JP2016536931A - 波整形デバイス、電子デバイス及びシステム - Google Patents

Abstract

波整形デバイス（１０）は、同調可能インピーダンス表面（１１）と、その表面のインピーダンスを制御するように表面に接続された制御装置（１２）とを備える。整形デバイスは、表面のインピーダンスを制御するのに用いられるパイロット信号を受信するための送信モジュール（１３）を更に備える。

Description

本発明は、波整形デバイス、パイロット信号によって波整形デバイスと通信する電子デバイス、並びに、波整形デバイス及び電子デバイスを備えるシステムに関する。

特に、本発明は、
‐ 波と相互作用する（反射又は透過させる）表面であって、その表面によって波が反射及び／又は透過されるように、その表面のインピーダンスを変化させるための複数の同調可能素子を備える表面と、
‐ 各同調可能素子を制御するために表面に接続された制御装置と、
を備えた波整形デバイスに関する。

特許文献１には、無線周波数ビームをステアリング又は集束させるための同調可能インピーダンス表面が開示されている。その表面は、例えば、接地板と、接地板から短距離にある複数のアレイ素子と、隣接するアレイ素子間の調整可能な複数のキャパシタの配列体とを備える。

特許文献２には、その同調可能インピーダンス表面をフィードホーンと共に用いて、指向性（つまり、無線通信ネットワークアンテナの送信及び／又は受信方向がステアリング可能である）無線通信ネットワークアンテナを形成することが記載されている。

これらのデバイスは申し分ないデバイスである。

米国特許第６５３８６２１号明細書 米国特許第７２４５２６９号明細書

本発明は、上記同調可能インピーダンス表面の他の応用を提案することを目的としている。

本発明は、上記タイプの整形デバイスに関し、その整形デバイスは、制御装置に接続され且つパイロット信号を受信する送信モジュールを更に備え、制御装置が、送信モジュールが受信したパイロット信号に応じて同調可能素子を制御することを特徴としている。

こうした構成によって、制御装置は、送信モジュールが受信したパイロット信号内に含まれる情報に基づいて、表面のインピーダンスの修正を命令することができる。

整形デバイスは、波（一次波）を送信するソースからは独立していて、例えば、移動可能デバイス（電話、インターネットボックス）等の他の電子デバイスによって遠隔（短距離）制御され得て、電子デバイスからの局所的情報（つまり、整形デバイス付近の位置からの情報）に基づいて波の反射及び／又は透過を修正することができる。

同調可能インピーダンス表面は、ネットワークの送信アンテナに接続されず、使用者（例えば家にいる）と共にある波源（ネットワークアンテナ）から離れた位置に配置又は位置決めされ得る。

このタイプの波整形デバイスには多数の応用が存在していて、考えられるものとして以下のものが挙げられる：
１） パイロット信号が受信波である場合には波整形デバイス自体による、又は波整形デバイス付近の電子デバイスによる波の受信状態を改善すること；
２） 波の受信状態を無効化して（打ち消して）、決められた位置（整形デバイスの位置又は電子デバイスの位置）付近の空間領域を保護すること；
３） 例えば整形デバイスの近くに位置する干渉送信機によって送信される波の送信をジャミング又は無効化する（打ち消す）こと。

表面によって受信され反射又は透過される波は電波（例えば、携帯電話からの電波）又は音響波であり得る。前者の場合、表面は特許文献１のもののような電磁表面である。後者の場合、表面は、制御可能なインピーダンスを有する音響表面である。

第一の応用では、表面のインピーダンスは、受信が難しい環境において電子デバイス（例えば携帯電話）の受信状態を改善及び正確に同調させるように修正される。これは、多重電磁反射を生じさせて、電波の顕著な局所的増幅又は減衰及び／又は顕著な位相シフトを生じさせる環境の複雑性によるものであることが多い。

セルラーネットワークアンテナは、電子デバイスからかなり離れて位置していて、指向性アンテナを用いたとしても、こうした特定の環境に簡単に適応することはできない。更に、このような指向性ネットワークアンテナは、上述の複雑性の問題を解決せず、電子デバイスを取り巻く領域における送信パワーを増大させる。

このような応用において、本発明は、電子通信デバイス（携帯電話やインターネット等の移動可能デバイス）近傍における電波の受信状態を改善することを可能にする。

第二の応用では、表面のインピーダンスは、電子デバイスの受信状態を打ち消すように修正される。電子デバイスを取り巻く領域内の電波の受信状態は非常に弱くなる。

このような応用では、逆に、本発明は、受信状態を抑制して、領域（例えば、波が有害であると考えられる領域）を保護する。波が音響波の場合、この原理は、うるさい屋外又は屋内の環境に静かな領域を形成するという効果を有する。

第三の応用では、本発明は、干渉する送信機からの送信、例えば、整形デバイスが配置されている部屋の中での電子デバイス（携帯電話）からの送信を打ち消す又はジャミングすることを可能にする。

本発明の整形デバイスの多様な実施形態では、以下の構成のうちの一つ以上を用いることができる。

本発明の一態様では、各同調可能素子が二つの状態のみを有し、全ての同調可能素子の状態が表面のインピーダンスを定める。

本発明の一態様では、二つの状態はモジュール又は位相シフトに対応する。

本発明の一態様では、同調可能素子は、第一伝播チャネルで伝播する波と相互作用し、送信モジュールは、第二伝播チャネルで伝播するパイロット信号を受信し、第二伝播チャネルは第一伝播チャネルと異なる。

本発明の一態様では、同調可能素子は、電磁的同調可能特性を有する電磁素子である。

本発明の一態様では、同調可能素子は、音響的同調可能特性を有する音響素子である。

本発明の一態様では、送信モジュールは、短距離無線送信、例えば、１００メートル未満の遮るもののない送信距離範囲を有する無線送信を受信するように構成される。

本発明の一態様では、送信モジュールは、Ｗｉ‐Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ接続等のローカルエリアネットワークに対する無線接続からのパイロット信号を受信するように構成される。

本発明の一態様では、送信モジュールは、不可聴の、例えば超音波周波数帯内の音響接続からのパイロット信号を受信するように構成される。

本発明の一態様では、送信モジュールは表面に集積される。

本発明の一態様では、表面は、以下の群から選択された一つの要素に組み込まれる：
‐ コンクリートブロック、レンガ、防音板、断熱板、漆喰板等の建物の構造要素、
‐ 木の床（フローリング）、カーペット、タイルの床、トリムパネル、パーティション、天井、吊天井パネル等の建物の装飾要素、及び、
‐ 机、キャビネット、本棚、鏡、装飾テーブル、照明器具等の家具。

