头233的位置以最大化穿过安培计236的地电流。包括补偿端子T₂的电路的共振可在调整分接头227及233的位置时或当其他组件附接至线圈215时偏移。

在其他实施方式中，来自线圈215的电压V₂可施加至电荷端子T₁，且分接头233的位置可经调整以使得总有效高度(h_TE)的相位(Φ)近似等于R_x处导引面波倾斜角(Ψ)。线圈分接头224的位置可经调整直至达到操作点，从而产生穿过安培计236的地电流，进而实质上达到最大值。所产生的场与损耗导电媒质203的表面上的导引面波导模态实质上模态匹配，且沿损耗导电媒质203的表面发射导引面波。这可通过沿自导引面波导探针200延伸的径向线量测场强而检验。系统可进一步经调整以通过以下方式来改良耦合：反复地调整用于AC源212的分接头227的位置以处于线圈215上的50Ω点处并调整分接头224和/或233的位置以最大化穿过安培计236的地电流。

返回参考图12，导引面波导探针200的操作可经控制以调整与导引面波导探针200相关联的操作条件的变化。例如，探针控制系统230可用于控制馈送网络209和/或电荷端子T₁和/或补偿端子T₂的定位以控制导引面波导探针200的操作。操作条件可包括但不限于损耗导电媒质203的特性(例如，导电率σ及相对电容率ε_r)的变化、场强的变化和/或导引面波导探针200的负载变化。如自方程(41)-(44)可见，折射率(n)、复合布鲁斯特角(θ_i,B及ψ_i,B)、波面倾斜(|W|e^jΨ)及复合有效高度(h_eff＝h_pe^jΦ)可受由例如天气条件引起的土壤导电率及电容率变化的影响。

诸如例如导电率量测探针、电容率传感器、地面参数量计、场强计、电流监测器和/或负载接收器的设备可用于监测操作条件的改变，且向探针控制系统230提供关于电流操作条件的信息。探针控制系统230可随后对导引面波导探针200进行一或多次调整以维持用于导引面波导探针200的指定操作条件。例如，在湿度及温度变化时，土壤的导电率也变化。导电率量测探针和/或电容率传感器可位于导引面波导探针200周围的多个位置处。通常，意欲针对操作频率监测汉克尔交叉距离R_x处或约汉克尔交叉距离R_x处的导电率和/或电容率。导电率量测探针和/或电容率传感器可位于导引面波导探针200周围的多个位置(例如，在每一象限中)。

接着参考图16，展示导引面波导探针200e的实例，该导引面波导探针包括电荷端子T₁及电荷端子T₂，该端子沿垂直轴z布置。导引面波导探针200e是安置于损耗导电媒质203上方，从而构成区域1。另外，第二媒质206与损耗导电媒质203共享边界界面且构成区域2。电荷端子T₁及T₂是定位于损耗导电媒质203之上。电荷端子T₁定位于高度H₁处，且电荷端子T₂沿垂直轴z直接定位于T₁下方的高度H₂处，其中H₂小于H₁。通过导引面波导探针200e提供的传输结构的高度h为h＝H₁-H₂。导引面波导探针200e包括馈送网络209，该馈送网络将激发源212耦合至电荷端子T₁及T₂。

电荷端子T₁和/或T₂包括可保持电荷的导电质，该导电质可经大小设定以保持与实际上可能的一样多的电荷。电荷端子T₁具有自电容C₁，且电荷端子T₂具有自电容C₂，该自电容可使用例如方程(24)来判定。通过电荷端子T₁于电荷端子T₂直接上方的置放，在电荷端子T₁与T₂之间产生互电容C_M。注意，电荷端子T₁及T₂无需相等，但每一者可具有单独的大小与形状，且可包括不同的导电材料。最终，通过导引面波导探针200e发射的导引面波的场强与端子T₁上的电荷数量成正比。电荷Q₁继而与自电容C₁成比例，该自电容与电荷端子T₁相关联，因为Q₁＝C₁V，其中V为施加于电荷端子T₁上的电压。

当在预定义操作频率下经适当调整以进行操作时，导引面波导探针200e沿损耗导电媒质203的表面产生导引面波。激发源212可在预定义频率下产生电性能量，该电性能量施加至导引面波导探针200e以激发结构。当通过导引面波导探针200e产生的电磁场与损耗导电媒质203实质上模态匹配时，电磁场实质上合成以复合布鲁斯特角入射的波前，从而几乎不产生或不产生反射。因此，面波导探针200e不产生辐射波，但沿损耗导电媒质203的表面发射导引面行进波。来自激发源212的能量可作为惹奈克表面电流传输至一个或多个接收器，该一个或多个接收器位于导引面波导探针200e的有效传输范围内。

可判定损耗导电媒质203的表面上的径向惹奈克表面电流J_ρ(ρ)的渐近线为接近J₁(ρ)及远离J₂(ρ)，其中

接近(ρ<λ/8)：且(90)

远离(ρ>>λ/8)：

其中I₁为馈送第一电荷端子T₁上的电荷Q₁的传导电流，且I₂为馈送第二电荷端子T₂上的电荷Q₂的传导电流。上电荷端子T₁上的电荷Q₁通过Q₁＝C₁V₁来判定，其中C₁为电荷端子T₁的孤立电容。注意，存在上文阐述的由得出的J₁的第三分量，该第三分量是自Leontovich边界条件得出且为第一电荷端子Q₁上的升高的振荡电荷的准静态场所泵送的损耗导电媒质203中的径向电流贡献。量Z_ρ＝jωμ_o/γ_e为损耗导电媒质的径向阻抗，其中γ_e＝(jωμ₁σ₁-ω²μ₁ε₁)^1/2。

表示如方程(90)及(91)所阐述的接近径向电流及远离径向电流的渐近线为复数量。根据各种实施例，实体表面电流J(ρ)是合成来尽可能在量值及相位方面密切地匹配电流渐近线。换言之，接近，|J(ρ)|意欲为|J₁|的正切，且远离，|J(ρ)|意欲为|J₂|的正切。此外，根据各种实施例，J(ρ)的相位将自接近J₁的相位转变至远离J₂的相位。

为在传输位点处匹配导引面波模态以发射导引面波，远离表面电流|J₂|的相位将与接近表面电流|J₁|的相位相差相应于e^{-jβ(ρ2-ρ1)}的传播相位加大致45度或225度的常数。这是因为存在两个根，一个接近π/4且一个接近5π/4。适当调整的合成径向表面电流为

注意，这与方程(17)一致。通过马克士威方程，此J(ρ)表面电流自动地产生场，其符合

且(94)

因此，针对所匹配的导引面波模态的远离表面电流|J₂|与接近表面电流|J₁|之间的相位差是归因于方程(93)-(95)中汉克尔函数的特性，其与方程(1)-(3)一致。重要的是认识到，通过方程(1)-(6)及(17)及方程(92)-(95)表示的场具有结合至损耗界面而非与地波传播相关联的辐射场的传输线模态的性质。

为针对在给定位置处导引面波导探针200e的给定设计获得适当的电压量值及相位，可使用迭代方法。具体而言，可考虑去往端子T₁及T₂的馈送电流、电荷端子T₁及T₂上的电荷及其在损耗导电媒质203中的影像来进行导引面波导探针200e的给定激发及组态的分析，以便判定所产生的径向表面电流密度。此过程可反复地进行直至基于期望参数判定用于给定导引面波导探针200e的最佳组态及激发。为辅助判定导引面波导探针200e是否正在最佳水平下操作，导引场强曲线103(图1)可使用方程(1)-(12)基于在导引面波导探针200e的位置处区域1的导电率(σ₁)及区域1的电容率(ε₁)的值而产生。此导引场强曲线103可提供用于操作的基准以使得所量测场强可与通过导引场强曲线103指示的量值比较以便判定是否已达成最佳传输。

为达到优化条件，可调整与导引面波导探针200e相关联的各种参数。可变化来调整导引面波导探针200e的一个参数为电荷端子T₁和/或T₂中的一个或两者相对于损耗导电媒质203的表面的高度。另外，也可调整电荷端子T₁与T₂之间的距离或间隔。在如此进行的情况下，可最小化或以其他方式改变电荷端子T₁及T₂与损耗导电媒质203之间的互电容C_M或任何束缚电容，如可了解的。也可调整各别电荷端子T₁和/或T₂的大小。通过改变电荷端子T₁和/或T₂的大小，将改变各别自电容C₁和/或C₂及互电容C_M，如可了解的那样。

另外，可调整的另一参数为与导引面波导探针200e相关联的馈送网络209。这可通过调整构成馈送网络209的电感电抗和/或电容电抗的大小来完成。例如，在此种电感电抗包含线圈的情况下，可调整此种线圈上的匝数。最终，可进行对馈送网络209的调整以改变馈送网络209的电性长度，进而影响电荷端子T₁及T₂上的电压量值及相位。

注意，通过做出各种调整进行的反复传输可通过使用计算机模型或通过调整实体结构(如可了解的)来实行。通过做出上文调整，可产生相应“接近”表面电流J₁及“远离”表面电流J₂，这些表面电流近似为上方阐述的方程(90)及(91)中指定的导引面波模态的相同电流J(ρ)。在如此进行的情况下，所得电磁场将与损耗导电媒质203的表面上的导引面波模态实质上或大致上模态匹配。

尽管未在图16的实例中所示，但导引面波导探针200e的操作可经控制以调整与导引面波导探针200相关联的操作条件的变化。例如，图12中所示的探针控制系统230可用于控制馈送网络209和/或电荷端子T₁和/或T₂的定位和/或大小，以控制导引面波导探针200e的操作。操作条件可包括但不限于损耗导电媒质203的特性(例如，导电率σ及相对电容率ε_r)的变化、场强的变化和/或导引面波导探针200e的负载变化。

现在参考图17，展示图16的导引面波导探针200e的实例，其在本文中表示为导引面波导探针200f。导引面波导探针200f包括电荷端子T₁及T₂，该等电荷端子沿垂直轴z定位，该垂直轴与通过损耗导电媒质203(例如，地球)提供的平面实质上成法向。第二媒质206处于损耗导电媒质203上方。电荷端子T₁具有自电容C₁，且电荷端子T₂具有自电容C₂。在操作期间，电荷Q₁及Q₂是分别施加于电荷端子T₁及T₂，取决于在任何给定瞬时施加至电荷端子T₁及T₂的电压。互电容C_M可存在于电荷端子T₁与T₂之间，这取决于该等电荷端子之间的距离。另外，束缚电容可存在于各别电荷端子T₁及T₂与损耗导电媒质203之间，此取决于各别电荷端子T₁及T₂相对于损耗导电媒质203的高度。

导引面波导探针200f包括馈送网络209，该馈送网络包含电感阻抗，该电感阻抗包含具有一对引线的线圈L_1a，该对引线耦合至电荷端子T₁及T₂的各自一者。在一个实施例中，线圈L_1a是指定为具有电性长度，该电性长度为在导引面波导探针200f的操作频率下的波长的二分的一(1/2)。

