CN111164826B

CN111164826B - 波导和通信系统

Info

Publication number: CN111164826B
Application number: CN201880064062.5A
Authority: CN
Inventors: 金载源; 迪潘克尔·高希; 克雷格·W·林塞; 马修·S·斯泰
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: TWI774866B; TW201924138A; EP3701588A1; US11677130B2; CN111164826A; US20210194104A1; WO2019082054A1; EP3701588B1; US20220045415A1; US11189898B2

Abstract

本发明公开一种波导和包括该波导的通信系统。波导被配置为使具有工作频率的电磁波沿着波导传播。波导包括：基底，该基底具有第一介电常数；以及间隔开的单元晶胞的阵列，该间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入基底中并且沿着波导布置。间隔开的单元晶胞的阵列中的多个单元晶胞中的每一个包括具有最低谐振频率Γ1的第一发射参数S₁21并且包括介电主体和设置在该介电主体上并且部分地覆盖该介电主体的一个或多个导电层。该介电主体在该工作频率下具有大于该第一介电常数的第二介电常数并且包括具有大于Γ1的最低谐振频率Γ2的第二发射参数S₂21。

Description

波导和通信系统

背景技术

波导可用于沿着波导的长度引导电磁波。

发明内容

在本说明书的一些方面，提供一种波导，所述波导被配置为使具有工作频率Γ的电磁波(EMW)沿着所述波导传播。所述波导包括：介电基底，所述介电基底具有第一介电常数；以及间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且沿着所述波导布置。所述间隔开的单元晶胞的阵列中的多个单元晶胞中的每一个包括具有最低谐振频率Γ1的第一发射参数S121；并且包括介电主体，所述介电主体在所述工作频率下具有大于所述第一介电常数的第二介电常数并且包括具有最低谐振频率Γ2的第二发射参数S₂21；并且还包括一个或多个导电层，所述一个或多个导电层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体。Γ2大于Γ1。

在本说明书的一些方面，提供一种波导，包括介电基底和至少部分地嵌入所述基底中并且沿着所述波导布置的间隔开的单元晶胞的阵列。每个单元晶胞具有第一发射参数S₁21，所述第一发射参数S₁21包括具有第一电场强度分布的第一谐振频率Γ3。每个单元晶胞包括介电主体，所述介电主体具有第二发射参数S₂21，所述第二发射参数S₂21包括具有第二电场强度分布的最低谐振频率Γ2；并且包括金属层，所述金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体。所述第一电场强度分布和所述第二电场强度分布具有相同模式轮廓。所述第一谐振频率Γ3不是S121的最低谐振频率Γ1。

在本说明书的一些方面，提供一种通信系统，包括被配置为发出具有工作频率Γ的电磁波(EMW)的第一收发器，并且包括用于接收来自所述第一收发器的具有所述工作频率Γ的所发出的EMW的波导。所述波导包括基底，所述基底在所述波导的第一位置与第二位置之间延伸；以及间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且在所述波导的所述第一位置与所述第二位置之间延伸。所述单元晶胞被配置为在所述第一位置处谐振地耦合到具有所述工作频率Γ的所发出的EMW并且以所述工作频率使在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW沿着所述波导从所述第一位置辐射到所述第二位置。每个单元晶胞具有第一发射参数S₁21和第一反射参数S₁11。在所述工作频率Γ下，S₁21和S₁11在彼此的10％内。

在本说明书的一些方面，提供一种用于接收具有工作频率Γ的入射电磁波(EMW)的波导，并且所述波导包括沿着所述波导布置的间隔开的单元晶胞的阵列。所述单元晶胞被配置为谐振地耦合到所述入射EMW并且以所述工作频率辐射在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW。每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到所述入射EMW。每个单元晶胞包括介电主体，所述介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述入射EMW；并且包括一个或多个金属层，所述一个或多个金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体。所述第二耦合效率基本小于所述第一耦合效率。

附图说明

图1A是包括波导以及第一收发器和第二收发器的通信系统的前透视图；

图1B至图1C是图1A的波导的示意性剖视图；

图1D是图1A的波导以及第一收发器和第二收发器的后透视图；

图2A是单元晶胞的示意性透视图；

图2B是图2A的单元晶胞的示意性侧视图；

图3是波导的示意性剖视图；

图4至图5是S参数对频率的绘图；

图6A至图6C是单元晶胞中和单元晶胞周围的电场强度分布的绘图；

图7是波导的透视图；

图8至图9是单元晶胞的示意性透视图；并且

图10A至图10J是介电主体的示意性透视图。

具体实施方式

在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

本说明书的一些方面涉及一种波导，该波导被配置为传播电磁波(EMW)。在一些实施方案中，波导包括多个单元晶胞，其中每个单元晶胞包括介电主体和设置在介电主体上的一个或多个导电层(例如，一个或多个金属层)。在一些实施方案中，介电主体被间隔，其方式为允许介电主体之间的能量传输。相比于入射EMW与不含一个或多个导电层的介电主体的耦合效率，一个或多个导电层可增加入射EMW与单元晶胞的耦合效率。在一些实施方案中，具有一个或多个导电层的介电主体为高介电谐振器(HDR)。HDR是被精心制作成以特定频率谐振的物体。当具有处于或接近HDR的谐振频率的频率的EMW由波导接收时，HDR谐振地耦合到所接收的EMW并且辐射在波导内部和沿着波导传播的EMW。谐振频率取决于介电主体的大小和介电常数。在一些情况下，即使当使用高介电常数(例如，至少50)材料时，减小介电主体的大小会使谐振频率增加到超出期望的范围。根据本说明书的一些方面，已发现，在介电主体上利用一个或多个导电层允许利用更小(例如，更薄)的介电主体，同时实现期望的谐振频率，并且这可得到能够有效地引导电磁(EM)波的更薄波导。