本発明の一態様では、整形デバイスは、表面に接続された電力部品を更に備え、その電力部品は、表面が受信した波から或る量のエネルギーを回収するように構成される。

本発明の一態様では、整形デバイスは、光起電セルに接続された電力部品を更に備え、その電力部品は光から或る量のエネルギーを回収するように構成される。

本発明の一態様では、
‐ 送信モジュールはパイロット信号によって電子デバイスに無線接続され、そのパイロット信号は電子デバイスからのデータを含み、
‐ 制御装置は、パラメータを決定するように値を最大化又は最少化する最適化モジュール（１２ｂ）を備え、その値は、電子デバイスが受信した波の関数であるデータに基づいて決定され、
制御装置はそれらパラメータに基づいて同調可能素子を制御する。

本発明の一態様では、値は、電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される。

本発明の一態様では、
‐ 送信モジュールはパイロット信号によって電子デバイスに無線接続され、パイロット信号は電子デバイスからのデータを含み、そのデータは、電子デバイスが受信した波の関数であり、
‐ 制御装置は、データに基づいてパラメータを決定し、パラメータに基づいて同調可能素子を制御する。

本発明の一態様では、データは同調可能素子を直接制御するためのパラメータであり、電子デバイスは、パラメータを決定するように値を最少化又は最大化する最適化モジュールを備え、その値は、電子デバイスが受信した波の関数であるデータに基づいて決定される。

本発明の一態様では、値は、電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される。

本発明の一態様では、パイロット信号は、表面が受信した波であり、送信モジュールは、その波を受信するように構成されていて、
制御装置は、
‐ 送信モジュールが受信した波の関数である値を決定する監視モジュールと、
‐ パラメータを決定するように値を最大化又は最少化する最適化モジュールとを備え、制御装置は、パラメータに基づいて同調可能素子を制御する。

本発明の一態様では、値は、電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される。

本発明は電子デバイスにも関し、その電子デバイスは、
‐ 処理ユニットと、
‐ 処理ユニットに接続され、波を受信するように構成された受信ユニットと、
‐ 処理ユニットに接続され、パイロット信号を送信することによって整形デバイスと通信する送信ユニットと、を備える。

電子デバイスは、受信ユニットが受信した波の関数である少なくとも一つの値を決定する監視モジュールを備え、また、値の関数であるデータを整形デバイスに送信する。

本発明に係る電子デバイスの多様な実施形態は以下の構成のうちの一つ以上を用い得る。

本発明の一態様では、値は、受信ユニットが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される。

本発明の一態様では、データは値を有する。

本発明の一態様では、処理ユニットは、パラメータを決定するように値を最大化又は最少化する最適化モジュールを更に備え、パラメータがデータとして送信される。

本発明の一態様では、
‐ 処理ユニットは第一ケースに組み込まれ、
‐ 送信ユニットは第二ケースに組み込まれ、第一ケース及び第二ケースが、処理ユニットを送信ユニットに接続するように互いに取り外し可能に取り付けられる。

本発明はシステムにも関し、そのシステムは、
‐ 上記のような波と相互作用するための整形デバイスと、
‐ 上記のような電子デバイスと、を備え、
電子デバイスの送信ユニットは、整形デバイスの送信モジュールと互換性があり、電子デバイスが送信ユニット及び送信モジュールを介して整形デバイスにパイロット信号を送信するようにされていて、パイロット信号がデータを有する。

電子デバイスは、受信ユニットが受信した波の関数である少なくとも一つの値を決定する監視モジュールを備え、値の関数であるデータを整形デバイスに送信する。

本発明に係るシステムの多様な実施形態は任意で以下の特徴のうちの一つ以上を用い得る。

本発明の一態様では、値は、受信ユニットが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される。

本発明の一態様では、データは値を有する。

本発明の一態様では、処理ユニットは、パラメータを決定するように値を最大化又は最少化する最適化モジュールを備え、パラメータはデータとして送信される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、非限定的な例として与えられる本発明の実施形態の以下の説明から明らかになる。

本発明の整形デバイスを備える携帯電話通信ネットワークの概略図である。 図１の本発明の第一実施形態の図である。 図１の本発明の第二実施形態の図である。 図１の本発明の第三実施形態の図である。 本発明に係る整形デバイスを実験するための実験室として用いられたオフィスルームの概略斜視図である。 図５の整形デバイスの同調可能共振素子の図である。 図５の整形デバイスの存在下におけるソースアンテナと受信アンテナとの間のスペクトル送信のグラフである。 受信アンテナにおける受信信号を増強するための実験に対応するプロットであり、効率値・対・最適化反復回数を示すプロットである。 受信アンテナにおける受信信号を増強するための実験に対応するプロットであり、初期状態及び最適化状態（最大化後）における受信アンテナの位置のスペクトルを示すプロットである。 受信アンテナにおける受信信号を増強するための実験に対応するプロットであり、初期状態における受信アンテナの位置周辺の受信信号の振幅のマップである。 受信アンテナにおける受信信号を増強するための実験に対応するプロットであり、最適化状態における受信アンテナの位置周辺の受信信号の振幅のマップである。 受信アンテナにおける受信信号を打ち消すための実験に対応するプロットであり、効率値・対・最適化反復回数を示すプロットである。 受信アンテナにおける受信信号を打ち消すための実験に対応するプロットであり、初期状態及び最適化状態（最少化後）における受信アンテナの位置のスペクトルを示すプロットである。 受信アンテナにおける受信信号を打ち消すための実験に対応するプロットであり、初期状態における受信アンテナの位置周辺の受信信号の振幅のマップである。 受信アンテナにおける受信信号を打ち消すための実験に対応するプロットであり、最適化状態における受信アンテナの位置周辺の受信信号の振幅のマップである。 多様なサイズの整形デバイスに対して得ることができる受信信号の増強の効率を、多様な部屋のサイズの関数として示すマップである。 多様なサイズの整形デバイスに対して得ることができる受信信号の打ち消しの効率を、多様な部屋のサイズの関数として示すマップである。

複数の図面において、同一の参照番号が同一又は同様の要素を指称するのに用いられている。

本発明は波整形デバイスに関する。波は一次波であり、電磁的、音響的又は振動によるものであり得る。

簡単のため、本発明を、電磁波に関する応用、特に、携帯電話における使用に関して主に説明する。しかしながら、本発明は、あらゆる波の周波数領域にも適用できる。

図１は、セルラー通信ネットワークを示す概略図であり、そのネットワークは以下のものを備えることが知られている：
‐ 第一通信チャネルＣ１（一次波伝播チャネル）で電波通信を送受信するためのネットワークステーション３０（例えば、携帯電話ステーションや、Ｗｉ‐Ｆｉによって建物内部にインターネットを広げるインターネットボックス）と、
‐ 電子デバイス２０（例えば、携帯電話、携帯電話モジュール又はＷｉ‐Ｆｉモジュールを備えたラップトップコンピュータ、又は、そのような携帯電話モジュール又はＷｉ‐Ｆｉモジュールを備えたあらゆるデバイス）。