尽管线圈L_1a的电性长度是指定为在操作频率下的波长的大致二分的一(1/2)，但应理解的是，线圈L_1a可指定为具有在其他值下的电性长度。根据一个实施例，线圈L_1a具有为在操作频率下的波长的大致二分的一的电性长度的事实提供的优点在于：在电荷端子T₁及T₂上产生最大电压差。尽管如此，线圈L_1a的长度或直径可在调整导引面波导探针200f以获得导引面波模态的最佳激发时增加或减小。线圈长度的调整可通过位于线圈的一或两个末端处的分接头提供。在其他实施方案中，可能的状况是：电感阻抗是指定为具有电性长度，该电性长度显著地小于或大于在导引面波导探针200f的操作频率下的波长的1/2。

激发源212可经由磁耦合而耦合至馈送网络209。具体而言，激发源212是耦合至线圈L_P，该线圈是感应耦合至线圈L_1a。此可通过链耦合、分接线圈、可变电抗或如可了解的其他耦合方法来进行。为此，线圈L_P充当初级线圈，且线圈L_1a充当次级线圈，如可了解的那样。为了调整导引面波导探针200f以达成期望导引面波的传输，各别电荷端子T₁及T₂的高度可相对于损耗导电媒质203及彼此相对地改变。此外，可改变电荷端子T₁及T₂的大小。另外，线圈L_1a的大小可通过添加或消除多个匝或通过改变线圈L_1a的一些其他尺寸而改变。线圈L_1a也可包括用于调整电性长度的一或多个分接头，如图17所示。也可调整连接至电荷端子T₁或T₂任一者的分接头的位置。

接着参考图18A、18B、18C及19，展示用于在无线功率递送系统中使用导引面波的一般化接收电路的实例。图18A及18B-18C分别包括线性探针303及调谐共振器306。图19为根据本公开内容的各种实施例的磁线圈309。根据各种实施例，线性探针303、调谐共振器306及磁线圈309中的每一者可用于接收根据各种实施例以损耗导电媒质203的表面上的导引面波形式传输的功率。如上文所提及，在一个实施例中，损耗导电媒质203包含陆界媒质(或地球)。

在对图18A具体参考的情况下，线性探针303的输出端子312处的开路端电压取决于线性探针303的有效高度。为此，端点电压可计算为

其中E_inc为线性探针303上感应的入射电场的强度(以伏特/米计)，dl为沿线性探针303的方向的积分组件，且h_e为线性探针303的有效高度。电负载315经由阻抗匹配网络318耦合至输出端子312。

当线性探针303经受如上文所述的导引面波时，跨于输出端子312生成电压，该电压可经由共轭阻抗匹配网络318而施加至电负载315，如可能的状况。为促进功率流向电负载315，电负载315应与线性探针303实质上阻抗匹配，如将在下文所述。

参考图18B，拥有等于导引面波的波面倾斜的相移的地电流激发线圈306a包括电荷端子T_R，该电荷端子升高(或悬置)于损耗导电媒质203上方。电荷端子T_R具有自电容C_R。另外，也可在电荷端子T_R与损耗导电媒质203之间存在束缚电容(未展示)，取决于损耗导电媒质203上方的电荷端子T_R的高度。束缚电容将较佳最小化成与可实践的一样多，尽管在每一情况中这可以不是完全必需的。

调谐共振器306a也包括接收器网络，该接收器网络包含具有相移Φ的线圈L_R。线圈L_R的一端耦合至电荷端子T_R，且线圈L_R的另一端是耦合至损耗导电媒质203。接收器网络可包括垂直供应线导体，该垂直供应线导体将线圈L_R耦合至电荷端子T_R。为此，线圈L_R(其也可称为调谐共振器L_R-C_R)包含串联调整共振器，因为电荷端子C_R及线圈L_R是串联定位。线圈L_R的相位延迟可通过改变电荷端子T_R的大小和/或高度和/或调整线圈L_R的大小而调整，以使得结构的相位Φ实质上等于波面倾斜角Ψ。垂直供应线的相位延迟也可通过例如改变导体的长度而调整。

例如，通过自电容C_R提供的电抗被计算为1/jωC_R。注意，结构306a的总电容也可包括电荷端子T_R与损耗导电媒质203之间的电容，其中结构306a的总电容可基于自电容C_R及任何束缚电容来计算，如可了解的那样。根据一个实施例，电荷端子T_R可提高至一高度以使得实质上减少或消除任何束缚电容。束缚电容的存在可由电荷端子T_R与损耗导电媒质203之间的电容量测结果来判定，如先前论述的。

通过离散组件线圈L_R提供的电感电抗可计算为jωL，其中L为线圈L_R的集中组件电感。若线圈L_R为分布组件，则其等效端点电感电抗可通过常规方法判定。为了调谐结构306a，将做出调整以使得相位延迟等于波面倾斜以达到与操作频率下的面波导模态匹配的目的。在该条件下，接收结构可考虑为与面波导“模态匹配”。变压器围绕结构链接和/或阻抗匹配网络324可插入探针与电负载327之间以便将功率耦合至负载。将阻抗匹配网络324插入探针端子321与电负载327之间可实现用于向电负载327进行最大功率传输的共轭匹配条件。

当在操作频率下表面电流的存在下置放时，功率将自导引面波递送至电负载327。为此，电负载327可经由磁耦合、电容耦合或导电(直接分接头)耦合而耦合至结构306a。耦合网络的组件可为集中组件或分布组件，如可了解的。

在图18B中所示的实施例中，使用磁耦合，其中线圈L_s作为相对于线圈L_R的次级线圈定位，该线圈L_R充当变压器初级线圈。线圈L_S可通过将该线圈几何地缠绕同一磁芯结构且调整耦合磁通量来链耦合至线圈L_R，如可了解的。另外，尽管接收结构306a包含串联调谐共振器，但也可使用并联调谐共振器或甚至具有适当相位延迟的分布组件共振器。

尽管浸没于电磁场中的接收结构可耦合来自该场的能量，但可了解的是，极化匹配结构通过最大化耦合而最佳地工作，且应遵守用于与波导模态探针耦合的常规规则。例如，TE₂₀(横电模态)波导探针可最佳地用于从在TE₂₀模态中激发的常规波导提取能量。类似地，在该状况下，模态匹配及相位匹配接收结构可优化以用于耦合来自导引面波的功率。通过损耗导电媒质203的表面上的导引面波导探针200激发的导引面波可考虑为开放波导的波导模态。排除波导损耗，可完全地恢复源能量。有用的接收结构可以是E场耦合的、H场耦合的或表面电流激发的。

接收结构可经调整以基于损耗导电媒质203在接收结构附近的局部特性而增加或最大化与导引面波的耦合。为完成此举，接收结构的相位延迟(Φ)可经调整以匹配在接收结构处表面行进波的波面倾斜角(Ψ)。若获适当配置，则接收结构可随后经调谐以用于在复合深度z＝-d/2处相对于理想导电影像地平面的共振。

例如，考虑包含图18B的调谐共振器306a的接收结构，该调谐共振器包括线圈L_R及连接在线圈L_R与电荷端子T_R之间的垂直供应线。利用定位在损耗导电媒质203上方限定高度处的电荷端子T_R，线圈L_R及垂直供应线的总相移Φ可与在调谐共振器306a的位置处的波面倾斜角(Ψ)匹配。根据方程(22)，可见波面倾斜渐近传递至

其中ε_r包含相对电容率，且σ₁为在接收结构的位置处的损耗导电媒质203的导电率，ε_o为真空的电容率，且ω＝2πf，其中f为激发频率。因此，波面倾斜角(Ψ)可自方程(97)判定。

调谐共振器306a的总相移(Φ＝θ_c+θ_y)包括经由线圈L_R的相位延迟(θ_c)及垂直供应线的相位延迟(θ_y)。沿垂直供应线的导体长度l_w的空间相位延迟可由θ_y＝β_wl_w得出，其中β_w为垂直供应线导体的传播相位常数。归因于线圈(或螺旋延迟线)的相位延迟为θ_c＝β_pl_C，其中实体长度为l_C且传播因子为

其中V_f为结构上的速度因子，λ_o为供应频率下的波长，且λ_p为由速度因子V_f产生的传播波长。相位延迟(θ_c+θ_y)中的一或两者可经调整以将相移Φ与波面倾斜角(Ψ)匹配。例如，分接头位置可在图18B的线圈L_R上加以调整以调整线圈相位延迟(θ_c)来将总相移与波面倾斜角匹配(Φ＝Ψ)。例如，线圈的一部分可通过如图18B图所例示的分接头连接来绕过。垂直供应线导体也可经由分接头连接至线圈L_R，该分接头在线圈上的位置可经调整以将总相移与波面倾斜角匹配。

一旦已调整调谐共振器306a的相位延迟(Φ)，则可调整电荷端子T_R的阻抗以便调谐来在复合深度z＝-d/2处相对于理想导电影像地平面共振。这可通过调整电荷端子T₁的电容而不改变线圈L_R及垂直供应线的行进波相位延迟来完成。调整类似于相对于图9A及9B所述的那些调整。

“向下看”向损耗导电媒质203中所见的至复合影像平面的阻抗由以下得出：

Z_in＝R_in+jX_in＝Z_otanh(jβ_o(d/2))，(99)

其中对于地球上的垂直偏振源而言，复合影像平面的深度可由以下得出：

其中μ₁为损耗导电媒质203的磁导率，且ε₁＝ε_rε_o。

在调谐共振器306a的基底处，“向上看”向接收结构中所见的阻抗为Z_↑＝Z_基底，如图9A中所例示。在端阻抗为以下的情况下：

其中C_R为电荷端子T_R的自电容，“向上看”向调谐共振器306a的垂直供应线导体中所见的阻抗由以下得出：

且“向上看”下调谐共振器306a的线圈L_R中的阻抗由以下得出：

通过将“向下看”向损耗导电媒质203中所见的无功分量(X_in)与“向上看”向调谐共振器306a中所见的无功分量(X_基底)匹配，可最大化向导引面波导模态中的耦合。

接着参考图18C，展示调谐共振器306b的实例，该调谐共振器在接收结构的顶部处不包括电荷端子T_R。在此实施例中，调谐共振器306b不包括耦合在线圈L_R与电荷端子T_R之间的垂直供应线。因此，调谐共振器306b的总相移(Φ)仅包括经由线圈L_R的相位延迟(θ_c)。如图18B的调谐共振器306a一样，线圈相位延迟θ_c可经调整以匹配从方程(97)判定的波面倾斜角(Ψ)，从而产生Φ＝Ψ。尽管利用耦合至面波导模态中的接收结构可能进行功率提取，但难以调整接收结构来最大化与导引面波的耦合而无需电荷端子T_R所提供的可变无功负载。

参考图18D，展示例示调整接收结构以与损耗导电媒质203的表面上的导引面波导模态实质上模态匹配的实例的流程图180。以181开始，若接收结构包括电荷端子T_R(例如，第18B图的调谐共振器306a的电荷端子)，则在184，将电荷端子T_R定位于损耗导电媒质203上方的限定高度处。在已通过导引面波导探针200建立导引面波时，电荷端子T_R的实体高度(h_p)可处于有效高度的彼实体高度下方。实体高度可经选择以减少或最小化电荷端子T_R上的束缚电荷(例如，电荷端子的球形直径的四倍)。若接收结构不包括电荷端子T_R(例如，图18C的调谐共振器306b的电荷端子)，则流程进行至187。