本说明书的波导可用于各种系统。例如，波导可用于以下中的一者或多者：60GHz通信、以另一个预先确定频率进行的通信、地下通信、身体区域网络和身体传感器网络。在一些实施方案中，波导电磁耦合到第一收发器和第二收发器，使得信号可通过波导从第一收发器发射到第二收发器或从第二收发器发射到第一收发器，然后从第一收发器和/或第二收发器无线地发射。在一些情况下，波导可设置在衣服上或与衣服整合，使得衣服可促进人体上的信号收集和/或在人体上传播信号。在一些情况下，第一收发器和/或第二收发器电耦合到一个或多个传感器并且被配置为发射或接收传感器信号。

图1A是包括波导100以及第一收发器300和第二收发器310的通信系统1000的前透视图。波导100被配置为使具有工作频率Γ的电磁波沿着波导传播。波导100包括具有第一介电常数的介电基底，以及至少部分地嵌入基底10中并且沿着波导100布置的间隔开的单元晶胞20的阵列。间隔开的单元晶胞20的阵列中的多个单元晶胞中的每一个包括介电主体30，该介电主体30具有第二介电常数，在工作频率下该第二介电常数大于该第一介电常数；以及一个或多个导电层40，该一个或多个导电层40设置在介电主体30上并且部分地覆盖介电主体30。图1A中示出x-y-z坐标系。图1B和图1C分别是在x-y和y-z平面中的波导100的示意性剖视图。图1D是波导100以及第一收发器300和第二收发器310的后透视图。波导100具有长度L、宽度W和厚度H。在一些实施方案中，长度L基本大于宽度W，并且宽度W基本大于厚度H。在一些实施方案中，L≥W≥H、或L≥W≥2H、或L≥5W≥10H。

在一些实施方案中，基底10在波导100的第一位置101与第二位置102之间延伸，并且间隔开的单元晶胞20的阵列在波导的第一位置101与第二位置102之间延伸。第一收发器300被配置为发出具有工作频率Γ的电磁波(EMW)。在一些实施方案中，单元晶胞20被配置为在第一位置处谐振地耦合到具有工作频率Γ的所发出的EMW，并且以工作频率使在波导内部和沿着波导传播的EMW沿着波导100从第一位置101辐射到第二位置102。第一收发器300包括第一天线301和使第一天线301通电的第一电源302。第二收发器310包括第二天线311和使第二天线311通电的第二电源312。第二收发器310被配置为在波导100的第二位置102处谐振地耦合到在波导内部和沿着波导传播的EMW。在一些实施方案中，第二收发器310还被配置为使所耦合EMW辐射到远离波导100的位置。例如，第二收发器310可被配置为与远离波导100的控制单元无线地通信。

图2A是单元晶胞20的示意性透视图。一个或多个导电层40设置在介电主体30上并且部分地覆盖介电主体30。在所说明的实施方案中，一个或多个导电层40包括第一层41和第二层42。在所说明的实施方案中，导电层41包括闭环导电条40a。在一些实施方案中，一个或多个导电层设置在介电主体上，其中一个或多个导电层中的至少一个层在其中(例如，闭环导电条40a的内部)限定开口以允许入射电磁波(EMW)至少部分发射通过该开口。图2B是单元晶胞20的示意性侧视图。在一些实施方案中，一个或多个导电层设置在介电主体上，其中一个或多个导电层包括设置在介电主体的相反侧上并且彼此对准和对齐的基本相同的导电第一层和第二层。

在一些实施方案中，一个或多个导电层40中的至少一个层为金属层。合适的金属包括银、金、铜、铝、铂，以及它们的合金。在一些实施方案中，一个或多个导电层40中的至少一个层为导电陶瓷。合适的导电陶瓷包括掺杂的和未掺杂的LaCrO₃、氧化铟锡(ITO)、TiO、TiC_xN_1-x、RuO₂、ZrC、TiC、TiN、TaN、以及ZrB_2x-B₄C_1-x和ZrB_2x-SiC_1-x。在一些实施方案中，一个或多个导电层40中的每个层为金属层，或每个层为导电陶瓷，或至少一个层为金属层，并且至少一个其他层为导电陶瓷。一个或多个导电层40的厚度可被选择成在工作频率下大于导电层的集肤深度。在一些实施方案中，一个或多个导电层40中的至少一个层的平均厚度在约100nm至约100微米的范围内、或在约100nm至约10微米的范围内、或在约100nm至约5微米的范围内。

在一些实施方案中，介电主体30的大小被选择来实现期望的谐振频率，该期望的谐振频率在一些实施方案中接近波导100的工作频率，如本文别处进一步描述。单元晶胞20之间的间隔可被选择成使得一个单元晶胞的谐振能量能够有效地传输到相邻单元晶胞。在一些实施方案中，单元晶胞20的中心至中心间隔或间距被选择成在工作频率下基本小于在空气中传播的EM波的波长。例如，间距可小于波长的0.5倍，或小于波长的0.3倍，或小于波长的0.2倍。在一些实施方案中，间距足够大，使得相邻单元晶胞20之间的空间至少为单元晶胞20的厚度。在一些实施方案中，单元晶胞20的宽度与间距的比率在约0.5至约0.9的范围内(例如，约0.7)。在一些实施方案中，介电主体的厚度在约0.1mm至约10mm的范围内、或在约0.2mm至约5mm的范围内、或在约0.4mm至约2.5mm的范围内。

在一些实施方案中，基底10包括以下中的一者或多者：聚四氟乙烯、石英玻璃、堇青石、硼硅酸盐玻璃、全氟烷氧基、聚氨酯、聚乙烯、硅氧烷、聚烯烃和氟化乙烯丙烯。合适的聚四氟乙烯为在一些实施方案中，基底10为空气或主要为空气。例如，可通过将单元晶胞20放置在层的外表面上来形成波导100。在此情况下，其中嵌入有单元晶胞20的基底是邻近层的空气。在一些实施方案中，基底10是多孔的(例如，多孔聚合物)。在一些实施方案中，多孔基底中的空气体积大于非空气(例如，聚合物)材料的体积，使得基底10可被主要描述为空气。