電子デバイス２０は、一箇所から他の箇所へと移動可能である。電子デバイス２０は、電源プラグ又は内部バッテリーによって電力供給される。電子デバイス２０は移動可能ではないものでもあり得て、電子デバイス２０の位置は、ネットワークステーション３０からの電波受信状態の質を考慮した多様な理由によって決定され得る。

本発明によると、この通信ネットワークは、移動可能な電子デバイス２０から短距離に位置する整形デバイス１０を更に備える。この整形デバイス１０の目的は、例えば、電子デバイスが含まれる領域内と整形デバイス１０の近傍における電子デバイス２０の受信状態を改善することである。この整形デバイス１０は、例えば、電磁波の多数の及び／又は複雑な反射を生じさせてそれらの反射が電子デバイス２０の受信状態に干渉するような環境において有用である。整形デバイス１０は、例えば、電子デバイス２０の受信状態を改善するように制御される別の反射及び／又は透過を生じさせる。

携帯電話用のネットワークステーション３０は以下のものを備える：
‐ 電子デバイス２０（携帯電話）に送信される通信を受信する通信ユニット３１と、
‐ 第一通信チャネルＣ１で伝播する送信電波４０によって通信を送信するネットワークアンテナ３２。

第一通信チャネルＣ１は、携帯電話に適した通信チャネル（例えば、ＧＳＭ（登録商標）、ＵＭＴＳ）、又は、コンピュータネットワークに適した通信チャネル（例えば、Ｗｉ‐Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ）である。

電子デバイス２０は少なくとも以下のものを備える：
‐ 第一中心チャネルＣ１で電波４３を送受信するためのアンテナ２２（又は受信デバイス）と、
‐ アンテナ２２に対する信号を処理するために、アンテナ２２に接続された処理ユニット２１。

電子デバイス２０は、通常、直接的に、又は環境要素での反射によって間接的に、ネットワークアンテナ３２からの電波（図示せず）を受信する。本発明においては、電子デバイス２０は、整形デバイス１０によって（反射又は透過された）修正波４２に起因する修正電波４３も受信する。

有利には、電子デバイス２０は、第二通信チャネルＣ２での無線通信用の送信ユニット２３も備える。

整形デバイス１０は以下のものを備える：
‐ 入射電波４１を（反射又は透過された）修正波４２（その波は第一通信チャネルＣ１で伝播する）として反射及び／又は透過させる（電磁）表面１１と、
‐ 電磁表面１１を制御するための、特に、電磁インピーダンスを変更することによって、どのように入射波４１が修正波４２として反射及び／又は透過されるのかという様子を変化させるための、電磁表面１１に接続された制御装置１２。

この整形デバイス１０は、有利には、電子デバイス２０での受信が困難な箇所に配置される。従って、整形デバイス１０は電子デバイス２０から短距離にある。整形デバイス１０は、ネットワークステーション３０によって放出された、又は環境中の他の要素又は他の整形デバイスによって反射された入射波４１を反射及び／又は透過させる。極めて単純化すると、修正波４２は、第一通信チャネルＣ１で、例えば電子デバイス２０（携帯電話）に向けて伝播する。

特許文献１には、インピーダンスが適応可能又は修正可能であり、本発明に係る整形デバイスで使用可能な電磁表面の一つの種類が示されている。この電磁表面は複数の共振素子を備え、各共振素子が同調可能である。特許文献１の電磁表面は、接地板から或る距離に配置された複数のアレイ素子を備え、隣接するアレイ素子は可変キャパシタ配列体によって互いに接続され、各可変キャパシタは制御電位によって制御可能である。このようにして、電磁表面のインピーダンスが修正され、例えば、修正波を集束させる又は修正波に或る一つの方向を与えるように修正される。

任意で、本発明の電磁表面１１は、複数のセル（図６に示される調整可能素子）で構成され、各セルが二つの別々の共振器素子を備える。第一共振器は第一周波数ｆ_１で共振し、第二共振器は、第一周波数とは異なる第二周波数ｆ_２で共振し、その第二周波数ｆ_２は、可変キャパシタ又は可変ダイオードによって同調可能である。このようなセルは、第二周波数ｆ_２が第一周波数ｆ_１に近いか遠いかに応じて、正号又は負号での反射で入射波４１を反射することができる。電磁表面１１の一組のセルは、その表面のインピーダンスに対する極めて効果的な修正を可能にする。

任意で、本発明の電磁表面１１の一組のセル（同調可能素子１４）は、単一の偏波タイプ又は二つの偏波タイプを有する。後者の場合、電磁表面１１は第一偏波タイプ及び第二偏波タイプの共振素子を備える。各タイプの共振素子は、有利には表面全体にわたって分布し、例えば交互に分布する。電磁表面１１は、その偏波タイプに関係なく、入射波４１を制御する。

任意で、電磁表面１１の一組の共振器又は同調可能素子は、単一の共振周波数、又は二つ以上の共振周波数を有する。電磁表面１１は、一つの周波数範囲若しくは周波数帯、又は複数の周波数帯を、複数の周波数帯の周波数の近接性に応じて、制御することができる。電磁表面１１は、所定の周波数帯にわたって入射波４１を制御することができ、その所定の周波数帯は、一組の共振器素子がその周波数帯をカバーする場合には、広帯域周波数帯となり得る。

一組の同調可能素子は、二つの異なる状態のみを有し得る。この場合、同調可能素子１４は二値素子となる。全ての同調可能素子の状態が、電磁表面１１の具体的なインピーダンスを定める。二つの状態は、入射波に対する修正波の位相シフトであるか、又は入射波に対する修正波の振幅シフトであり得る。各共振器の同調可能素子１４が二つの状態のみを有することで、最適化プロセスには十分でありながら、組み合わせ数が減る。

位相シフトの場合、各同調可能素子１４は、入射波を、その入射波に対する位相シフトを有する修正波へと反射又は透過させ得て、その位相シフトは、好ましくは、第一状態ついてゼロラジアンであり（つまり、修正波は位相シフトされていない）、第二状態についてπラジアンである（つまり、修正波はπラジアン位相シフトされていて、逆位相の波である）。