在187，接收结构的电性相位延迟Φ与通过损耗导电媒质203的局部特性限定的复合波倾斜角Ψ匹配。螺旋形线圈的相位延迟(θ_c)和/或垂直供应线的相位延迟(θ_y)可经调整以使得Φ等于波面倾斜(W)的角度(Ψ)。波面倾斜角(Ψ)可从方程(86)判定。可随后将电性相位Φ波面倾斜角匹配。例如，电性相位延迟Φ＝θ_c+θ_y可通过使线圈L_R的几何参数和/或垂直供应线导体的长度(或高度)变化而调整。

接着在190，电荷端子T_R的负载阻抗可经调谐以共鸣调谐共振器306a的等效影像平面模型。导电影像地平面139(图9A)处于接收结构下方的深度(d/2)可使用方程(100)及损耗导电媒质203(例如，地球)于接收结构处的值来判定，这些值可在局部量测。使用复合深度，影像地平面139与损耗导电媒质203的实体边界136(图9A)之间的相移(θ_d)可使用θ_d＝β_od/2来判定。如“向下看”向损耗导电媒质203中所见的阻抗(Z_in)可随后使用方程(99)来判定。可考虑此共振关系以最大化与导引面波的耦合。

基于线圈L_R的经调整参数及垂直供应线导体的长度，可判定速度因子、相位延迟及线圈L_R及垂直供应线的阻抗。另外，可使用例如方程(24)判定电荷端子T_R的自电容(C_R)。可使用方程(98)判定线圈L_R的传播因子(β_p)，且可使用方程(49)判定垂直供应线的传播相位常数(β_w)。使用线圈L_R及垂直供应线的自电容及测定值，“向上看”向线圈L_R中所见的调谐共振器306a的阻抗(Z_基底)可使用方程(101)、(102)及(103)来判定。

图9A的等效影像平面模型也适用于图18B的调谐共振器306a。调谐共振器306a可通过调整电荷端子T_R的负载阻抗Z_R而调谐以相对于复合影像平面共振，以使得Z_基底的电抗分量X_基底抵消Z_in的X_in的电抗分量或X_基底+X_in＝0。因此，“向上看”向调谐共振器306a的线圈中时实体边界136(图9A)处的阻抗为“向下看”向损耗导电媒质203中时实体边界136处的阻抗。负载阻抗Z_R可通过使电荷端子T_R的电容(C_R)变化而不改变通过电荷端子T_R所见的电性相位延迟Φ＝θ_c+θ_y来调整。可采取迭代方法来调谐负载阻抗Z_R以用于等效影像平面模型相对于导电影像地平面139的共振。以此方式，电场与导引面波导模态沿损耗导电媒质203(例如，地球)的表面的耦合可得以改良和/或最大化。

参考图19，磁线圈309包含接收电路，该接收电路经由阻抗匹配网络333耦合至电负载336。为促进从导引面波接收和/或提取电功率，磁线圈309可经定位以使得导引面波的磁通量透过磁线圈309，进而在磁线圈309中感应电流且在其输出端子330处产生端点电压。耦合至单匝线圈的导引面波的磁通量通过以下表示

其中为耦合磁通量，μ_r为磁线圈309的磁芯的有效相对磁导率，μ_o为真空磁导率，为入射磁场强度向量，为与匝的横截面区域成法向的单位向量，且A_CS为每一环所封闭的面积。对于经定向用于与在磁线圈309的横截面区域上均匀的入射磁场进行最大耦合的N匝磁线圈309而言，出现在磁线圈309的输出端子330处的开路感应电压为

其中变量在上文定义。磁线圈309可作为分布共振器或利用跨于其输出端子330的外部电容器(视状况而定)而调谐到导引面波频率，且随后经由共轭阻抗匹配网络333与表面电负载336阻抗匹配。

假定通过磁线圈309及电负载336提供的所得电路经适当调整并经由阻抗匹配网络333而共轭阻抗匹配，则磁线圈309中感应的电流可用于对电负载336最佳地供电。通过磁线圈309提供的接收电路提供的优点在于：不必使接收电路实体上连接至地面。

参考图18A、18B、18C及19，通过线性探针303、模态匹配结构306及磁线圈309提供的接收电路各自促进接收自如上文所述的导引面波导探针200的实施例中任一者传输的电功率。为此，所接收的能量可用于经由共轭匹配网络向电负载315/327/336供应功率，如可了解的。这与可在接收器中接收的信号形成对比，这些信号是以辐射电磁场形式传输。这样的信号具有极低可用功率，且这样的信号的接收器不加载发射机。

使用如上文所述的导引面波导探针200产生的本发明的导引面波的特性也为通过线性探针303、模态匹配结构306及磁线圈309提供的接收电路将加载激发源212(例如，图3、12及16)，该激发源是应用于导引面波导探针200，进而产生接收电路所经受的导引面波。这反映的事实为：通过如上文所述的给定导引面波导探针200产生的导引面波包含传输线模态。经由对比，驱动产生辐射电磁波的辐射天线的电源不通过接收器加载，不管所使用的接收器的数量如何。

因此，一或多个导引面波导探针200及呈线性探针303形式的一或多个接收电路、调谐模态配匹结构306和/或磁线圈309一起可构成无线分配系统。倘若使用如上文阐述的导引面波导探针200的导引面波传输距离取决于频率，则可能的是无线配电可跨于宽区域且甚至全球地实现。

当下广泛研究的常规无线功率传输/分配系统包括从辐射场以及耦合至感应或电抗性近场的传感器的“能量收获”。对比而言，本发明的无线功率系统不浪费呈辐射形式的功率，若该辐射未遭截取，则其永不会损耗。本发明公开的无线功率系统亦不限于如与常规互电抗耦合近场系统一样的极短程。本文公开的无线功率系统与新颖导引面传输线模态的探针耦合，此探针耦合等效于通过波导将功率递送至负载或直接有线连接至远程发电机的负载。在不计数维持传输场强所需的功率加在面波导中消散的功率(此功率在极低频率下相对于在60Hz下的常规高压功率线中的传输损耗而言为无意义的)的情况下，所有发电机功率仅仅去往期望电负载。当终止电负载需求时，源功率产生为相对闲置的。

接着参考图20A-E，展示各种示意性符号的实例，这些符号参考随后的论述来使用。具体参考图20A，展示表示导引面波导探针200a、200b、200c、200e、200d或200f中任一者；或其任何变化的符号。在以下附图及论述中，对此符号的叙述将称为导引面波导探针P。为在以下论述中的简单性起见，对导引面波导探针P的任何提及是对导引面波导探针200a、200b、200c、200e、200d或200f中任一者；或其变化或组合的提及。

类似地，参考图20B，展示表示导引面波接收结构的符号，该导引面波接收结构可包含线性探针303(图18A)、调谐共振器306(图18B-18C)或磁线圈309(图19)中的任一者。在以下附图及论述中，对此符号的叙述将称为导引面波接收结构R。为在以下论述中的简单性起见，对导引面波接收结构R的任何提及是对线性探针303、调谐共振器306或磁线圈309中任一者的提及；或其变化或组合的提及。

另外，参考图20C，展示具体地表示线性探针303(图18A)的符号。在以下附图及论述中，对此符号的叙述将称为导引面波接收结构R_P。为在以下论述中的简单性起见，对导引面波接收结构R_P的任何提及是对线性探针303或其变型的提及。

另外，参考图20D，展示具体地表示调谐共振器306(图18B-18C)的符号。在以下附图及论述中，对此符号的叙述将称为导引面波接收结构R_R。为了在以下论述中的简单性起见，对导引面波接收结构R_R的任何提及是对调谐共振器306或其变化的提及。

另外，参考图20E，展示具体地表示磁线圈309(图19)的符号。在以下附图及论述中，对此符号的叙述将称为导引面波接收结构R_M。为在以下论述中的简单性起见，对导引面波接收结构R_M的任何提及是对磁线圈309或其变化的提及。

2.对象识别

2(A).一般概述

另外参考图21及22，示意地例示的为对象识别系统400的实施例，该对象识别系统使用如先前章节描述的导引面波来对一或多个响应标签402供电。将再次强调的是，附图未必按比例绘制。

每一标签402可与对象404相关联。对象404可为任何类型的制品。示范性对象404包括但不限于消费者物品、一组货物、衣物制品、食物、用于制品的包装、用于多个制品的容器、运载工具、堆栈有货物的货架、装运容器或需要追踪的任何其他物品。

对象识别系统400包括询问器406。在图21的实施例中，询问器406包括导引面波波导探针P及共同定位的接收器408。探针P及接收器408可容纳在诸如天线罩、装饰性包壳等的相同结构中。在此实施例中，询问器406典型地具有固定位置。

在图22的实施例中，探针P及接收器408并非共同定位。如将描述的，探针P及接收器408可具有实体关系(例如，两者可布署在设施中)或可不具有或具有极少的实体关联。在此实施例中，探针P及接收器408在功能上形成询问器406，但不必通过相同方布署、不必共同定位且不必视为单元。在此实施例中，探针P典型地具有固定位置且可容纳在诸如天线罩或装饰性包壳的适合结构中。接收器408可具有固定位置或可为可携式的。例如，接收器408可为手持式的且通过人使用，如绕运载工具移动的人或可固定在运载工具上的人，该运载工具诸如卡车、叉车、飞机、货船等。

在图21及22的实施例，探针P沿如先前章节描述的下伏陆地媒质410发射导引面波。陆地媒质410可为任何适当的损耗导电媒质，诸如但不限于地球、仓库地板、货仓、工厂或其他设施，或任何其他适当基板。如所描述的，探针P不产生辐射波，但沿媒质410的表面发射导引面波。自探针P发射的能量是作为惹奈克表面电流传输至位于导引面波导探针P的有效传输范围内的一或多个标签402。探针P可配置为如上所述的探针中的任何探针或以任何其他适当组态来配置。

另外参考图23，示意地例示代表性标签402。标签402是配置得更类似于RFID标签且包括天线412及标签电路系统414，其安装至诸如纸片或塑料片的基板416。基板416可包括黏着剂以将标签402附接至对象404。可使用其他紧固技术或标签402可形成对象404的部分。在另一实施例中，标签可位于对象404内部或标签402的电性组件可形成对象404的电性组件的部分。

在典型实施例中，不同于从导引面波汲取功率，标签402不具有电源，诸如电池或至外部电源的实体连接。相反，标签402响应于具有一或多个频率的导引面波。例如，来自通过探针P产生的导引面波的电磁能在天线412中感应电流，且此电流耦合至标签电路系统414且用于对该标签电路系统供电。类似于RF能量对常规RFID标签供电的方式，以此方式对标签电路系统414供电可称为照射标签402。但是，与常规RFID标签对比，标签电路系统414可对探针P加载。