在一些实施方案中，基底100是柔性的。例如，在一些实施方案中，波导100可被弯曲到10cm或更小的曲率半径R而不会发生永久变形、破裂或断裂。当基底10由例如柔性聚合物制成时，波导100可为柔性的。在一些实施方案中，波导100是刚性的。例如，在一些实施方案中，波导100不能弯曲到小于100cm的曲率半径而不会发生永久变形、破裂或断裂。当基底10由例如刚性玻璃或陶瓷制成时，波导100可为刚性的。

基底和介电主体各自的第一介电常数和第二介电常数可在具体频率(例如，10GHz)下或在波导的工作频率下指定。第一介电常数和第二介电常数是在工作频率下的相应值，不同的是指定了另一个频率。在一些实施方案中，第一介电常数在约10GHz的频率下或在工作频率下在约1至约10的范围内。在一些实施方案中，第一介电常数在工作频率下或在约10GHz的频率下在1.1至约5的范围内。

在一些实施方案中，介电主体由陶瓷材料制成。用于介电主体的合适的示例性材料包括BaZnTa氧化物、BaZnCoNb氧化物、锆基陶瓷、钛基陶瓷、钛酸钡基材料、二氧化钛基材料、Y5V组合物(例如，美国专利7,230,817中所描述的那些(Megherhi等人))、X7R组合物(例如，美国专利6,838,266中所描述的那些(Park等人))、掺杂的或未掺杂的钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(BaSrTiO₃)、TiO₂(二氧化钛)、钛酸铜钙(CaCu₃Ti₄O₁₂)、钛锆酸铅(PbZr_xTi_1-xO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、钛酸镁铅(PbMgTiO₃)、铌酸镁铅-钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃)、钛酸钽铁(FeTiTaO₆)、共掺杂Li和Ti的NiO(La_1.5Sr_0.5NiO₄、Nd_1.5Sr_0.5NiO₄)，以及它们的组合物。高介电常数材料的示例是0.9Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.1PbTiO₃，当在1100℃下煅烧时该高介电常数材料在1kHz的频率下具有24700介电常数，如在R.Kyoung、K.Sojin和J.H.Koo，1998年美国陶瓷学会期刊第2998期第81页(J.Am.Ceram.Soc.，81，2998(1998))中描述。

在一些实施方案中，可对介电主体进行处理以增大介电常数。例如，可对介电主体中的至少一个进行热处理。作为另一个示例，可烧结介电主体中的至少一个。在此类示例中，可在高于600℃的温度下烧结至少一个介电主体持续两小时至四小时的时段。在其他情况下，可在高于900℃的温度下烧结至少一个介电主体持续两小时至四小时的时段。

在一些实施方案中，第二介电常数在约10GHz的频率下或在工作频率下在约10至约25000的范围内。在一些实施方案中，第二介电常数在工作频率下或在约10GHz的频率下为至少20、或至少30、或至少40、或至少50。在一些实施方案中，第二介电常数在工作频率下或在约10GHz的频率下在20至约20000的范围内。在一些实施方案中，第二介电常数为第一介电常数的至少5倍、或至少10倍。利用基本大于第一介电常数的第二介电常数允许EMW的能量更加集中在介电主体中，并且已发现这可改进波导的性能。

图3是波导400的示意性剖视图，波导400包括部分地嵌入基底410中的间隔开的单元晶胞420的阵列。波导400可对应于波导100，不同的是波导100的单元晶胞20完全嵌入基底10中，而单元晶胞420仅部分地嵌入基底410中。另选地，波导400可对应于波导100中的仅一排，使得间隔开的单元晶胞420的阵列是一维阵列。在一些实施方案中，单元晶胞中的一些部分地嵌入基底中，而一些单元晶胞完全嵌入基底中。例如，单元晶胞420中的一些可在z方向上比其他单元更低地设置，使得一些单元晶胞被完全嵌入，而其他单元晶胞被部分地嵌入。在一些实施方案中，间隔开的单元晶胞的阵列中的至少一个单元晶胞仅部分地嵌入基底中。在一些实施方案中，间隔开的单元晶胞的阵列中的每个单元晶胞仅部分地嵌入基底中。在一些实施方案中，间隔开的单元晶胞的阵列中的至少一个单元晶胞完全嵌入基底中。在一些实施方案中，间隔开的单元晶胞的阵列中的每个单元晶胞完全嵌入基底中。

介电主体、包括介电主体的单元晶胞和包括单元晶胞的阵列的波导可各自根据S参数来表征。表征入射EM波的发射的S参数通常表示为S21并且可被描述为发射系数，并且表征入射EM波的反射的S参数通常表示为S11并且可被描述为反射系数。

图4是波导和单元晶胞的各种计算出的S参数(以dB为单位)对频率的绘图，该波导和单元晶胞对应于波导100和单元晶胞20。基底被建模为介电常数为2.1且厚度为4mm的介电主体被建模为尺寸为4mm×4mm×1mm且介电常数为35。介电主体之间的中心至中心间隔为8mm。金属层被建模为在介电主体的4mm×4mm面中的每一个处的边界周围具有0.4mm恒定宽度。示出了波导的S21参数273。S21参数273为在9.3717GHz的工作频率Γ(200)下的最大值。还示出了单元晶胞的第一发射参数S₁21(198)和单元晶胞的第一反射参数S₁11(204)。第一发射参数S₁21(198)具有最低谐振频率Γ1(207)和第一谐振频率Γ3(203)。在一些实施方案中，第一谐振频率Γ3(203)不等于S₁21的最低谐振频率Γ1(207)。在一些实施方案中，Γ3-Γ1大于1GHz、或大于2GHz、或大于3GHz。在一些实施方案中，Γ1大于1GHz、或大于2GHz。在一些实施方案中，Γ1小于10GHz。