代替的には、位相シフトは、第一状態についてαラジアン（αは、ゼロとπとの間の角度値）となり、第二状態についてα＋πラジアンとなる。

振幅シフトの場合、各同調可能素子１４は、入射波を、その入射波に対する振幅シフト（振幅係数）を有する修正波へと反射又は透過させ得て、その振幅シフトは、好ましくは、第一状態についてゼロであり（つまり、修正波は存在しない（ヌル））、第二状態について１である（つまり、修正波は入射波と同一である）。

また、より柔軟性を有するように、二つ以上の状態を用いることもできる。

本発明に係る整形デバイス１０の制御装置１２は、例えば、電磁表面１１の全ての同調可能素子（可変キャパシタ又はダイオード）を制御することによって、同調可能素子自体のインピーダンスを修正して、表面１１のインピーダンスを修正する。この修正は、集束や空間指向性よりもはるかに複雑であり、整形デバイス１０周辺の領域内部において第一通信チャネルＣ１に電波の空間分布を変更する。

本発明によると、整形デバイス１０は、制御装置１２に接続された送信モジュール１３を備える。この送信モジュール１３は、本質的には、波を受信して（受信デバイス）、その波をパイロット信号に変換する手段である。このパイロット信号は、第一通信チャネルＣ１で伝播する波（一次波）を表すものであるか、又は、第二通信チャネルＣ２（第一通信チャネルとは異なる）で伝播する他の波であるかのいずれかである。場合によっては、送信モジュール１３は、任意で、電子デバイス２０に情報も送信し得る。

前者の場合、送信モジュール１３は、第一通信チャネルＣ１（例えば、電話チャネル）用に構成された電波送信アンテナである。

後者の場合、送信モジュール１３は、第二通信チャネルＣ２（有利には、短距離（例えば遮るもののない場において１００メートル未満の距離）通信用のチャネル）用の送信アンテナであり、環境要素からの干渉をあまり又はほとんど受けない。

第一変形例では、送信モジュール１３は、例えば、無線データ送信用の電磁アンテナ（例えば、Ｗｉ‐ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））であり、第二通信チャネルＣ２は電磁チャネルである。

第二変形例では、送信モジュール１３は、例えば音響トランスデューサ（例えば、スピーカー及び／又はマイクロフォン、又はそれらの組み合わせ）であり、第二通信チャネルＣ２は音響チャネルである。この場合、第二通信チャネルＣ２は、有利には、不可聴周波数帯（例えば超音波）である。従って、携帯型の電子デバイス２０は、そのデータ送信を使用者に知覚されることなく、整形デバイス１０にデータを送信することができる。

送信モジュール１３の他のバリエーションも可能である。例えば、送信モジュール１３は光学トランスデューサ（紫外線、レーザー）である。

電子デバイス２０と整形デバイス１０との間において第二通信チャネルＣ２で送信されるデータは、電子デバイス２０と整形デバイス１０との間のソフトウェアモジュールや機能の分布に応じて、多様なタイプのものとなり得る。

制御装置１２は、送信モジュール１３が受信するパイロット信号に応じて電磁表面１１の同調可能素子を修正することによって、表面１１のインピーダンスを修正する。

パイロット信号を用いて、制御装置１２は、整形デバイス１０が直接又は電子デバイス２０を介して受信する波の情報に基づいて、電磁表面１１のインピーダンスの修正を命令する。電子デバイス２０が整形デバイス１０から短距離にあると、制御装置１２は、整形デバイス１０近くの位置において受信した波の情報に基づいて、表面１１のインピーダンスを修正する。整形デバイス１０の近傍において又は整形デバイス１０から短距離において電子デバイス２０が受信した波の修正は、ネットワークステーション３０が放出した波の修正よりも良好に同調又は適応可能である。このようにして、整形デバイス１０は、ネットワークステーション３０への有線接続を有さず、ネットワークステーション３０によっては制御されない。つまり、整形デバイス１０は、波源の情報（電磁的、音響的、振動的）を有さない。

図２に示される本発明の第一実施形態によると、電子デバイス２０は監視ユニット２１ａを備え、その監視ユニット２１ａは、以下のいずれかに対応する少なくとも一つの値を決定する：
‐ アンテナ２２が受信した信号の強度（所定の期間にわたって受信した電波信号のパワーレベル又は振幅）、又は、
‐ 受信した電波の品質指数（例えば、第一通信チャネルでの通信エラー率）。

電子デバイス２０は、整形デバイス１０の送信モジュール１３と同じタイプの送信ユニット２３（互換性あり）によって、この値を整形デバイス１０に送信する。この値は、電子デバイス２０の送信ユニット２３によって整形デバイス１０の送信モジュール１３に送信される一組のデータに含まれ得る。電子デバイス２０の送信ユニット２３は、整形デバイス１０に向けて第二通信チャネルＣ２で伝播する波５０を、パイロット信号を表す又はパイロット信号とも呼ばれる波５１として放出する。この場合、第二通信チャネルＣ２は第一通信チャネルＣ１とは異なる。第二チャネルＣ２は第一チャネルよりもあまり干渉を受けず、整形デバイス１０は、電磁表面１１のインピーダンスを修正するように、電子デバイス２０に簡単に接続される。

整形デバイス１０は、その送信モジュール１３によって上記値を受信し、その送信モジュール１３はその値を制御装置１２に提供する。

整形デバイス１０の制御装置１２は以下のものを備える：
‐ 送信モジュールから上記値を受信して、電磁表面１１用の制御パラメータを決定する最適化モジュール１２ｂと、
‐ 電磁表面１１に接続された制御モジュール１２ａ。その制御モジュール１２ａは、電磁表面１１のインピーダンスを修正するように電磁表面１１に制御パラメータを適用する。

最適化モジュール１２ｂは、（一時的な）以前のパラメータ、以前の値、電子デバイス２０によって提供される現在の値の組に基づいて、最適化アルゴリズムを実行する。

最適化アルゴリズムは値の最大化又は最少化であり得る。例えば、電子デバイス２０が受信する信号の強度を増大させることが目標である場合、最適化アルゴリズムは最大値を探す。逆に、電子デバイス２０が受信する信号の強度を減少させることが目標である場合、最適化アルゴリズムは最小値を探す。複数の逐次的なステップにおいて、最適化アルゴリズムが最適な一組のパラメータを提供する。

制御装置１２の制御ユニット１２ａは、最適化モジュール１２ｂによって決定された一組のパラメータを適用して、電磁表面１１の同調可能共振器素子を制御する。これは、電磁表面１１によって反射又は透過される電波４２を修正する電磁表面１１の特定の状態を決定する。