标签电路系统414可包括任何适当电性组件且可经配置以实施任何适当功能。例如，标签电路系统414可包括内存，该内存储存诸如但不限于识别符的数据，该识别符可用于识别相关联对象404。识别符可表示货物的类型，诸如库存计量单位(stock-keepingunit；SKU)。SKU为用于商业中可利用的每一相异产品的唯一识别符。替代地，识别符可表示具体物品，诸如将对象从包括名义上相同的对象(例如，具有相同SKU的对象)的所有其他对象区分的唯一识别符。标签电路系统414可从内存读取识别符且经由天线412(或第二天线，未展示)传输含有呈数据消息格式的识别符的RF信号。在另一实施例中，标签402可通过发射导引面波来响应，但由于希望将标签402保持为相对小的、平坦及功率有效的，RF返回信号可能更适宜产生。

在一个实施例中，标签为可寻址的且具有唯一地址，诸如媒体访问控制(mediaaccess control；MAC)地址或因特网协议第6版(Internet protocol version 6；IPv6)地址，其包括阶层式寻址。在一个实施例中，标签的识别符与标签的地址相同。

通过标签402发射的RF信号可通过接收器408接收。接收器408可分析信号以判定识别符。在一个实施例中，接收器408将识别符及在读取标签402期间收集的任何其他适当信息传达至计算机系统418(图21及22)。出于此等目的，接收器408可包括：天线及无线电电路，其接收通过标签402发射的RF信号；处理电路系统，其结合读取、储存、分析及处理从标签402接收的或在接收的时间确定的数据(例如，位置数据、到达时间或信号强度，如下文所述)来进行任何适当功能；以及通信接口，其用于建立与计算机系统418的操作通信。因此，接收器408可包括：内存，其储存数据及逻辑指令；以及处理器，其用于执行逻辑指令。替代地，计算机系统418及接收器408可加以组合。

在接收识别符之后，计算机系统418可进行适于所接收识别符的一或多种功能。通过计算机系统418进行的各种示范性功能将在下文更详细描述。

接收器408及计算机系统418可经由通信媒体420通信。通信媒体420可包括以下一或多者：直接有线连接(例如，USB接口)、直接无线连接(例如，蓝牙接口)、广域网连接(例如，经由因特网通信)或局域网络(例如，经由公司网络或WiFi网络通信)等。在一些实施例中，计算机系统418也可与探针P通信，诸如就产生导引面波的时间、导引面波产生的持续时间、导引面波的频率等而言控制导引面波的产生。

2(B).利用导引面波对标签供电

对RFID标签供电为正向链接受限的。更具体而言，常规RFID标签是通过常规RFID询问器(亦称为RFID阅读器)照射并读取。RFID询问器使用相对小及定向天线发射RF信号。所发射RF能量典型地受管理机构的限制，该管理机构诸如美国的美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission；FCC)。提出限制来避免对其他系统产生不允许的干扰且避免潜在有害辐射的发射。因此，为了使用常规RFID频率(例如，接近900MHz或处于13.56MHz的分配频率)向常规RFID标签传递足够能量以对标签的电路系统供电且引起RF响应，需要常规RFID询问器与常规RFID标签之间的紧密接近。在大多数状况下，RFID询问器与RFID标签之间的用于有效读取的最大距离为几米，且当来自RFID标签的返回信号依赖于与RFID询问器的感应耦合时可以是较短的。另外，常规RFID技术具有在高电容率及损耗材料中的不良穿透，其实例为水瓶或含水食物的货架。因此，读取其中高电容率及损耗材料插入RFID询问器与RFID标签之间的RFID标签常常不成功。

常规RFID技术固有地限制RFID标签的功能性。更具体而言，很少存在可利用功率来进行处理功能、内存读取操作、内存写入操作、数据传输操作等。同时，商家及其他人关注扩展RFID应用程序以用于库存及供应链控制，从而减少由产品盗窃所引起的库存“缩减”且进行其他功能。

本文公开的技术克服此等缺点，且通过使用导引面波来供应较大功率量“于目标上”(例如，目标为一或多个标签402)而增强可利用所标签对象进行的功能。因此，所公开的技术克服利用常规RFID标签所发现的正向链接限制。

标签402可视为探针P上的负载，且在大多数情况中，可汲取与进行处理功能、内存读取操作、内存写入操作、数据传输操作等所需要一样多的功率。示范性操作将在下文较详细描述。此外，标签402与探针P之间的距离及标签402与接收器408之间的距离可相对于RFID询问器与RFID标签之间常规所需要的距离而言大大扩展。应注意，在所公开方法中对标签402供电的正向链接可具有比标签402与接收器408之间的返回链接高数十dB的链接品质。然而，系统性能对进行本文描述的功能及特征以及其他类似特征及功能而言将为满意的。

为了从导引面波导出功率，标签402包括天线412。天线412可为环状天线(亦称为环形天线)，如图23示意所示，或可实现为图19示意所示的磁线圈309。在其他实施例中，天线412可配置为偶极天线或图18A示意所示的线性探针303。可存在多于一个天线412。在此状况下，天线412可具有相同类型(例如，环状天线或偶极天线)或可具有不同类型(例如，环状天线及偶极天线)。大体上处于相同平面或平行平面(例如，皆处于基板416)中的环状天线及偶极天线的存在可促进对标签的供电，而不管标签的定向。这是因为天线中的至少一者与导引面波的磁性分量或导引面波的电性分量(其彼此为法向)较好地对准。因此，取决于标签的空间定向，环状天线可为从导引面波的磁性分量至标签电路414的电功率的优势供应者，或偶极天线可为自导引面波的电性分量至标签电路414的电功率的优势供应者。进一步预期的是，许多常规RFID标签天线设计可使用或经修改以将来自导引面波的足够能量转换至电性能量以对标签电路414供电。

标签电路系统414可包括如上文所述的阻抗匹配网络。在一些实施例中，阻抗匹配网络将静态地布置或可予以省略。静态地布置或省略的阻抗匹配网络可不产生最大能量转换效能，但将使得标签电路系统414相对简单且适应标签402的频繁移动，而不需根据阻抗匹配网络相对于损耗导电媒质410的位置来重新配置该阻抗匹配网络。不管天线412的具体布置，标签402可视为包括如上文结合涂1-20E所述的导引面波接收结构R。

标签402可相对小及轻的。大多数标签402将在大小及重量方面与RFID标签类似。例如，标签402可为相对平坦的(例如，约1mm厚或更小)，在约1cm长至约10cm长范围内，且在约1cm宽至约10cm宽范围内。

如将描述的，起正向链接作用以将来自探针P的功率递送至标签402的导引面波可具有一个频率，且标签402可以第二频率发射返回链接信号以将数据传输至接收器408。为了增加在低功率下操作的多个标签402的效能及流通量，第二频率可高于第一频率(例如，高一或多个数量级)。为适应在高频率下的返回链接信号的发射，标签402可在其中天线412不能够有效发射返回链接信号的情况下包括第二天线422。

系统400可经配置以利用如上文所述的导引面波的性质。因此，在相对低频率下的导引面波的实际使用可结合对象识别进行。在一个实施例中，通过探针发射的导引面波的频率为大约13.56MHz或其他频率，该其他频率已通过适当管理机构授权以与RFID技术一起使用。可取决于对象识别应用及导引面波的所需特性而使用高于或低于13.56MHz的频率。包括天线组态和/或阻抗匹配的标签402的架构可与导引面波的频率协调来实现能量传递。

如上文所述，导引面波的场强针对离探针P的小于导引场度曲线103的膝部109(图1)的距离而言保留为相对高的。因而，单一探针P可用于对围绕探针P的有效区域内的许多标签200供电，同时在探针P的位置处维持可接受能量密度。例如，在结合对象识别应用使用的能量来源处的有效等向辐射功率(effective isotropic radiated power；EIRP)可通过管理机构强加。常规RFID应用的典型限制为约一或两瓦特。可合理地假定此类型的EIRP限制将对使用导引面波的一些类型的对象识别应用而言得以维持。甚至在这些限制下，单一探针P可能能够对位于离探针P的一径向距离内的数百、数千或数百万的标签402供电，该径向距离小于相应导引场度曲线103的膝部109离探针P的距离。对于全向探针P而言，可照射标签的有效区域为圆形区域，其具有的半径为约相应导引场度曲线103的膝部109离探针P的距离。膝部109离探针P的距离取决于导引面波的频率。作为一实例，针对处于约13MHz的导引面波的膝部109离探针P的距离为大致一千米，此取决于地面性质。在相对理想的情形下，在900MHz下操作的常规RFID技术具有约30米的有效操作范围。因此，将了解的是，标签402可以从更大距离及以比先前可能的低得多的频率来供电。

标签402可经配置以在利用预定频率、多个频率或频率范围的导引面波照射时响应(例如，变为供电的和/或传输返回信号)。在一个实施例中，标签402经配置以响应于第一频率而不是第二频率，且不同标签402经配置以响应于第二频率而不是第一频率。在一个实施例中，可建立第一频率与第二频率之间的最小区隔，诸如约10kHz区隔或100kHz区隔。

如将了解的，许多标签402可利用导引面波有效地供电，且标签402可经配置以实施相对功率密集功能。将在下文描述许多此等功能。此外，可避免具有有限操作距离的感应阅读器的使用。这允许在显著距离处和/或具有相对低频率的情况下询问标签402。导引面波的性质也允许在高电容率材料和/或损耗材料插入探针P与标签402之间的情形中询问标签402。作为一实例，可询问位于货物的货架或具有水内容物的货物(例如，含水食物，诸如水瓶、啤酒、汤、调味料，该等调味料诸如调味酱或沙茶酱等)的装运容器内的标签402。在一个实施例中，当一至五米的水插入探针P与标签402之间时，可对标签402供电来操作。

2(C).标签询问

可通过利用具有与标签402兼容的频率的导引面波照射标签402且利用接收器408接收来自标签402的返回信号而询问(也称为读取)一或多个标签402。作为此过程的部分，标签402从导引面波汲取功率以对标签402中的电子组件(标签电路414)供电。功率的汲取可为被动操作。具体而言，导引面波在天线412中感应施加于标签电路系统414的电流。功率到标签电路系统414的施加启用标签电路系统414来实施一或多个预定功能。示范性预定功能为读取与来自标签电路414的内存组件的标签414相关联的标签识别符，且传输含有标签识别符的返回信号。返回信号可呈数据传输形式，其遵循就传输时间(例如，在与其他标签的返回信号时分多任务下的预定时槽)、电特性、消息格式或内容、加密等而言的预定协议。信号可通过接收器408接收且解译。

在一个实施例中，返回信号可为RF信号。返回信号的传播能力将取决于RF信号的特性，诸如能级、数据编码及频率。可通过接收器408有效检测返回信号所处的距离将取决于返回信号在周围环境中的传播能力及接收器408的灵敏度。为允许在相对较大距离处(诸如大于30米)读取，返回信号可利用相对较大EIRP发射。从导引面波汲取功率将允许标签电路414中的发射器以相对高功率辐射，因为来源(导引面波)中可利用功率的能量密度是高的。另外，返回信号可具有相对高以增强流通量的频率。在一个实施例中，返回信号可具有高于照射导引面波的频率的频率，诸如高于导引面波的频率约一至三个数量级。例如，若导引面波在约10MHz至约250MHz范围内，则返回信号可约100MHz至约5.4GHz或更高范围内。