图5是波导和波导的单元晶胞的各种S参数(以dB为单位)对频率的绘图，讲相当于图4中建模但没有设置在介电主体上的导电层的波导。示出了波导的S21参数283。S21参数283为在9.1733GHz的频率263下的最大值。介电主体包括具有最低谐振频率Γ2(202)的第二发射参数S₂21(199)。介电主体还具有第二反射参数S₂11(224)。

在一些实施方案中，Γ2大于5GHz、或大于10GHz、或大于15GHz。在一些实施方案中，Γ2小于200GHz、或小于120GHz。在一些实施方案中，Γ2＞Γ1。在一些实施方案中，Γ2-Γ1为至少1GHz、或至少2GHz、或至少5GHz、或至少7GHz、或至少10GHz。

在一些实施方案中，工作频率Γ为至少约10MHz、或至少约100MHz、或至少约1GHz；并且不超过约120GHz、或不超过约50GHz、或不超过约40GHz、或不超过约30GHz、或不超过约20GHz、或不超过约15GHz、或不超过约1GHz。例如，在一些实施方案中，工作频率Γ在约10MHz至约120GHz的范围内、或在约10MHz至约50GHz的范围内、或在约1GHz至约40GHz的范围内、或在约1GHz至约30GHz的范围内、或在约1GHz至约20GHz的范围内、或在约1GHz至约15GHz的范围内、或从约10MHz至约1GHz。

工作频率Γ为其中波导的S21参数273处于或接近最大值的频率。工作频率Γ通常接近单元晶胞的谐振频率。在一些实施方案中，|Γ-Γ1|小于2GHz、或小于1GHz。在一些实施方案中，|Γ-Γ1|/Γ小于0.2、或小于0.15、或小于0.1、或小于0.08。由于工作频率Γ通常接近谐振频率，因此发射参数S₁21和反射参数S₁11在工作频率Γ下通常彼此接近。在一些实施方案中，在工作频率Γ下S₁21和S₁11在彼此的10％内、或在彼此的5％内。在一些实施方案中，在工作频率Γ下S₁11等于S₁21。

在工作频率Γ下S21参数273的值通常大于在工作频率Γ下或在其中S21参数283为最大值的频率263下S21参数283的值。例如，对于图4至图5的实施方案，在工作频率Γ下S21参数273为-13.7235dB并且在频率263下S21参数283为-15.1465dB。这暗示当包括金属层时沿着波导发射的功率为当不包括金属层时发射的功率的约1.39倍。此差可根据耦合效率来理解。部件(例如，单元晶胞或介电主体)以耦合效率耦合到入射EM波，该耦合效率为传输到部件的入射能量的分数或百分比(例如，入射EM波的能量的一部分可传输到具有接近入射EM波的频率的谐振频率的单元晶胞的模式)。在一些实施方案中，每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到入射EM波，并且单元晶胞的介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到入射EM波。当不包括金属层时图4至图5的实施方案中所发射的功率减少约1.39的因子示出了在此实施方案中第二耦合效率基本小于第一耦合效率。如果第二耦合效率为第一耦合效率的至少80％，则第二耦合效率可被描述为基本小于第一耦合效率。在一些实施方案中，第二耦合效率比第一耦合效率小至少1倍(即，第二耦合效率不超过第一耦合效率除以2)。在一些实施方案中，第二耦合效率比第一耦合效率小至少4倍、或至少9倍、或至少19倍。

图6A至图6C是在各种频率下单元晶胞以及基底的周围区域中的电场强度分布的绘图。在第一谐振频率Γ3(203)下的第一电场强度分布205在图6A中描绘。在最低谐振频率Γ2(202)下的第二电场强度分布206在图6B中描绘。在最低谐振频率Γ1(207)下的第三电场强度分布208在图6C中描绘。在所说明的实施方案中，第一电场强度分布205和第二电场强度分布206具有相同模式轮廓，并且第二电场强度分布206和第三电场强度分布208具有不同模式轮廓。在单元晶胞中具有相同总体图案的高强度区域的强度分布可被描述为具有相同模式轮廓。例如，第一电场强度分布205和第二电场强度分布206的分布的模式轮廓各自具有分别接近具有高电场强度的单元晶胞的中心的单个区域275和285并且因此具有相同模式轮廓。第二电场强度分布206还具有单元晶胞内的两个更小低电场强度区域287和恰好在单元晶胞外的高强度区域286，而第一电场强度分布205具有恰好在单元晶胞外的更小高强度区域276，并且还具有单元晶胞外的低强度区域277。第三电场强度分布208具有部分地在单元晶胞内和部分地在单元晶胞外的两个高强度区域295。

本说明书的波导可使用任何合适的装置来制造。例如，可提供第一基底，可将金属环的第一阵列放置到第一基底上(例如，通过印刷工艺)，可将介电主体的阵列放置在金属环的第一阵列上并且与金属环的第一阵列对齐(例如，通过印刷工艺，或通过单独形成介电主体然后使用拾取和放置工艺)，接着可将金属环的第二阵列放置到介电主体上(例如，通过印刷工艺)，然后可将第二基底材料沉积在金属环和介电主体上方。例如，第二基底材料可为热塑性聚合物，该热塑性聚合物可被熔融并且倾倒在单元晶胞(具有金属环的介电主体)上方，使得单元晶胞至少部分地嵌入第二基底中。第一基底材料和第二基底材料可为相同的热塑性聚合物，使得第一基底和第二基底一起可被认为是单个基底。