電子デバイス２０が受信する電波４３は、この反射及び／又は透過した修正電波４２と、ネットワークアンテナ３２からの電波との組み合わせである。電磁表面１１の状態は、電子デバイス２０が受信する電波４３の受信状態を修正する。

複数の逐次的なステップにおいては、電磁表面１１用の制御パラメータが制御装置１２によって適用されて、値が電子デバイス２０の監視ユニット２１ａによって得られ、制御装置１２に実装された最適化モジュール１２ｂのアルゴリズムが、目標（最適化基準）に応じた一組の最適な制御パラメータを探し出す。

使用可能な最適化アルゴリズムは、ＬＭＳ（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ，最小二乗平均）アルゴリズム、遺伝的アルゴリズム、シンプレックスアルゴリズム等多数知られている。

任意で、最適が行われると、整形デバイスは、行われた最適化、その状態、その性能に関する情報を、送信モジュール１３を介して電子デバイスに送信することができる。

電子デバイス２０は整形デバイス１０から独立していて、つまり、電磁表面１１のインピーダンスを最適化するプロセスが実行される又は完了する前であっても、電子デバイスは第一通信チャネルＣ１によって通信することができる。

図３に示される本発明の第二実施形態によると、電子デバイス２０は、以下のものを備える：
‐ 送信ユニット２３に接続された監視ユニット２１ａ（第一実施形態のものと同一又は同様）と、
‐ 第一実施形態の最適化モジュール１２ｂに等しい最適化ユニット２１ｂ。

この最適化ユニット２１ｂは、今度は電子デバイス２０内部に実装されていて、電子デバイス２０は、送信ユニット２３を介して整形デバイス１０に一組のパラメータを送信する。一組のパラメータは、電子デバイス２０の送信ユニット２３によって整形デバイス１０の送信モジュール１３に送信される一組のデータに含まれ得る。電子デバイス２０の送信ユニット２３は、整形デバイス１０に向けて第二通信チャネルＣ２で伝播する波５０をパイロット信号５１として放出する。第二通信チャネルＣ２は、第一通信チャネルＣ１とは異なり、干渉を受け難く、電子デバイス２０が、電磁表面１１のインピーダンスを修正するように整形デバイス１０に簡単に接続する。

整形デバイス１０はその送信モジュール１３を介して一組のパラメータを受信し、制御モジュール１２ａのみを備える制御装置１２が、電磁表面１１のインピーダンスを変化させるように電磁表面１１にその一組のパラメータを適用する。

そして、第二実施形態の整形デバイス１０は、第一実施形態のものと同様に機能する。

図４に示される第三実施形態では、整形デバイス１０は自律型であり、送信モジュール１３（例えばマイクロフォン）を備える。

整形デバイス１０は以下のものを備える：
‐ 送信モジュール１３に接続された監視モジュール１２ｃ（この監視モジュール１２ｃは、第一実施形態及び第二実施形態の電子デバイス内部に実装される監視ユニット２１ａと等しい（同様又は同一）である）と、
‐ 監視モジュール１２ｃから値を受信して、制御パラメータを決定する最適化モジュール１２ｂと、
‐ 電磁表面１１に接続された制御モジュール１２ａ（この制御モジュール１２ａは、電磁表面１１のインピーダンスを修正するように電磁表面１１に制御パラメータを適用する）。

整形デバイス１０の制御装置１２に組み込まれた最適化モジュール１２ｂは、値（例えば、マイクロフォン１３が受信した未知の音源からの音響波５１の受信状態のレベル）を最少化又は最大化する。そして、この第三実施形態の整形デバイス１０は自律型となる。

そして、第三実施形態の整形デバイス１０はこれまでの実施形態のものと同様に機能する。

整形デバイス１０は、制御可能なパッシブデバイスであり、極めて僅かなエネルギーしか消費せず、入射音響波４１無しでは、自ら音響波を放出することができない。

本発明の全ての実施形態において、整形デバイス１０は、ネットワークステーション３０及びそのアンテナから独立したデバイスである。整形デバイス１０は自律型であり、電子デバイス２０の受信状態を最適化（最大化又は最少化）するように、電子デバイス２０に応答する。

整形デバイス１０は、パネル形状をとり得て、例えば、制御される領域、家、部屋、空間の壁に取り付けられる。

電子デバイス２０は、この整形デバイス１０の範囲内に存在し、例えば、送信ユニット２３を介して整形デバイス１０に接続するためのソフトウェアモジュールを備え、整形デバイス１０の電磁表面１１のインピーダンスの修正を自動的に要求し得る。

任意で、電子デバイス２０は、特定の空間領域のより良い制御を提供するように、複数の整形デバイス１０に接続し得る。

任意で、整形デバイス１０は、各電子デバイスの多目的に応じて電磁表面１１のインピーダンスを修正するように、複数の電子デバイス２０に接続し得る。例えば、二つの電子デバイス２０に対する受信状態を増強又は向上させるように電磁表面１１のインピーダンスを修正することができる。また、第一電子デバイス周辺の第一空間領域内における受信状態を向上させるのと同時に、第二電子デバイス周辺の第二空間領域内における受信状態を打ち消す（無効化）又は低下させるように電磁表面１１のインピーダンスを修正することもできる。

第一実施形態では、各整形デバイス１０は、その一組のパラメータを最適化する。全ての整形デバイス１０は有利には同一であり、電子デバイス２０はほとんど処理及び計算を行わない。

第二実施形態では、電子デバイス２０は、組み合わせを考慮しながら、各整形デバイス１０についてのパラメータの組を決定することができ、より良い電磁処理及び領域に対するより良い制御を提供する。全ての整形デバイス１０は単純化され、好ましくは同一である。一方、電子デバイス２０は、全ての整形デバイス１０についてのパラメータの組を決定するようにより多くの計算及びより多くの処理を行う。

電磁表面１１は、ほとんど電力を消費しないパッシブデバイスであることに留意されたい。このデバイスは、追加の電磁放射を放出せず、電磁場の節（最小）及び腹（最大）を移動させることによって局所的に電磁場を修正する。従って、このデバイスは、波の増幅器や中継器ではない。そのエネルギー消費は主に制御装置１２及びその短距離送信モジュール１３によるものである。

従って、整形デバイス１０は、自律型デバイスであり、充電式バッテリーによって適切に電力供給される。

また、整形デバイス１０は、入射波から或る量のエネルギーを回収するために電磁表面１１に接続可能な電力供給部品も備え得る。回収されるエネルギーの量は、整形デバイス１０に電力供給するのに十分なものである。