因此，导引面波可处于一个频率(例如，第一频率)，且标签402可以不同于第一频率的第二频率响应。在其他实施例中，响应频率可标称地与导引面波频率相同。在一个实施例中，响应于处于第一频率下的导引面波的第一组标签402可以第二频率响应，且响应于处于第一频率下的导引面波的第二组标签402可以不同于第二频率的第三频率响应。使用响应频率的差异，第一组中的标签可区别于第二组中的标签。

如所指示，一或多个预定功能可通过标签402在标签电路系统414变为启用时实施。一个示范性预定功能为发射返回信号。返回信号可含有信息，诸如以下一或多者：对标签402不存在识别信息的指示、对标签402的类型或与标签402相关联的对象404的类型的指示、用于与标签402相关联的对象404的SKU或其他识别符、使标签402不同于其他组的标签402或所有其他标签402的标签402的唯一识别符或地址，或通过标签402储存的任何其他数据。

在一个实施例中，返回信号的传输为自动的。在其他实施例中，通过标签402做出的响应或其他动作可在某些条件下实施。在示例性实施例中，标签402为可寻址的且响应于寻址至标签402的消息或数据。取决于寻址方案，标签402可为个别可寻址的。出于此目的，标签402可具有任何地址，其对所有其他标签402的地址而言为唯一的，诸如IPv6地址或适当格式的一些其他地址。在一个实施例中，地址可具有约40位至约64位的长度。预期的是，64位长或更长的地址可用于唯一地寻址行星上的每一对象。在其他实施例中，消息或命令可寻址至多个标签402。出于此目的，标签402可共享共同地址(例如，与SKU相关联的所有标签402可具有相同地址)或阶层式寻址可用于利用其他唯一地址。其他示范性数据分配技术包括多播寻址或地域性群播(geocasting)。

使用可寻址标签402允许通过标签402实施各种预定功能。作为一实例，接收器408与标签402之间的数据链接或通信接口(例如，蓝牙接口)可建立用于数据的双向交换。接收器408与标签402之间的通信可允许接收器408(或经由接收器408允许计算机系统418)以轮询标签402的通过标签402储存的信息或发送命令至标签，或可允许标签402以接收并储存另外信息。

在另一实施例中，通过标签402实施的预定功能包括储存编码在导引面波中的数据或实施编码在导引面波中的命令。标签402响应的导引面波中的数据或命令可广播至标签402而不寻址或可寻址至一或多个具体标签402。出于此目的，探针P可包括导引面波中的编码载波消息。

可通过一或多个标签402在通过接收器408传输数据和/或命令时实施的或可作为导引面波的部分的预定功能可包括但不限于将标签402的数据写入至内存，执行命令，响应所请求信息及仅在经寻址或以其他方式轮询的情况下通过发射返回信号响应。

另一预定功能可为响应于确认接收到返回信号的消息或适当命令而停止发射返回信号。此种功能可用于各种情形。例如，在库存控制操作期间，导引面波可用于照射许多标签402，所有标签可通过发射各自的返回信号而开始响应操作。在来自各自的标签402的响应获接收并处理时，计算机系统418可发出命令(经由接收器408或导引面波)至自其接收并处理返回信号的标签402以停止发射返回信号。以此方式，可接收并处理来自其他标签402的返回信号而竞争较少。

在一个实施例中，有可能可通过执行标签402中的命令而永久地“关闭”或停用标签402。例如，在通过消费者购买对象404之后，其相关联标签402可停用以便标签将不再于通过适当导引面波照射时实施预定功能。

2(D).区域化标签照射

另外参考图24。图24展示两个相邻位点424a及424b。所例示实施例中的位点424为各自容纳零售店(retail establishment)的建筑物。展示此示范性实施例以达描述性目的。将了解的是，所例示实施例表示所公开概念的方面。所公开概念的原理可适用的位点的性质及配置可有所变化。位点的类型包括但不限于零售店、货仓、办公室设施、学校、港口、配送中心、装运及分类中心、运动地点、停车场、工厂或制造企业、农场、军事基地等。位点可不包括任何建筑物结构或可包括一或多个建筑物结构。每一位点的特征在于其中需要标签402的照射及读取的已知地理区。由于标签402及位点的相对大小，个别标签402及相关联对象404为在图24中展示以实现图解的简单性。但应理解的是，标签402及相关联对象404是存在于每一位点424内。位点424中标签402及相关联对象404的数量可有所变化，且可在少达一个标签402/相关联对象404至数百万标签402/相关联对象404的范围变化。

在所例示实施例中，位点424a及424b间隔分开。相邻位点424不必间隔分开。相应于建筑物的位点424可彼此触碰或几乎触碰，或可共享将一个位点424与另一位点区分的壁。

在一个实施例中，探针P与每一位点424相关联。典型地，探针P位于定义位点424的地理区内。一或多个接收器408也与位点424相关联且位于位点424处。典型地，与位点424相关联的接收器408位于定义位点424的地理区内，但与位点424相关联的接收器408中的一或多者可位于此地理区外部，诸如接近位点424的入口。

每一探针P经配置以照射位于与探针P相关联的位点424的地理区内的标签402。在一个实施例中，与一个位点424相关联的探针P经配置以不照射位于相邻位点424内的标签402。将了解的是，不照射相邻位点中的标签402可能始终不可能或不实际，和/或有时，相邻位点中的标签402可即使在小心限制探针P的可操作范围的情况下仍受无意照射。

出于配置探针P以不照射相邻位点中的标签402的目的，可使用由于通过探针P产生导引面波所引起的天然“能量气泡”。如上文所述，滚降在小于膝部109离探针P的距离的距离处的导引面波的能量密度是极低的。在膝部109且向外的距离处，能量密度显著下降。假定探针P为全向的且陆界媒质410的电性质沿探针P与陆界媒质410之间的操作界面为均匀的，则能量密度在自探针P的所有径向方向上以此方式表现。膝部109的距离随导引面波的频率而变化。此外，出于本说明书的目的，为了被视为受照射的，标签402必须在阈值能量密度存在下以从导引面波汲取足够功率以便供电并能够响应。阈值能量密度可取决于标签402的能耗特性且因此可有所变化。

对于与通过探针P产生的导引面波的频率可操作兼容的标签402而言，围绕探针P的其中标签402将暴露于阈值能量密度以变为受照射的区将称为照射区426。如图24的示范性实施例所例示，一个照射区426a与位点424a及探针Pa相关联，且另一照射域426b与位点424b及探针Pb相关联。在其中通过用于相邻位点424a、424b的探针Pa及Pb产生的导引面波的频率与用于相邻位点424a、424b的其他者的标签402可操作兼容的实施例中，不重迭照射区426的建立将允许每一位点424通过彼此独立地读取标签402而实施对象识别。

具体来说，通过用于位点424a的探针Pa产生的导引面波将不趋向于照射相邻位点424b内的标签且反之亦然。可做出另外的预防措施以避免使得在标签402通过用于相邻位点424b的探针Pb照射时，用于一个位点424a的接收器408检测来自位于相邻位点424b中的标签402的响应信号，且反之亦然。这些预防措施可包括控制照射的时序以便来自各自位点424a、424b的探针Pa、Pb不会主动地同时产生导引面波。另一预防措施为限制标签402的输出功率至足够低的水平以避免通过其他位点中的接收器408检测，和/或限制接收器408的接收灵敏度以避免检测来自相邻位点424中的标签402的信号。另一预防措施为在处理来自位点424的阅读器408的信息的计算机系统418中维持标签识别符的数据库以用于应存在于位点424的所有标签402。若读取标签402且相关联标签识别符不在数据库中，则可做出以下假定：标签402不与位点424相关联且应予以忽视。当对象到达位点424且经询问以将相应标签识别符添加至数据库时，可在录入模式中得到例外情况。

对前述内容应注意，存在控制照射区426的有效大小的若干因素，包括导引面波的功率及频率以及标签402的功率需求。因此，导引面波的功率及频率中的每一者、用于位点424内的标签402的特性以及用于相邻位点中的标签402的特性可经选择以彼此协调来建立用于每一照射区426的适当大小。然而，应了解，频率为对照射区426的大小的最重要贡献因素。在约100MHz至约200MHz范围内的频率应足以控制照射区426的大小，以便在位点424为典型货仓或零售店时紧密地匹配位点424的大小。

也可以合乎需要的是控制照射区426的形状。照射区426的形状可通过使用探针装配来控制，该探针装配具有随方向的函数而变化的输出。这可使用多个探针P来实现以在导引面波分布中产生凸部或产生为多个定向发射导引面波的集合体的导引面波(例如，多射束方法)。例如，单个探针P的超定位可用于制成具有定向输出的相位数组探针，该方向输出是通过多个同时产生的导引面波的存在而控制。

通过选择探针P(或探针装配)及标签402的特性以控制照射区426的大小与形状，照射区426可制成近似于相关联位点424的地理区。此外，如上文所述，有可能可使用位点424中的一个探针P来照射位点424中的所有标签402(例如，通过实现整个位点424上的高能量密度)，同时维持来源处的可接受能量密度(例如，在探针P处约1瓦特至约2瓦特的EIRP)。

另外的考虑因素可用于选择导引面波的频率。例如，对某些频率的访问可以或可以不通过监督其中定位有位点424的管辖区的管理机构而被利用来达成对象识别目的。

另一考虑因素为导引面波的有效高度。导引面波的能量密度落于约导引面波的波长的高度处。因此，照射区426的高度将为约导引面波的波长。对于约13MHz的导引面波而言，探针P将为约三英尺高，且照射区426将为约72英尺高(约22米)。此高度可足以照射与对象404相关联的标签402，该等对象是置放于许多货仓中的上部架子上。对于约100MHz的导引面波而言，照射区426将为约3米高，且对于约300MHz的导引面波而言，照射区426将为约1米高。这些高度可与许多零售环境兼容。

2(E).从一位点处的标签进行数据收集

可通过读取存在于一位点处的标签402而实施各种功能。示范性功能包括库存控制、找出错置对象404、减少盗窃以及消费者交易操作。对于这些任务，假定待追踪的每一对象404与标签402相关联，且计算机系统418维持对象404及每一相关联标签识别符的数据库。当标签402首先与对象404相关联时可产生和/或采集此信息，此关联可发生在远离位点424的位置处，诸如制造对象的工厂。在其他情形中，当标签402到达位点时可产生和/或采集此信息。

为了在位点424处实施标签402的读取，存在一或多个探针P及一或多个接收器408。因为标签402可通过位于位点424外部的探针P所产生的导引面波照射，所以探针P不必位于424的地理区内。但预期的是，接收来自位于位点424处的标签402的返回信号的每一接收器408将位于位点424的地理区中或接近于位点424(例如，在能够接收通过位点424中的标签402发射的返回信号的距离内)。

用于位点424的每一接收器408可做策略性置放，诸如通过门、卸货台、收款机等来置放。例如，在其中位点424a为零售位置的位点424a的所例示实施例中，接收器408位于临近顾客进入及退出所穿过的主要入口428，接收器408被定位于临近将主购物区432与库存储存区434分离的门430，且接收器408被定位于临近储存区434处的辅助出口门436。另一接收器408可被定位于临近卸货台438，且另一接收器408可位于支付区440。对象404及相关联标签402可存在于位于购物区432中的架子442或显示器上。另外的对象404及相关联标签402可存在于储存区434中的架子442上或其他位置中。在另外或替代位置处也可存在接收器408。