在一些实施方案中，波导被配置为以预先确定工作频率工作。例如，可选择波导的几何形状和材料，使得波导的S21参数在预先确定工作频率下为最大值。可通过以下方式选择单元晶胞的谐振频率和因此通常接近谐振频率的工作频率：选择适当大小的介电主体、合适的材料和由此介电主体和基底的合适的介电常数，以及通过合适的导体覆盖。可选择单元晶胞之间的间隔，使得谐振能量能够有效地在介电主体之间传输，并且在工作频率下得到足够大的S21参数。谐振频率通常与介电主体的长度尺度成反比，并且与介电主体的介电常数的平方根成反比。从具有第一工作频率的波导来看，具有另一个工作频率的波导可通过尺寸的适当缩放和/或通过适当地选择用于介电主体的材料(和因此介电常数)来构造。可基于已知的建模技术来选择不同的几何形状和材料以确定谐振频率和合适的工作频率。例如，可通过利用适当的边界条件针对单元晶胞中的EM模式求解(例如，用数字表示)Maxwell方程来确定谐振频率。在制造单元晶胞和波导之后，可通过根据频率测量S参数来确定谐振频率，因为这允许谐振频率被识别。

可针对单元晶胞和单元晶胞的布置利用广泛多种几何形状。在一些实施方案中，单元晶胞以规则阵列布置。在一些实施方案中，阵列为正方形阵列或矩形阵列。在一些实施方案中，单元晶胞的阵列包括六边形或三角形栅格上的单元晶胞。单元晶胞可被布置成例如圆柱形形状、堆叠矩阵或管道形状。可用的几何形状在例如PCT公布号WO 2016/171930(Weinmann等人)和WO 2016/172020(Kim等人)中描述。间隔开的单元晶胞的阵列可为一维阵列(例如，波导可仅包括图1A所示的三排单元晶胞中的一排)、二维阵列(例如，如图1A所说明)或三维阵列。图7是波导200的透视图，波导200包括基底210和至少部分地嵌入基底210中并且沿着波导200布置的间隔开的单元晶胞220的阵列。间隔开的单元晶胞220的阵列为三维阵列。例如，单元晶胞220可对应于单元晶胞20。

图8是可用于本说明书的波导并且包括介电主体31的单元晶胞120的示意性透视图。介电主体31具有侧面32，该侧面32具有闭合的第一周边33。包括与第一周边33同延的闭合的外部第二周边43的闭环导电条142设置在侧面32上。介电主体31还具有侧面32，该侧面32′具有闭合的第三周边33′。包括与第三周边33′共延的闭合的外部第四周边的闭环导电条142′设置在侧面32′上。在一些实施方案中，一个或多个导电层设置在介电主体上，其中该一个或多个导电层包括基本相同的导电第一层(例如，导电条142)和第二层(例如，导电条142′)上，该基本相同的第一层和第二层设置在介电主体的相反侧(例如，侧面32和32′)上并且彼此对准和对齐。如果第一层和第二层具有相同的标称大小和形状并且使用名义上相同的材料，则该第一层和该第二层可被描述为基本相同。由于例如普通的制造变化或由于不会相当大地影响单元晶胞的其他微小变化，基本相同的第一层和第二层可不同。

图9是可用于本说明书的波导并且包括介电主体320的单元晶胞130的示意性透视图。导电层44设置在介电主体130上。导电层44在其中限定开口45。在一些实施方案中，导电层44具有不规则形状。在其他实施方案中，该一个或多个导电层具有规则形状。在一些实施方案中，开口45允许入射电磁波至少部分发射通过该开口。

介电主体可具有任何合适的形状。在一些实施方案中，间隔开的单元晶胞的阵列中的至少一个单元晶胞的介电主体为以下中的至少一者：多面体(在三个维度中具有平面的立体)、平行六面体、立方体、正方形棱柱、矩形棱柱、六角棱柱、球体、圆柱体、截头椎体(圆锥体或角椎体的在其上部部分已由平行于其底部的平面截止之后留下或在两个此类平面之间截断的部分)和截球体。图10A至图10J示意性地说明用于介电主体的各种示例性形状。图10A至图10J分别是介电主体30a至30j的透视图，其分别为多面体(30a)、平行六面体(30b)、立方体(30c)、正方形棱柱(30d)、矩形棱柱(30e)、六角棱柱(30f)、球体(30g)、圆柱体(30h)、截头椎体(30i)和截球体(30j)。介电主体30a至30j可在波导中具有任何合适的取向。

诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征尺寸、数量和物理性质的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。

以下为本说明书的示例性实施方案的列表。

实施方案1是一种波导，所述波导被配置为使具有工作频率Γ的电磁波(EMW)沿着所述波导传播，所述波导包括：

介电基底，所述介电基底包括第一介电常数；和

间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且沿着所述波导布置，所述间隔开的单元晶胞的阵列中的多个所述单元晶胞中的每一个包括具有最低谐振频率Γ1的第一发射参数S₁21并且包括：

介电主体，所述介电主体具有在所述工作频率下大于所述第一介电常数的第二介电常数以及具有最低谐振频率Γ2的第二发射参数S₂21，Γ2＞Γ1；和

一个或多个导电层，所述一个或多个导电层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体。

实施方案2是根据实施方案1所述的波导，所述波导具有长度L、宽度W和厚度H，其中L≥W≥H、或L≥W≥2H、或L≥5W≥10H。

实施方案3是根据实施方案1或2所述的波导，其中所述工作频率在约10MHz至约120GHz、或约10MHz至约50GHz、或约1GHz至约40GHz、或约1GHz至约30GHz、或约1GHz至约20GHz、或约1GHz至约15GHz、或约10MHz至约1GHz的范围内。

实施方案4是根据实施方案1至3中任一项所述的波导，其中所述基底包括以下中的一者或多者：聚四氟乙烯、石英玻璃、堇青石、硼硅酸盐玻璃、全氟烷氧基、聚氨酯、聚乙烯、硅氧烷、聚烯烃和氟化乙烯丙烯。