また、整形デバイス１０は、例えば太陽光や環境光から或る量のエネルギーを回収するために光起電セルに接続可能な電力供給部品も備え得る。

また、整形デバイス１０は、電子デバイス２０にエネルギーを供給するための手段も備え得る。例えば、整形デバイス１０は、電子デバイス２０に接続してそのバッテリーを充電するためのコネクタを含む。

また、処理領域内部における整形デバイス１０の位置がその有効性にとって重要である点に留意されたい。従って、この位置を決定するための事前ステップが好適なものとなる。整形デバイス１０及び／又は電子デバイス２０は、その位置を決定するためのソフトウェアモジュールを含み得る。

また、送信モジュール１３は、単一のトランスデューサ、又は空間分布した複数のトランスデューサで構成され得る。第三の応用（干渉する送信機のジャミング）の場合、これらのトランスデューサは、そうした干渉する送信機の遠距離場放出を打ち消すように分布する。更に、送信モジュール１３のトランスデューサ（一つ又は複数）は、単一の集積デバイスを形成するように電磁表面１１上に集積及び／又は分布し得る。

最後に、整形デバイス１０が広帯域電磁表面１１（例えば、複数の共振周波数での複数の共振器素子）を備える場合には、最適化モジュール１２ｂ、２１ｂが以下のいずれかの最適化を行うことができる：
‐ 他の周波数とは無関係に各周波数についての最適化（この場合、反射波の各周波数は任意の位相を有し得る）；
‐ 同時に検討される全ての周波数についての最適化。この場合、（反射及び／又は透過させた）修正波の各周波数は、他の周波数に対して所定の位相を有することができる。そして、広帯域集束を行うように全ての周波数を互いに再調整することができる。

また、多様な実施形態において、電子デバイス２０は、少なくとも処理ユニット２１を組み込んだ第一ケースを有する第一部分と、少なくとも送信ユニット２３を組み込んだ第二ケースを有する第二部分という二つの部分で構成され得る。

第一ケース及び第二ケースは、処理ユニット２１を送信ユニット２３に接続するために互いに取り外し可能に取り付けられる。これらケースは、取り付けのために相補的な形状を有し得て、例えば弾性クリップである。

処理ユニット２１は、有線又は無線接続で送信ユニット２３に接続される。これらユニットは、例えばＵＳＢポートを介して互いに接続される。

こうした特徴によって、第一部分は従来の携帯電話となり得て、第二部分は、整形デバイス１０を制御することを可能にするように、携帯電話のハードウェア及びソフトウェア機能に加わり得る。

本発明に係る整形デバイス１０は、以下の多くの使用可能性を有する： 干渉がある領域での携帯電話の受信状態の改善、携帯電話が禁止されている特定の領域における携帯電話の受信状態の打ち消し（無効化）、電波から保護するための携帯電話の受信状態の打ち消し（無効化）、特定の領域内部でのＷｉ‐Ｆｉ等の無線送信の受信状態の打ち消し（無効化）。

例えば、電子デバイス２０を幼児用寝台の上に置いて、整形デバイス１０を幼児部屋の中に置くことができる。電子デバイス２０は、家全体にわたって電波を打ち消さずに、寝台における電波（携帯電話やＷｉ‐Ｆｉの電波）を打ち消すように整形デバイス１０を制御する。

最後に、最適化モジュールは、電子デバイス２０又は整形デバイス１０内で簡単に実装、追加、及びアップデート可能なソフトウェアモジュールである。特に、最適化モジュールは、第一通信チャネルＣ１のネットワーク又は第二通信チャネルＣ２のネットワークを介して簡単にダウンロード可能である。

本発明の多様な実施形態は一次波（源）が音響波である音響分野にも適用可能である。

この場合、整形デバイス１０は、インピーダンスを修正するための同調可能部分を有する複数の音響共振器素子を備える。これらの共振器素子は、例えば、ヘルムホルツ共振器であり、キャビティと、そのキャビティを外部に繋ぐチューブとを備える。例えば、キャビティ又はチューブは同調可能な寸法特性を有する。また、共振器素子は電磁アクチュエータでもあり得て、膜を移動させ、また移動質量を有する。また、共振器素子は、電気活性高分子膜等の活性膜を使用し得る。

この音響整形デバイス１０は、入射音響波４１を修正音響波４２として反射及び／又は透過させることができる。この場合、第一伝播チャネルＣ１は音響チャネルである。

整形デバイス１０は、上述のものと同じタイプの制御装置１２を更に備える。

図２及び図３の第一実施形態及び第二実施形態では、整形デバイス１０は、電子デバイス２０との無線接続部を有し、電子デバイス２０の受信ユニット２２（マイクロフォン）が受信する波４３の関数として、整形デバイス１０の音響インピーダンスの修正を制御する。

制御装置１２に組み込まれた最適化モジュール１２ｂ又は電子デバイス２０に組み込まれた最適化モジュール１２ｂが、例えば、受信音響波４３の受信状態のレベルを最少化又は最大化することができる。

最後に、整形デバイス１０、又は表面１１のみが、建物の構成要素（コンクリートブロック、レンガ、防音板、断熱板、漆喰板、他の要素）に直接組み込まれ得る。

また、整形デバイス１０、又は表面１１のみが、建物の装飾要素（木の床（フローリング）、カーペット、タイルの床、トリムパネル、パーティション、天井、吊天井パネル、他の要素）に直接組み込まれ得る。

また、整形デバイス１０、又は表面１１のみが、家具（机、キャビネット、本棚、鏡、装飾テーブル、照明器具）に直接組み込まれ得る。

そうした要素は、少なくとも整形デバイスの表面１１を備え又は整形デバイス１０全体を備え、外部から電力供給されるか、バッテリーを備えるか、又は連続的であり得る電磁誘導によって遠隔電力供給され得る。

［実験結果］
電磁表面１１（同調可能メタサーフェスとも称される）を実験的に試験した。本発明に係る整形デバイス１０、電子デバイス２０、システムの最適化方法も以下で試験した。表面１１を形成して、図５に示されるような典型的なオフィスルームの壁の小さな部分を覆った。