另外参考图24中的示范性位点424b的图解，将描述接收器408的另一布置。在此实施例中，接收器408是置放于策略位置处但不与位点424b内的具体地点相关联，这些地点诸如门、卸货台、支付区等。相反，接收器408是被定位来检测通过位点424内的标签402发射的返回信号。尽管在随附附图中例示两个接收器408，但其他数量的接收器408是可能的。例如，仅存在一个接收器408或存在三个或三个以上接收器408。可以与上文描述相同的方式来使用并分析返回信号。在位点424a或位点424b的任一实施例中接收器408的数量及定位可取决于标签402与接收器408之间的操作范围、位点424的大小、计算机系统418的程序化及任何其他相关因素。此外，位点424a的实施例的接收器布置可与位点424b的实施例的接收器布置组合，以便一些接收器定位成与位点的某些结构组件连接，且其他的接收器是定位在更通用策略位置处。

应认识到，图24中接收器408的位置为示范性的且是出于描述性目的。接收器408的数量及位置可取决于位点424的特性及待进行的标签读取功能来修改。

探针P可位于策略位置中，但可隐藏于视线。例如，在位点424a的实施例中，探针Pa是隐藏于架子442中的一个的端盖444中。探针P可经配置以连续地产生导引面波，以便各自照射区426中的每一标签402连续地响应，诸如通过重复传输返回信号而在重复传输之间不存在延迟或周期性地重复传输返回信号(例如，一秒一次)来连续地响应。在其他实施例中，探针P经控制以在所需时间产生导引面波并产生达所需持续时间。所需时间可经预安排或可以是触发探针的启用的结果(例如，操作者可触发探针来实施库存检查，以便找出错置对象或结算对象以供购买，如以下示范性功能中所描述的)。

返回信号可通过一或多个接收器408检测。来源于返回信号的数据(例如，标签识别符)连同检测返回信号的接收器408的已知位置和/或身份可结合各种功能使用。一个示范性功能为参与识别顾客意图购买的对象404。例如，顾客可带着用于购买的对象404至支付区440。在位点424a的实施例中，对象404可移动经过支付区440处的接收器408，且那些对象404可通过计算机系统418登记。应注意，不需要与印刷SKU利用条形码阅读器连续扫描的方式类似地一次一个读取用于购买的物品。相反，可带着多个对象404同时经过接收器408。一旦对象404获识别，顾客可随后以常规方式对进行支付物品。

在另一实施例中，可追踪关于位点424处的库存的信息。例如，在位点424a的实施例中，当对象404进入或离开位点424时，相关联标签402可经过位于门428、门436或门438处的接收器408中的一者。通过保持跟踪经过这些接收器408的对象404，可通过对象类型针对对象404的数量进行精确结算并对从授权区移动至未授权区的对象进行检测。此检测也可通过检测移动经过预定点或跨过授权区与未授权区之间的边界而进行。在另一实施例中，可通过在自接收返回信号的上一次重复起的预定量的时间内未能接收来自相关联标签的返回信号而得到对对象仍留在授权区的检测。此外，可针对有效对象购买及对象为何可从位点424移除的其他正当理由(例如，装运至供应链的下游位置或返回至供应者)来交互参照此信息。若对象404的偏离不与正当理由相关联，则可实施另外的安全性相关动作，诸如向主管机关(例如，位点424的管理者或警方)发出警告，打开安全性摄影机并记录围绕对象穿过退出的门或台的区域的视频，发起调查等。

其他信息可根据其中对象404进入或退出位点424的方式、返回信号的接收时间和/或诸如何时也存在特定运载工具或工人的另外信息来判定。例如，在具有多个卸货台的设施中，追踪对象移动穿过的卸货台可用于确立哪一员工操纵对象，对象装载至哪一卡车上或哪一卡车将物件带至设施。作为另一实例，追踪相对于购物区432而位于储存区434中的对象404可通过门430处的接收器408接收返回信号。可进行关于对象于位点424内的移动的其他数据收集，诸如追踪自一个使用者定义区带至另一使用者定义区带的移动、收集关于顾客的行为的资料等。

在另一实施例中，位点424中所有对象404或某些类别对象的库存可通过分析来自标签402的返回信号而进行。在一个实施例中，计算机系统418可分析与每一相异返回信号相关联的标签识别符以实施库存分析。在一个实施例中，解交错(de-interleaving)技术可应用来忽视或关闭来自具有相关联标签识别符的标签402的返回信号，这些相关联标签识别符已登记于库存分析中。为限制在库存分析期间响应的标签402的数量，发射返回信号的寻址命令可发送至所关注的具体标签402。响应或不回应的解交错和/或寻址标签可结合本文描述的其他功能使用。

在一个实施例中，所有对象404的地理位置、对象404的某些类别或单一具体对象404可使用来自与对象404相关联的标签402的返回信号而被识别。标签402的位置及其相关联对象404可通过照射标签402并在各自具有已知位置的两个或两个以上接收器408处接收返回信号来判定。对来自相同标签402的两个或两个以上返回信号而言，到达时差或接收功率差异(例如，电压驻波比或VSWR)可用于三角分析标签402的位置。此分析可针对从多个标签402接收的返回信号重复。此外，解交错技术可应用来忽视或关闭来自已判定位置的标签402的返回信号。此外，为限制在位置分析期间响应的标签402的数量，寻址可用于控制发射返回信号的一或多个标签402。

位置判定技术(例如，前述三角量测技术)可结合各种功能使用。例如，参考位点424b的示范性叙述，可进行特定区中对象404的整体识别。例如，可能存在读取区带446，该读取区带充当用于购买的物品在退出位点424b之前穿过的指定询问区。专用读取区带446中的所有对象404可通过分析来自位于读取区带446中的标签402的返回信号而被检测。因此，一组对象可移动穿过读取区带446，通过计算机系统418共同地识别并登记。随后，可完成交易来购买物品。此种整体对象识别的方法可应用于其他情形中，诸如识别移动穿过卸货台的所有物品，在卡车或轨道车移动穿过预定区时识别该卡车轨道车上的所有物品等。

作为另一实例，地理位置可用于检测对象404的未授权移动(例如，对象404的盗窃)。在一个实施例中，此检测可在判定对象404处于其不应存在的位置中(例如，对象404的位置经检测处于位点424的地理区外部)的情况下进行。在另一实施例中，此检测可在对象移动大于阈值距离并处于自预定点的未授权方向上的情况下进行。此种技术可检测远离门并朝向例如停车场移动的对象。一旦进行可能的未授权移动的检测，该检测即可针对任何合法的移动理由来交互参照，这些理由诸如对象的购买、对象至另一位置的排程装运等。若不存在针对已进行的检测的合法原因，则可触发安全措施。安全措施可包括但不限于向主管机关(例如，位点424的管理者或警方)发出警告，打开安全性摄影机并记录围绕对象穿过退出的门或台的区域的视频，发起调查等。

在判定对象404的地理位置的另一实施例中，接收器408的地理位置可用作接收相关联标签返回信号的对象404的位置的代理。例如，若支付区440处的接收器408检测到标签402的返回信号，则相关联对象404将假定为位于或靠近支付区440。在多于一个接收器408检测到标签402的返回信号的事件中，则检测到返回信号的最高信号强度的接收器408的位置可用作相关联对象的位置的代理。在一些实施例中，接收器408可以是移动的，诸如安装在卡车、船、火车或其他运载工具上的接收器408。在此状况下，充当标签402/对象404的地理位置的代理的接收器408的地理位置可使用例如全球定位系统(global positioningsystem；GPS)技术来判定。

用于判定标签402的地理位置的前述方法中的任何方法可包括除地理位置(例如，如通过双向坐标所表达的)之外判定标签402的高程。此外，在一些实施例中，有可能可通过将导引面波转向以使得导引面波一次仅照射位点424的某些区中的标签402(例如，通过使用多射束导引面波产生方法来输出在方向上随时间推移有所改变的导引面波)来细化标签402的定位。

将对象储存在设施(例如，货仓、配送中心、零售店的储存区等)中典型地涉及详细计划对象将置放在何处以便这些对象可在需要时容易被找到。使用用于照射及地理定位标签402的所公开技术，可使用较少计划。替代地，对象404可置放于将容纳对象404的任何位置中。此位置可使用用于判定与对象404相关联的标签402的地理位置的前述方法中的一者而在进行置放时得以判定。此位置可通过计算机系统418储存于数据库中且用于促进在稍后时间对对象404的撷取。替代地，对象404可置放于适合位置中而无需判定或储存关于该位置的信息。当希望找到对象时，用于判定与对象404相关联的标签402的地理位置的前述方法中的一者可用于判定对象404的位置。

在一个实施例中，对象404的移动可通过周期性地或连续地进行与对象404相关联的标签402的地理位置的位置判定而得以追踪。以此方式的移动追踪可用于库存计划，用于监测盗窃或产品缩减以及用于各种其他目的。在一个实施例中，多个标签402的追踪可提供另外信息。例如，若人与第一标签402相关联而对象404与第二标签402相关联且发现这些标签一起移动，则可进行以下判定：人正在移动对象或与对象的移动相关联(例如，两者一起在运载工具中移动)。可对与运载工具相关联的标签402及与对象404相关联的标签进行相同分析。

标签402可以许多方式与人相关联且用于各种目的。在一个实施例中，与人相关联的标签402可采取通过人正常携带的对象形式或包括于该对象中，诸如在形状因素上与信用卡类似的标签402或者是电子装置(例如，移动电话或用于移动电话的壳体)的部分的标签402。一旦标签402与人相关联，即识别标签及由此识别人可用于各种目的。例如，与人相关联的标签402可在支付区440处检测，结合与人意欲购买的对象相关联的标签402的检测。若银行账户、信用卡或其他支付手段进一步与购买人所关联的标签402相关联，则针对对象404的支付可通过暂存交易的计算机系统418使用与购买人所关联的标签402相关联的支付手段来进行。

在另一实施例中，可需要位点424处的员工携带标签402。使用对对象404的位置追踪和/或对象404与人的关联，可通过计算机系统418实施各种功能。示范性功能可包括追踪任务完成、追踪工作业绩、追踪工时及监测由员工盗窃的对象404。

2(F).标签的宏观照射

先前章节描述使用导引面波照射明确定义地理区中的标签402，该明确定义地理区相应于典型地通过一方控制的已知地点。

另一实施例将结合图25描述。在此实施例中，导引面波可用于照射在可存在多个位点424的区上、存在通过各方控制的多个接收器408的区上和/或标签402可通过运载工具(例如，卡车、汽车、飞机、火车、船等)行进的区上的标签402。这些区可包括任意区、货物意欲沿之行进的路径、邮政编码区、城市、乡村、州或省、国家、大陆或通过探针P的操作者判定的可以对应或不对应于管制边界、政府边界或地理边界的区。在一个实施例中，导引面波可产生来照射地球(亦即，全球)上的标签402。由于标签402及接收器408相对于涵盖区中一些区的大小的尺寸，图25中未展示单个标签402及接收器408以实现图解的简单性。