实施方案5是根据实施方案1至3中任一项所述的波导，其中所述介电基底为空气或主要为空气。

实施方案6是根据实施方案1至5中任一项所述的波导，其中所述第一介电常数在约10GHz的频率下在约1至约10的范围内。

实施方案7是根据实施方案1至6中任一项所述的波导，其中所述第一介电常数在所述工作频率下在约1.1至约5的范围内。

实施方案8是根据实施方案1至7中任一项所述的波导，其中每个介电主体包括以下中的一者或多者：掺杂的或未掺杂的钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(BaSrTiO₃)、Y5V组合物、X7R组合物、TiO₂(二氧化钛)、钛酸铜钙(CaCu₃Ti₄O₁₂)、钛锆酸铅(PbZr_xTi_1-xO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、钛酸镁铅(PbMgTiO₃)、铌酸镁铅-钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃)、钛酸钽铁(FeTiTaO₆)、共掺杂Li和Ti的NiO(La_1.5Sr_0.5NiO₄、Nd_1.5Sr_0.5NiO₄)。

实施方案9是根据实施方案1至8中任一项所述的波导，其中所述第二介电常数在所述工作频率下在约10至约25000的范围内，或在所述工作频率下在约20至约20000的范围内。

实施方案10是根据实施方案1至9中任一项所述的波导，其中所述第二介电常数在所述工作频率下为所述第一介电常数的至少5倍。

实施方案11是根据实施方案1至10中任一项所述的光导，所述光导是柔性的。

实施方案12是根据实施方案1至10中任一项所述的光导，所述光导是刚性的。

实施方案13是根据实施方案1至12中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列为一维阵列。

实施方案14是根据实施方案1至12中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列为二维阵列。

实施方案15是根据实施方案1至12中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列为三维阵列。

实施方案16是根据实施方案1至15中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列中的至少一个单元晶胞仅部分地嵌入所述基底中。

实施方案17是根据实施方案1至15中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列中的每个单元晶胞仅部分地嵌入所述基底中。

实施方案18是根据实施方案1至15中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列中的至少一个单元晶胞完全嵌入所述基底中。

实施方案19是根据实施方案1至15中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的所述阵列中的每个单元晶胞完全嵌入所述基底中。

实施方案20是根据实施方案1至19中任一项所述的波导，其中Γ1大于1GHz、或大于2GHz。

实施方案21是根据实施方案1至20中任一项所述的波导，其中Γ1小于10GHz。

实施方案22是根据实施方案1至20中任一项所述的波导，其中Γ2大于5GHz、或大于10GHz、或大于15GHz。

实施方案23是根据实施方案1至22中任一项所述的波导，其中Γ2-Γ1为至少1GHz、或至少2GHz、或至少5GHz、或至少7GHz、或至少10GHz。

实施方案24是根据实施方案1至23中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的至少一个单元晶胞的所述介电主体为以下中的至少一者：多面体、平行六面体、立方体、正方形棱柱、矩形棱柱、六角棱柱、球体、圆柱体、截头椎体或截球体。

实施方案25是根据实施方案1至24中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层包括金属。

实施方案26是根据实施方案1至24中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层包括金属，所述金属选自由以下项组成的组：银、金、铜、铝、铂以及它们的合金组成的组的金属。

实施方案27是根据实施方案1至24中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层包括导电陶瓷，所述导电陶瓷选自由以下项组成的组：掺杂的和未掺杂的LaCrO₃、氧化铟锡、TiO、TiC_xN_1-x、RuO₂、ZrC、TiC、TiN、TaN、ZrB_2x-B₄C_i-x和ZrB_2x-SiC_1-x。

实施方案28是根据实施方案1至27中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层包括闭环导电条。

实施方案29是根据实施方案1至28中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层的平均厚度在约100nm至约100微米、或约100nm至约10微米、或约100nm至约5微米的范围内。

实施方案30是根据实施方案1至29中任一项所述的波导，其中所述介电主体包括具有闭合的第一周边的侧面，并且所述一个或多个导电层中的一个层包括闭环导电条，所述闭环导电条包括与所述第一周边共延的闭合的外部第二周边。

实施方案31是根据实施方案1至30中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层在其中限定开口以允许入射电磁波至少部分发射通过所述开口。

实施方案32是根据实施方案1至31中任一项所述的波导，其中所述一个或多个导电层包括设置在所述介电主体的相反侧上并且彼此对准和对齐的基本相同的导电第一层和第二层。

实施方案33是根据实施方案1至32中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的所述多个单元晶胞中的每一个具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述工作频率Γ下S₁11和S₁21在彼此的10％内、或在彼此的5％内。

实施方案34是根据实施方案1至32中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的所述多个单元晶胞中的每一个具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述工作频率Γ下S₁11等于S₁21。

实施方案35是根据实施方案1至34中任一项所述的波导，其中每个单元晶胞在所述第一发射参数S₁21的第一谐振频率Γ3下具有第一电场分布，并且每个介电主体在所述第二发射参数S₂21的所述最低谐振频率Γ2下具有第二电场分布，所述第一电场强度分布和所述第二电场强度分布具有相同模式轮廓。

实施方案36是根据实施方案1至35中任一项所述的波导，其中每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到所述EMW，并且每个介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述EMW，所述第二耦合效率基本小于所述第一耦合效率。

实施方案37是一种通信系统，包括根据实施方案1至36中任一项所述的波导。

实施方案38是一种波导，包括介电基底和至少部分地嵌入所述基底中并且沿着所述波导布置的间隔开的单元晶胞的阵列，每个单元晶胞包括：

第一发射参数S₁21，所述第一发射参数S₁21包括具有第一电场强度分布的第一谐振频率Γ3；

介电主体，所述介电主体具有第二发射参数S₂21，所述第二发射参数S₂21包括具有第二电场强度分布的最低谐振频率Γ2，所述第一电场强度分布和所述第二电场强度分布具有相同模式轮廓；和

金属层，所述金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体，其中所述第一谐振频率Γ3不是S₁21的最低谐振频率Γ1。

实施方案39是根据实施方案38所述的波导，其中S₁21的最低谐振频率Γ1具有第三电场强度分布，并且其中所述第二电场强度分布和所述第三电场强度分布具有不同模式轮廓。