電磁表面１１は、例えば、二つのパネル１１ａ、１１ｂで構成され、各パネルは、同調可能共振素子（ユニットセルとも称される）のアレイ又はグリッドを有する。

各同調可能共振素子１４は、例えば図６に示されるような平坦な共振器であり、制御可能な位相シフトで波を反射させることができる。我々は、接地板の上に存在する共振器を研究用に選択した。何故ならば、共振器は、壁（良好なものではないが接地板である）に配置されるものだからである。最適化の単純性及び高速収束性のため、我々は、二値位相変調、つまり、波を正の反射又は負の反射で反射する二状態共振器の最も単純な場合を選択した。これは、光学系で実現されている二値振幅変調と同様のものである。そこで、電子回路を用いてシフトさせることができる共振周波数ｆ_ｒｅｆを示す共振器を選択した。共振周波数ｆ_ｒｅｆを動作周波数ｆ_０に対応するように設定する場合、共振器は、その周波数の波をπの位相シフトで反射する。そして、その共振周波数がｆ_０からシフトすると、共振器は透明になり、接地板が波を０の位相シフトで反射する。

我々は、図６に示されるような二つの強力に結合したハイブリッド共振器の少し複雑な設計を選択した。第一共振器１４ａは反射共振器と称され、その短軸に沿った偏波のものであり、その共振周波数ｆ_ｒｅｆは動作周波数ｆ_０に設定される。一方、第二共振器１４ｂは、寄生ストリップ共振器であり、その共振周波数ｆ_ｐａｒは、ダイオード１４ｃを用いて、動作周波数ｆ_０からより高い周波数ｆ_１に電子的に同調可能である。このようにして、共振周波数ｆ_ｐａｒが高周波数ｆ_１に設定される場合、共振器の共振周波数ｆ_ｒｅｆは変化せず、πの位相シフト（π状態）で波を反射する。逆に、共振周波数ｆ_ｐａｒを動作周波数ｆ_０にシフトさせる場合、二つの共振器がハイブリッドして、ｆ_０付近の二つの共振周波数ｆ−及びｆ＋を示すダイマーが形成される。この状態では、ダイマーは動作周波数ｆ_０において透明であり、波は接地板によって０の位相シフト（０状態）で反射される。

この設計は以下の顕著な利点を有する。つまり、共振素子１４の反射特性が、電子部品の損失及びインピーダンスの変動の両方に対して影響されず、また、寄生共振器のみに施されるはんだ付けに影響されない。

電磁表面１１は、空間マイクロ波変調器（ＳＭＭ，ｓｐａｔｉａｌ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であり、略０．４ｍ^２の面積を有し、動作周波数ｆ_０＝２．４７ＧＨｚでの波長の半分（つまり６ｃｍ）で間隔の空けられた１０２個の同調可能共振素子を備える。この同調可能メタサーフェスは、１．５ｍｍの薄さであり、或る種のスマートウォールである。

オフィスルームの実験設定は図５に示されている。我々は、デジタル出力のチャネルをそれぞれ５４個有する二つのＡｒｄｕｉｎｏ（アルドゥイーノ）制御装置を用いて、１０２個の共振素子を制御した。Ａｇｉｌｅｎｔ（アジレント）ネットワーク分析器を用いて、ソースアンテナＳと受信アンテナＲとの間の送信状態を測定した。受信アンテナＲは、一般的なモノポールアンテナであり、又は空間走査が実現される場合には電気光学プローブである。我々は、電磁表面１１の共振素子１４と同じ軸に沿った偏波の市販のモノポールＷｉ‐Ｆｉアンテナを用いた。ソースアンテナＳは、家具が置かれて散乱性の３×３×４ｍ^３のオフィスルーム（図５）内において、受信アンテナＲ及び電磁表面１１の両方から見えないように遠くに配置されて、部屋全体、特にスマートウォールにおいてランダムなマイクロ波場を形成した。受信アンテナＲは、例えば、電磁表面１１から１メートル離して配置された。

我々はまず電磁表面１１を特性評価した。そのため、我々は、近接場プローブを用いて、０状態及びπ状態においてアレイの各共振素子１４の共振周波数を測定した。共振周波数のヒストグラムによると、π状態の分布は比較的狭く、動作周波数ｆ_０に中心があり、一方、０状態の分布は、電子部品に起因して幾分広いが、それでもπ状態の分布とは重なっていなかった。

我々は、（電磁表面アレイの１０２個の共振素子の２^１０２個の組み合わせのうちの）１１０００個のランダムな構成を表示して、ソースアンテナＳと受信アンテナＲとの間の送信状態の標準偏差を測ることによって、電磁表面１１のバンド幅も推定した（図７を参照）。不規則性を平均化するためにソースアンテナＳの１０個の異なる位置において我々はこの推定を行った。これは、オフィスルームに起因する送信のスペクトル変動を平滑にして、周波数の関数として電磁表面１１の効率の推定を与える。我々は、略１００ＭＨｚのバンド幅を測定したが、これは、各共振素子のバンド幅と、製造の不確実性によるそれらの寸法分布とに起因するものであり得る。

実験において、我々はＳＭＭを用いて、オフィスルーム内に存在する多重散乱波を最適化して、多様な目的のために再利用した。実験の単純性のため、マイクロ波のソースは、ソースアンテナＳに接続されたネットワーク分析器であった。これは、ベースステーションやＷｉ‐Ｆｉボックス等の遠隔無線源によって形成されるものと同様のランダムな波場をもたらす。更に、使用したフィードバックがインコヒーレントであるので、この電磁場又は他のものの最適化は厳密に等しい。

［１） 無線信号受信状態を改善するための使用］
次に、我々は強度フィードバック機構を用いて、電磁表面１１から外れた多重散乱波の反射を受動的に最適化し、多重散乱波が受信アンテナＲに集束するようにした。具体的には、我々は、均一反射の電磁表面１１（全てのピクセルが０状態）から始めた。そして、我々は、アレイの各ピクセルをπ状態に反復的に切り替えて、各ピクセルについて受信アンテナＲで受信した強度をネットワーク分析器を用いて測定した。このエネルギーフィードバックは、コンピュータによって電磁表面１１に提供され、つまり、受信エネルギーが高ければ、ピクセルはπ状態のままに保たれ、そうでなければ、ピクセルは０状態に戻された。現実の応用場面では、受信アンテナＲはスマートフォンであり得て、そのスマートフォンは、進行中の通信の二値エラー率を実時間で測定して、電磁表面１１に対する推定に基づいて二値フィードバックを送信する（例えば低周波数超音波を用いて）アプリケーションを用いる。我々は、不規則性を平均化するために３０回の最適化を行った。我々は、各最適化について、非摂動電気光学プローブを用いて、最適化前後のマイクロ波を走査した。