注意，探针P并未按比例绘制且可定位在行星上的几乎任何位置处，图25中例示的代表性实施例涵盖能够照射地球上的标签402的导引面波。然而，以下描述的方面将应用于较小照射区。

导引面波较佳地具有已知固定频率(例如，第一频率)。一或多个另外的探针P可用于产生照射至少一区中的标签的导引面波，该区与其中标签402通过第一频率的导引面波照射的区重叠。其他导引面波可具有不同于第一频率的频率，且结合利用其他导引面波照射标签402所实施的功能可与结合利用第一频率的导引面波照射标签402所实施的功能相同或类似。因此，照射相对宽伸展区上的标签402将在第一频率的单一导引面波的情形中描述且进一步在与第一频率可操作兼容(例如，通过第一频率的导引面波供电且在加电时能够发射返回信号)的标签402的情形中描述。其他频率的导引面波及与其他频率兼容的标签的操作可以相同方式实施，且与第一频率的导引面波及与第一频率兼容的标签的操作并行实施。

一般而言，在标签402可通过第一频率的导引面波供电的区增大时，第一频率将降低。

对使用第一频率且通过探针P产生来对标签402供电的导引面波感兴趣的实体可布署与第一频率兼容的标签402。布署标签402可包括例如将兼容标签402与实体希望追踪的每一对象404实体上关联，且在计算机系统418(未按比例展示)处的适当数据库中登记对象404及相关联标签识别符的身份。将标签402及对象404实体上关联可包括将标签402直接黏附或紧固至对象404、用于对象404的包装或利用对象404保持(例如，手动保持)的一些其他物品。在其他实施例中，标签402可处于对象404内部或为对象404的整体部分。

实体也可将接收器408布署在导引面波将照射标签402的区中的策略位置中。除其自身接收器之外或替代布署其自身接收器，实体可与布署接收器的另一方配合。另一方可将存在于通过接收器检测的返回信号中的信息(例如，标签识别符)提供至实体。信息的提供可经由计算机系统418实现且可包括处理数据以进行各种判定，诸如路线追踪。将进一步了解的是，可存在处理来自返回信号的信息的多个计算机系统418。例如，对使用第一频率的导引面波来识别对象关注的每一实体可布署计算机系统418或多个计算机系统418来处理多个位点的信息。

预期的是，标签402的宽区照射将产生利用常规RFID技术当前不可能的许多对象识别及追踪功能。另外，当使用局部探针P(例如，如结合图24的实施例所描述的)时实施的任何操作也可使用如结合图25描述的远程探针P实施。

类似于上文所述的操作，利用导引面波照射的标签402将响应于识别符。识别符可以是将标签402与所有其他标签402区分的唯一识别符，这些其他标签诸如呈另一格式的IPv6地址或识别符。第一频率的导引面波在所覆盖区(可至多为整个行星)上具有足够能量密度，以照射覆盖区内的所有标签402。因此，标签402可连续地通过发射其返回信号而重复辐射，该发射是典型地以高于第一频率的第二频率进行。连续地重复辐射返回信号可包括重复返回信号而在返回信号发射之间无延迟或稍微延迟(例如，在一个实施例中至多五秒、在另一实施例中至多两秒、在另一实施例中至多一秒、或在另一实施例中至多0.5秒)。在一些情形中，标签402可经程序化以在某些时间、以某一周期性或响应于响应命令而回应。在其他情形中，标签402可被命令不回应至少具体时间段(例如，在复数个标签的读取操作期间，该读取操作使用解交错方法来精确地识别大量标签)。

在一个实施例中，只要标签402处于通过第一频率的导引面波照射的区中，标签402将“始终”辐射其识别符(例如，一再地重复地辐射识别符而在每一辐射循环之间无延迟或延迟很小)且在标签402的生命周期期间。因而，可在通过第一频率的导引面波照射的区中任何处追踪标签402，只要标签402处于接收器408的操作范围内即可，该接收器经配置以检测处于标签402的发射频率(例如，第二频率)上的返回信号。如先前所描述，可例如使用三角量测或通过使用接收器的位置作为标签的位置的代理而判定标签402的位置(例如，经度及纬度)及高程。

在其中覆盖区为整个世界的示范性实施例中，可在行星上的任何处在任何时间追踪每一兼容标签402直至标签402停止传输。标签402可通过响应于停用命令而停用、通过标签电路系统414故障、通过变成实体上破坏的等而停止传输。在全球实施例中，导引面波可操作来在相对高海拔(诸如至多约35,000英尺)处照射标签402。因而，可追踪通过飞机携带的标签402，前提为接收器可检测来自标签402的应答信号。

接收器408可定位于需要标签402识别的任何位置处。用于接收器408的可能位置的非详尽列表包括制造设施、农场、货仓、处理因特网订单或邮寄订货单的配送中心、零售位置、饭店、杂货店、国家的进口港、海港、机场、沿道路、沿铁路轨道及处于移动运载工具(例如，汽车、卡车、飞机、船、火车、叉车等)。

接收器408的广泛布署可允许与标签402相关联的对象404的生命期追踪。所收集的追踪信息的量可取决于例如与标签402相关联的对象404的性质、所关注供应链或与对象具有关系的人或实体的关注程度。作为一实例，对象404可在中国北京的工厂中制造或包装的时间与标签402关联，且随后在装载于卡车上并驶往中国田径海港时予以追踪。接着，当对象404装载于货物容器上时追踪该对象并当货物容器装载于船上时追踪该对象。可进一步在通过船去往美国加利福尼亚洛杉矶的海港的路线中追踪对象404。可在海港处通过接收来自标签402的返回信号而追踪货物容器自船的卸除及对象404于火车上之后续装载。可在通过火车行进期间追踪对象404，火车可携带对象至美国田纳西州孟斐斯，在孟斐斯，物件自火车卸除且运输至孟菲斯的配送中心的架子。可通过配送中心的操作者接收来自麻萨诸塞州波士顿的顾客的对对象的订单。在那点，对象404可自架子移除，置放于装运箱中，运输至包装递送运货方的孟斐斯分类及分配中心，其中含有对象的箱最终装载至飞机上。也可追踪所有那些事件。可在飞机行进至波士顿时追踪对象。随后追踪的为诸如以下的事件：对象自飞机的卸除、对象至包装递送运货方的波士顿分类及分配中心的运输、对象于递送卡车上的装载及向顾客工作地或住所的最终递送。稍后，顾客可带着物件404前往法国巴黎旅行度假。假定相关联标签402与对象不分离或不丢弃，则可再次在前往巴黎旅行或在巴黎期间检测该对象。

应认识到，前述对象生命周期追踪实例描述代表性供应链情形。使用响应于导引面波的标签402追踪的对象可以许多其他方式进入并透过贸易，但仍可予以追踪以达各种目的。那些目的包括例如供应链管理、库存管理、检测盗窃、估算在一位置处的到达时间等。

关于对象去过哪里和/或已与对象交互的人或实体的详细信息可在多种情形中使用。作为一实例，可判定对象的购买者的身份连同对象的供货商、零售位置(若可获得)及支付方式(例如，包括具体信用卡，若可获得)。此信息可与关于购买者的其他信息组合并加以分析以便产生销售机会，自动暂存产品以用于保证、用于跟踪服务/产品更新目的或出于其他原因。

在一个实施例中，所公开的识别及追踪技术可用于追踪食物传染病的爆发起源。在此实施例中，患病的人可经面询以判定该人食用何物，其何时食用那些物品，以及该人的食物来源(例如，消费食物的饭店或购买食物的杂货店)。每一受感染人的信息可填充至数据库中且交互参照来判定何种食物物品最有可能引起该疾病。有时仅仅交互参照此信息可能不足以判定含有病原体的食物，尤其在食物跨于国家或地区的宽泛区分布的情况下更是如此。使用从与食物供应链中的对象相关联的标签402收集的信息可用于发现何种食物令人生病，这些物来自何处并且其他潜在污染食物当前位于分配链中何处。

出于此目的，标签402可在食物链中尽可能早地与食物物品相关联。例如，标签402可在处理厂处与花生酱的罐或多罐花生酱的盒子相关联，该处理厂制造花生酱和/或填充该等罐。产品(例如，水果及蔬菜)可在生长器或包装产品(例如，典型地通过将产品置放于容器或条板箱中以供分配，且在一些实施例中，将产品出售给消费者)的包装设施处与标签402相关联。标签402的位置可如上文所述来追踪。随后，在食物传染病爆发期间，患病的人的信息可针对位置追踪信息来交互参照以试图识别患病的人与来自疑似食物产品的群组或类别的食物产品、在接近患病的人的位置具有最终分配模式的食物产品或以一些其他方式分类的食物产品之间的相应性。以此方式，嫌疑食物产品的识别可得以快速识别。预期的是，嫌疑产品识别可比进行常规分析的情况进行得更快。

一旦嫌疑食物产品得以识别，即可召回食物产品。追踪信息可使用下游及上游两者来促进产品召回及其他补救行动。例如，可识别引入病原体的位点且可根除病原体。此外，可识别可能遭污染和/或经受召回的食物个体的最后检测位置。若那些物品仍在杂货店或饭店，则杂货店或饭店可获警告且可将食物免于出售或使用。此外，对于通过消费者购买的产品而言，可使用建立购买者与标签对象之间的关联性的记录来识别一些物品的具体购买者。在一些实施例中，返回信号可经分析来识别召回个体的现在位置，并且可采取行动来从饭店、家庭、杂货店或其他位置召回那些个体。

另一示例性应用为追踪用于服务或产品升级或召回的物品。将描述就汽车而言的产品召回的示范性实施例，但对用于涉及产品升级的例行服务的情形的方法的修改将为明显的而无需进一步说明。在此实施例中，探针P发射照射与汽车相关联的标签P的导引面波。接收器408沿道路、停车区、行车道或汽车可经过的其他位置定位。在汽车经过接收器408中的一者时，来自相关联标签402的返回信号将通过接收器408接收。标签识别符或与标签识别符相关联的车辆数据(例如，车辆识别号码(vehicle identification number；VIN))可针对数据库交互参照，该数据库通过制造厂及型号来储存何种汽车已完成解决产品安全性召回的必要工作。关于完成召回工作的数据可自汽车商及其他服务提供商在工作进行时获得。若判定车辆已完成该工作，则可不采取另外的行动。若判定车辆尚未完成该工作，则可采取另外的行动。例如，数据可经由导引面波中的编码载波消息而传输至标签402。数据可促使标签402与车辆的电子组件接口以向驾驶员显示应解决产品召回的消息。其他行动可包括尝试通过电话、电子邮件、正文消息或数据消息、常规邮件等联系车辆的所有者或执行主管机关。

另一应用可以是向驾驶员或车辆所有者收取收费道路使用的费用。在此实例中，接收器408可从收费道路的入口及出口处或沿收费道路被定位。在接收来自与经过接收器408的车辆或驾驶员相关联的标签402的返回信号时，可针对之前在计算机系统418中与驾驶员或车辆相关联的账户或信用卡进行适当收费。