实施方案40是根据实施方案38或39所述的波导，所述波导被配置为使具有工作频率Γ的电磁波沿着所述波导传播，其中所述介电基底具有第一介电常数，所述介电主体具有第二介电常数，在所述工作频率下所述第二介电常数大于所述第一介电常数。

实施方案41是根据实施方案40所述的波导，其中所述第二介电常数为所述第一介电常数的至少5倍。

实施方案42是根据实施方案38至41中任一项所述的波导，其中所述金属层在其中限定开口以允许入射电磁波至少部分发射通过所述开口。

实施方案43是根据实施方案38至42中任一项所述的波导，其中每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到具有所述波导的工作频率的入射电磁波(EMW)，并且每个介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述入射EMW，所述第二耦合效率基本小于所述第一耦合效率。

实施方案44是根据实施方案38至43中任一项所述的波导，其中所述基底包括以下中的一者或多者：聚四氟乙烯、石英玻璃、堇青石、硼硅酸盐玻璃、全氟烷氧基、聚氨酯、聚乙烯、硅氧烷、聚烯烃和氟化乙烯丙烯。

实施方案45是根据实施方案38至44中任一项所述的波导，其中每个介电主体包括以下中的一者或多者：掺杂的或未掺杂的钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(BaSrTiO₃)、Y5V组合物、X7R组合物、TiO2(二氧化钛)、钛酸铜钙(CaCu₃Ti₄O₁₂)、钛锆酸铅(PbZr_xTi_1-xO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、钛酸镁铅(PbMgTiO₃)、铌酸镁铅-钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃)、钛酸钽铁(FeTiTaO₆)、共掺杂Li和Ti的NiO(La_1.5Sr_0.5NiO₄、Nd_1.5Sr_0.5NiO₄)。

实施方案46是根据实施方案38至45中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的每个单元晶胞具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述波导的工作频率Γδ下S₁11和S₁21在彼此的10％内、或在彼此的5％内。

实施方案47是根据实施方案38至45中任一项所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的每个单元晶胞具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述波导的工作频率Γ下S₁11等于S₁21。

实施方案48是根据实施方案38至47中任一项所述的波导，所述波导还根据实施方案1至36中任一项来表征。

实施方案49是一种通信系统，包括根据实施方案38至48中任一项所述的波导。

实施方案50是一种通信系统，包括：

第一收发器，所述第一收发器被配置为发出具有工作频率Γ的电磁波(EMW)；和

波导，所述波导用于接收来自所述第一收发器的具有所述工作频率Γ的所发出的EMW，所述波导包括：

基底，所述基底在所述波导的第一位置与第二位置之间延伸；和

间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且在所述波导的所述第一位置与所述第二位置之间延伸，所述单元晶胞被配置为在所述第一位置处谐振地耦合到具有所述工作频率Γ的所发出的EMW并且以所述工作频率使在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW沿着所述波导从所述第一位置辐射到所述第二位置，每个单元晶胞具有第一发射参数S₁21和第一反射参数S₁11，在所述工作频率Γ下S₁21和S₁11在彼此的10％内。

实施方案51是根据实施方案50所述的通信系统，其中所述第一收发器包括第一天线。

实施方案52是根据实施方案51所述的通信系统，其中所述第一收发器还包括第一电源以使所述第一天线通电。

实施方案53是根据实施方案50至52中任一项所述的通信系统，还包括第二收发器，所述第二收发器被配置为在所述波导的所述第二位置处谐振地耦合到在所述波导内和沿着所述波导传播的所述EMW。

实施方案54是根据实施方案53所述的通信系统，其中所述第二收发器还被配置为使所耦合的EMW辐射到远离所述波导的位置。

实施方案55是根据实施方案53或54所述的通信系统，其中所述第二收发器包括第二天线。

实施方案56是根据实施方案55所述的通信系统，其中所述第二收发器还包括第二电源以使所述第二天线通电。

实施方案57是根据实施方案50至56中任一项所述的通信系统，其中在所述工作频率Γ下S₁21和S₁11在彼此的5％内。

实施方案58是根据实施方案50至56中任一项所述的通信系统，其中在所述工作频率Γ下S₁11等于S₁21。

实施方案59是根据实施方案50至58中任一项所述的通信系统，其中所述基底具有第一介电常数，并且每个单元晶胞包括具有第二介电常数的介电主体，在所述工作频率下所述第二介电常数大于所述第一介电常数。

实施方案60是根据实施方案59所述的通信系统，其中所述第二介电常数为所述第一介电常数的至少5倍。

实施方案61是根据实施方案50至60中任一项所述的通信系统，其中所述波导还根据实施方案1至36中任一项来表征。

实施方案62是一种用于接收具有工作频率Γ的入射电磁波(EMW)的波导，并且所述波导包括沿着所述波导布置的间隔开的单元晶胞的阵列，所述单元晶胞被配置为谐振地耦合到所述入射EMW并且以所述工作频率辐射在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW，每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到所述入射EMW并且包括：

介电主体，所述介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述入射EMW；和

一个或多个金属层，所述一个或多个金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体，其中所述第二耦合效率基本小于所述第一耦合效率。

实施方案63是根据实施方案62所述的波导，其中所述第二耦合效率比所述第一耦合效率小至少9倍。

实施方案64是根据实施方案62或63所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入具有第一介电常数的基底中，每个介电主体具有第二介电常数，在所述工作频率Γ下所述第二介电常数大于所述第一介电常数。

实施方案65是根据实施方案64所述的波导，其中所述第一介电常数为所述第一介电常数的至少5倍。

实施方案66是根据实施方案62至65中任一项所述的波导，其中所述一个或多个金属层具有至少一个层，所述至少一个层在其中限定开口以允许入射电磁波至少部分发射通过所述开口。