在另一实施例中，来自标签402的返回信号或缺少返回信号可用于识别仿冒货物或验证合法货物。在一个示范性方法中，每一合法对象与具有唯一识别符的标签402相关联。在各种时间，可针对已知与合法货物相关联的标签识别符的数据库检查标签识别符。检查货物的示范性时间可包括透过海关控制检查点的时间及货物中的所有物或契据(title)在各方之间转移(例如，自制造商至进口商、自进口商至分销商、自分销商至店主、自店主至消费者)的时间。若在所接收标签识别符与已知合法标签识别符之间存在匹配，则货物可通过海关主管机构放行或通过接收方接受。若不存在匹配或无标签402存在，则海关主管机构可没收货物且进行调查或接收方可拒绝货物。

从前述实例明显的是，追踪相对于各种对象404收集的数据的量将取决于对对象404的关注程度及追踪对象404的理由。超出追踪对象404的范围，相关联标签402可用于另外的目的。将提供实例。在此实例中，数据可转移至标签402或查询或命令可传输至标签402。在这些情形中，数据、查询或命令可经由标签402与接收器404之间的通信链接传输，或可编码在寻址至标签402并形成导引面波的部分(例如，作为编码载波消息)的消息中。

在一个实施例中，除标签识别符之外的数据可通过标签402储存。储存数据或储存数据的选定组件可作为自动化返回信号的部分传输。在其他情形中，储存数据或储存数据的选定组件可响应于查询或命令在信号中传输。通过标签402储存的信息可随时间推移在对支持操作功能性而言适当时而改变。储存数据组件可包括但不限于先前判定的标签402存在的位置(例如，位置历史记录)；接收来自标签402的返回信号的接收器408的识别符；与标签402相关联的对象404的制造商、进口商、分销商或所有者的身份或位置；制造、包装或其他处理的时间及日期；一或多个另外的对象404与标签402的关联；海关放行资料；与诸如跨过进口港、制造、购买、购买量等的某些事件有关的位置、时间及日期和/或其他细节；产品到期日；版本号或值；产品功能；从其可获得更多产品数据、保证信息、法定期限或知识产权覆盖信息的网站或其他数据储存器；关于获得产品支持或订购附件或替换零件的信息；等。

在各种实施例中，导引面波将存在长的时间段以在大的地理区上照射标签402。在一些点，针对某些产品的返回信号的值可不再受一方或多方关注。例如，对象404的购买者可由于隐私问题而不希望使对象的标签402发送返回信号。作为另一实例，在消费食物之后，与食物的包装相关联的标签402几乎无价值。在此等情形中，有可能可再循环使用标签、破坏标签、关闭标签的返回信号特征、接触追踪数据系统(例如，计算机系统418)且选择退出进一步追踪标签，或改变标签、接收器或计算机系统的操作的其他动作。

在一个实施例中，标签402可响应于一个以上频率的导引面波。例如，标签402可在通过第一探针产生的第一频率的导引面波存在时发射第一返回信号，且覆盖如结合图25所描述的广泛区，且可当通过第二探针产生的第二频率的导引面波存在时发射第二返回信号，且覆盖如结合图24所描述的局部区(例如，相应于具体位点的区)。响应于第一频率的宽泛区导引面波的返回信号可处于一频率下，该频率不同于第二频率的局部区导引面波的返回信号的频率。以此方式，返回信号可得以区分和/或通过不同接收器408接收。

2(G).计算机系统

各种实施例中的计算机系统可为任何适当系统，诸如个人计算机、服务器或分布式系统(例如，“云端”计算环境)。另外参考图26，例示与接收器408通信耦合示范性计算机系统418。若适当，则计算机系统418可与多个接收器408通信。若可应用，则计算机系统418可与一或多个探针P可操作通信以在探针300产生导引面波时控制导引面波的特性，且控制探针300以包括用于以导引面波传输至一或多个标签402的数据或命令。

计算机系统418连同接收器408、探针P及标签402可实施本公开内容中描述的技术。如所指示的，计算机系统418经由任何适当通信媒体420与接收器408通信。除实施本文描述的操作之外，计算机系统418可为中央暂存系统或一些其他形式的管理平台以便管理标签402与对象404的逻辑关联。

计算机系统418可实现为基于计算机的系统，其能够执行计算机应用程序(例如，软件程序)，包括在执行时实施本文描述的计算机系统418的功能的标签管理功能448。标签管理功能448及数据库450可储存于非暂时性计算机可读媒体(诸如内存452)上。数据库450可用于储存用于实施本公开内容描述的功能的各种信息集合。内存452可为磁性、光学或电子储存装置(例如，硬盘、光盘、闪存等)，且可包含若干装置，包括非永久性及永久性内存组件。因此，内存452可包括例如随机存取内存(random access memory；RAM)用于充当系统内存、只读存储器(read-only memory；ROM)、固态驱动器、硬盘、光盘(例如，CD及DVD)、磁带、快闪装置和/或其他内存组件外加用于内存组件的相关联驱动器、播放器和/或阅读器。

为了执行逻辑操作，计算机系统418可包括用于执行实施逻辑例程的指令的一或多个处理器454。处理器454及内存452可使用局部接口456来耦合。局部接口456可例如为具有伴随控制总线的数据总线、网络或其他子系统。

计算机系统418可具有各种输入/输出(input/output；I/O)接口用于可操作地连接至各种周边装置。计算机系统418也可具有一或多个通信接口458。通信接口458可包括例如调制解调器和/或网络适配器。通信接口458可允许计算机系统418经由通信媒体420发送并接收往来于其他计算装置、接收器408及探针P的数据信号。具体地，通信接口458可将计算机系统418可操作地连接至通信媒体420。

接收器408包括通信电路系统，诸如接收来自标签402的返回信号的无线电电路系统460及经由通信媒体420与其他装置建立可操作通信的通信接口462。无线电电路系统460可包括一或多个天线及无线电接收器(或在其中接收器408传输数据或命令至标签402的状况下的收发器)。

接收器408的总体功能性可通过控制电路464控制，该控制电路包括例如用于执行逻辑指令的处理装置。接收器408也可包括用于储存呈可执行代码形式的数据及逻辑指令的内存466。内存466可以是非暂时性计算机可读媒体，诸如以下一或多者：缓冲器、闪存、硬盘驱动器、可移除媒体、易失性内存、非易失性内存、随机存取内存(random accessmemory；RAM)或其他适合装置。在典型布置中，内存466包括用于长期数据储存的非易失性内存，及起用于控制电路464的系统内存作用的易失内存。接收器408可包括任何其他适当组件，诸如但不限于显示器、扬声器、麦克风、用户接口(例如，小键盘和/或触敏输入端)、运动传感器、位置判定组件(例如，GPS接收器)等。

3.结论

相对于一个实施例描述和/或说明的特征可以与一或多个其他实施例相同的方式或类似的方式使用和/或与其他实施例的特征组合使用或替代该等特征。因此，所公开特征中任何特征可与任何其他特征组合或互换。

此外，尽管已展示并描述某些实施例，但应理解的是，落入所附申请专利范围的范畴内的等效物及修改将由熟习此项技术者于阅读并理解本说明书之后思及。

Claims (28)

1.一种对象识别系统(400)，其包括：

导引面波导探针(P)，所述导引面波导探针产生导引面波，对象识别标签(402)从所述导引面波获得电功率以进行操作，每一标签与一对象(404)相关联；以及

布署在策略位置处的多个接收器(408)，当所述标签在所述对象的生命周期期间随相关联对象移动时，所述接收器接收来自所述标签中的一个或多个标签的返回信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述导引面波导探针包括升高至陆界媒质(203、410)之上的电荷端子，所述电荷端子经配置以产生至少一个所得场，所述所得场合成以所述陆界媒质的复合布鲁斯特入射角(θ_i,B)入射的波前。

3.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述导引面波具有照射区(426)，其中存在足够能量以对标签供电，所述照射区的大小对应于一区域，在所述区域中，预期在所述对象的所述生命周期的至少一部分期间存在所述标签。

4.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述导引面波经配置以在整个行星上对标签的操作供电。

5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述接收器是沿产品供应路线布署以追踪在贸易中行进的对象。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述系统进一步包括计算机系统(418)，所述计算机系统将与通过所述接收器对来自所述标签的所述返回信号的检测相关联的数据登记在数据库(450)中。

7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括计算机系统，所述计算机系统根据来自所述接收器接收的所述标签的返回信号而识别所述标签的地理位置。

8.如权利要求7所述的系统，其中使用在两个接收器处接收的相应返回信号通过三角量测来判定至少一个标签的地理位置。

9.如权利要求7所述的系统，其中接收来自标签的返回信号的至少一个接收器的地理位置充当所述标签的位置的代理。

10.如权利要求1至9中任一项所述的系统，其中针对所述导引面波的照射区的形状是通过产生作为方向的函数而变化的所述导引面波来控制的，在所述照射区中，存在足够能量密度以供所述对象识别标签获得电功率以进行操作。

11.如权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述标签是可寻址的且所述导引面波包括用于所述标签中的至少一个标签的寻址消息。

12.如权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述标签是可寻址的且所述接收器经配置以发送用于所述标签中的至少一个标签的寻址消息。

13.如权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述消息是针对通过寻址标签储存的数据的查询。

14.如权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述消息包含待通过寻址标签储存的数据。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述数据对应于与所述寻址标签的历史相关联的至少一个事件。

16.如权利要求14所述的系统，其中所述数据对应于所述寻址标签的至少一个检测位置。

17.如权利要求11至12中任一项所述的系统，其中所述消息是用于寻址标签在至少一时间段内不传输返回信号的命令。

18.如权利要求1至17中任一项所述的系统，其中所述导引面波以第一频率照射所述标签，且至少第一组标签以标称上不同于所述第一频率的第二频率发射返回信号。

19.如权利要求18所述的系统，其中至少第二组标签以标称上不同于所述第一频率和第二频率的第三频率发射返回信号。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述探针在其中存在另一导引面波的环境中操作，所述另一导引面波的频率在标称上不同于所述第一频率，且所述第一组标签不回应于所述另一导引面波的所述频率。

21.如权利要求1至20中任一项所述的系统，其中所述导引面波的所述产生在一时间段内是连续的。

22.如权利要求21所述的系统，其中在所述时间段期间，每一标签重复所述返回信号的发射，而在每一返回信号实例之间无延迟或有一轻微延迟。

23.如权利要求1至22中任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括计算机系统(418)，所述计算机系统根据来自所述接收器接收的所述标签的返回信号而追踪与所述标签有关的事件且将所述事件登记于数据库中。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述事件对应于以下一个或多个：标签与对象的关联、所述对象的制造、所述对象的移动、所述对象偏离或到达预定位置处，或所述对象的所有物的销售或转移。

25.如权利要求1至24中任一项所述的系统，其中所述接收器中的一或多个具有固定地理位置。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述地理位置选自以下一个或多个：位点处的门道、位点处的支付区、位点处的接收或装运口、或进口港。

27.如权利要求1至26中任一项所述的系统，其中所述接收器中的一个或多个随车辆移动，所述车辆经配置以在一个或多个对象的生命周期的一部分期间携带所述受携带对象。

28.如权利要求1至27中任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括计算机系统(418)，所述计算机系统随时间推移追踪所述标签，所述计算机系统经配置以允许与所述对象中的一个或多个相关联的人选择退出进一步追踪与所述对象中的所述一个或多个相关联的所述标签。