实施方案67是根据实施方案62至66中任一项所述的波导，所述波导还根据实施方案1至36中任一项来表征。

实施方案68是一种通信系统，包括根据实施方案62至67中任一项所述的波导。

除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改写或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

Claims

1.一种波导，被配置为使具有工作频率Γ的电磁波EMW沿着所述波导传播，所述波导包括：

介电基底，所述介电基底包括第一介电常数；和

介电主体，所述介电主体具有在所述工作频率下大于所述第一介电常数的第二介电常数以及具有最低谐振频率Γ2的第二发射参数S₂21，Γ2>Γ1；和

一个或多个导电层，所述一个或多个导电层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体，

其中，所述介电主体包括侧面，所述侧面包括闭合的第一周边，并且所述一个或多个导电层中的一个层包括闭环导电条，所述闭环导电条包括与所述第一周边同延的闭合的外部第二周边。

2.根据权利要求1所述的波导，其中每个介电主体包括以下中的一者或多者：掺杂的或未掺杂的钛酸钡BaTiO₃、钛酸锶钡BaSrTiO₃、Y5V组合物、X7R组合物、二氧化钛TiO₂、钛酸铜钙CaCu₃Ti₄O₁₂、钛锆酸铅PbZr_xTi_1-xO₃、钛酸铅PbTiO₃、钛酸镁铅PbMgTiO₃、铌酸镁铅-钛酸铅Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃、钛酸钽铁FeTiTaO₆、共掺杂Li和Ti的NiO。

3.根据权利要求1所述的波导，其中所述第一介电常数在所述工作频率下在约1.1至约5的范围内，并且所述第二介电常数在所述工作频率下在约10至约25000的范围内。

4.根据权利要求1所述的波导，其中Γ1大于1GHz。

5.根据权利要求1所述的波导，其中所述一个或多个导电层中的至少一个层在其中限定开口以允许入射电磁波的至少部分发射通过所述开口。

6.根据权利要求1所述的波导，其中所述一个或多个导电层包括设置在所述介电主体的相反侧上并且彼此对准和对齐的实质上相同的导电的第一层和第二层。

7.根据权利要求1所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的所述多个单元晶胞中的每一个具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述工作频率Γ下S₁11和S₁21在彼此的10％内。

8.根据权利要求1所述的波导，其中每个单元晶胞在所述第一发射参数S₁21的第一谐振频率Γ3下具有第一电场分布，并且每个介电主体在所述第二发射参数S₂21的所述最低谐振频率Γ2下具有第二电场分布，第一电场强度分布和第二电场强度分布具有相同模式轮廓。

9.根据权利要求1所述的波导，其中每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到所述EMW，并且每个介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述EMW，所述第二耦合效率实质上小于所述第一耦合效率。

10.一种波导，包括介电基底和间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且沿着所述波导布置，每个单元晶胞包括：

金属层，所述金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体，其中，所述介电主体包括侧面，所述侧面包括闭合的第一周边，并且所述金属层包括闭环导电条，所述闭环导电条包括与所述第一周边同延的闭合的外部第二周边，并且其中所述第一谐振频率Γ3不是S₁21的最低谐振频率Γ1。

11.根据权利要求10所述的波导，其中S₁21的所述最低谐振频率Γ1具有第三电场强度分布，并且其中所述第二电场强度分布和所述第三电场强度分布具有不同模式轮廓。

12.根据权利要求10所述的波导，所述波导被配置为使具有工作频率Γ的电磁波沿着所述波导传播，其中所述介电基底具有第一介电常数，所述介电主体具有第二介电常数，在所述工作频率下所述第二介电常数大于所述第一介电常数。

13.根据权利要求10所述的波导，其中每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到具有所述波导的工作频率的入射电磁波EMW，并且每个介电主体被配置为以第二耦合效率耦合到所述入射EMW，所述第二耦合效率实质上小于所述第一耦合效率。

14.根据权利要求10所述的波导，其中所述间隔开的单元晶胞的阵列中的每个单元晶胞具有第一反射参数S₁11，并且其中在所述波导的工作频率Γ下S₁11和S₁21在彼此的10％内。

15.一种通信系统，包括：

第一收发器，所述第一收发器被配置为发出具有工作频率Γ的电磁波EMW；和

间隔开的单元晶胞的阵列，所述间隔开的单元晶胞的阵列至少部分地嵌入所述基底中并且在所述波导的所述第一位置与所述第二位置之间延伸，所述单元晶胞被配置为在所述第一位置处谐振地耦合到具有所述工作频率Γ的所发出的EMW，并且以所述工作频率使在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW沿着所述波导从所述第一位置辐射到所述第二位置，每个单元晶胞具有第一发射参数S₁21和第一反射参数S₁11，在所述工作频率Γ下S₁21和S₁11在彼此的10％内，其中，每个单元晶胞包括介电主体和设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体的一个或多个导电层；并且

16.根据权利要求15所述的通信系统，还包括第二收发器，所述第二收发器被配置为在所述波导的所述第二位置处谐振地耦合到在所述波导内部和沿着所述波导传播的所述EMW，其中所述第二收发器还被配置为使所耦合的EMW辐射到远离所述波导的位置。

17.一种波导，所述波导用于接收具有工作频率Γ的入射电磁波EMW，并且包括沿着所述波导布置的间隔开的单元晶胞的阵列，所述单元晶胞被配置为谐振地耦合到所述入射EMW并且以所述工作频率辐射在所述波导内部和沿着所述波导传播的EMW，每个单元晶胞被配置为以第一耦合效率耦合到所述入射EMW并且包括：

一个或多个金属层，所述一个或多个金属层设置在所述介电主体上并且部分地覆盖所述介电主体，其中，所述介电主体包括侧面，所述侧面包括闭合的第一周边，并且所述一个或多个金属层中的一个层包括闭环导电条，所述闭环导电条包括与所述第一周边同延的闭合的外部第二周边，并且其中所述第二耦合效率实质上小于所述第一耦合效率。