図８は、最適化を用いて得られた強度の効率ηを示し、ηは、最大化前後に測定された強度の比として定義されている。図９は、最大化前（連続線）と最大化後（破線）とにおけるソースアンテナＳと受信アンテナＲとの間の送信状態の対応強度スペクトルを示す。座標（０，０）の点に位置する受信アンテナＲ付近の場強度のマップが、最大化前について図１０に示され、最大化後について図１１に示されている。ソースアンテナＳが受信アンテナ１１及び電磁表面１１の両方から見えないにも関わらず、電磁表面１１は、受信アンテナＲ上に半波長幅の集束スポットで多重散乱波を受動的に集束させることができている。これは、ランダムな波場を集束したものに変換することによって、受信アンテナＲでの８．５ｄＢの正味の利得（ほぼ１０倍）を与えることを意味する。対応するスペクトルでもこの結論が確認され、その効果が、オフィスルームの相関周波数によって制限される略３０ＭＨｚのハンド幅にわたって及んでいることが示された。図８の挿入図は、最適化の最後に得られる位相マスクを示す。アレイ中の黒い正方形は共振素子の０位相状態を示し、アレイ中の白い正方形は共振素子のπ位相状態を示す。このことからも、電磁表面１１上での場がランダムであることが分かる。

上記実験は、不規則な３０回の実例に対して行われた。データは、最適化前の測定平均強度によって正規化された。データによると、得られた平均効率ηは略８．５ｄＢであり、最適化前に比較的高かった強度に対して、５ｄＢの最小値であり、非常に低い初期強度に対して、３５ｄＢの最大値であって、三桁以上大きい。空間的には、平均して、場は受信アンテナＲ周辺に、半波長幅の集束スポットで強く集束している。平均強度スペクトルは、最適前にはほぼ平坦であり、３０回の実例では、散乱及び反射（残響）の影響がほぼ消されて、最大化後には、２．４７ＧＨｚのピークを集束効果の印として明確に示している。

我々は、受信アンテナＲ及びソースアンテナＳの両方を互いに見えなくして、また電磁表面１１からも見えなくして、これら三者を互いに略３メートル離した実験も行った。その結果では、最悪の場合でも、１．５ｄＢと６ｄＢとの間の効率ηが、２．５ｄＢの平均値で実現可能であることが分かった。３×３×４ｍ^３のオフィスルームの壁の全面積と比較して、使用された電磁表面１１が０．４ｍ^２の面積のものに過ぎなかったことは特筆すべきものである。より大きなＳＭＭ（電磁表面１１）を使用することで、この手法の効率は劇的に上昇する。

［２） マイクロ波の侵入からボリューム（空間）を保護するための使用］
次に、我々は、強度フィードバックを用いて、所定のボリューム（空間）内の電磁場を干渉によって打ち消した。

このことを実証するため、エネルギーの最少化を目標とするものではあるが、前述のものと同じ最適化手法を用いた。位置（０，０）に配置された受信アンテナＲに対して受信状態を最少化して、電気光学プローブを用いて、摂動を与えずに最少化前後の場を走査した。我々は、不規則性を平均化するために３０回の測定を行い、測定中にエネルギーフィードバックをコンピュータによって電磁表面１１に送信した。実際の応用では、パッシブマイクロ波受信機を用いて、一組のセンサー上での電磁エネルギーを測定し、フィードバックを電磁表面１１に送り、例えばＷｉ‐Ｆｉマイクロ波の侵入から所定のボリューム（空間）を保護する。

最大化と同様に、最少化の或る一回の実例の結果が図１２〜図１５に示されていて、これらの図には、最少化前後の測定強度スペクトル及びマップ、反復回数の関数として効率のη（最少化前後の強度の比）の減少が含まれている。これによると、最適化されたランダム位相マスクが、むき出しの壁とは対照的に、受信アンテナＲ上での電場を略２５ｄＢ減少させることが分かった。空間走査及び強度スペクトルによって更に、場が２．４７ＧＨｚ付近において局所的に打ち消されていることが確かめられた。

不規則な３０回の実例の結果は、平均場強度が初期空間走査においてほぼ一定であり、平均化された初期スペクトルが対象バンド幅に対してほぼ平坦であることから、平均化が正確に行われていることを示す。３０回の測定によると、略半波長の立方体のボリュームに対して動作周波数ｆ_０周辺において所望の位置において場を打ち消して、我々の測定ノイズに限定される略−２８ｄＢのレベルにすることができることが分かった。当然、より高い初期強度は略３５ｄＢのより良い効率ηをもたらし、より低い初期強度は、略２０ｄＢの強度低下につながり、全ての実例は実験ノイズレベルに向けて収束する。

［理論的分析］
上記実験の後、無線通信のエネルギー節約に関して、又は電磁保護に関して本手法がもたらす利点を定量的に推定することが必要となった。まず、用いた方法は、要するに、電磁表面１１を用いた反射（残響）媒体内部の波面整形である。典型的な屋内の部屋とは、漏れ易いものではあるが、電磁波にとってキャビティである。スマートウォールの効果を定量化するとは、電磁表面１１で制御される空間モードの数ｎ・対・動作周波数ｆ_０において所定の部屋内の波場に関与する空間モードの総数Ｎを推定することである。これによって、我々は、所定の部屋内で所定の電磁表面１１によって達成可能な平均効率又は強度低下因子ηを計算することができる。

モデルが単純であり、場がスカラーであるので、電磁表面１１に属する共振素子１４は波を等方的に反射し、部屋は、体積Ｖの立方体キャビティで近似されて、その部屋の壁の一部が面積Ｓの電磁表面１１で覆われる。我々は規則的なキャビティを検討したが、部屋は不規則であり得て、典型的な家具が置かれているので乱れているが、これについては、我々はモデル密度を計算すればよく、モデル密度は、平均すると、規則的なキャビティ及びランダムなキャビティに対して等しい。キャビティは二つの特徴的な時間で記述可能である。第一の時間は反射（残響）時間τ_Ｒであり、光子がキャビティ内で費やす平均時間を表し、形式的には、不規則な媒体内のサウレス（Ｔｈｏｕｌｅｓｓ）時間に等しい。第二の時間はハイゼンベルグ時間τ_Ｈであり、全てのその離散的な固有モードを分解するために光子がキャビティ内部を伝播するのに必要な時間を表す。反射時間の逆数が媒体の相関周波数ｆ_ｃｏｒｒである：
ｆ_ｃｏｒｒ＝１／τ_Ｒ

相関周波数ｆ_ｃｏｒｒは、キャビティのモードがスペクトル的にコヒーレントである周波数バンド幅に対応する。空間モードの総数Ｎを推定するためには、キャビティの一つの周波数相関に対して重なるキャビティの固有モードの数を定量化しなければならない。この数はキャビティのモード密度に等しいハイゼンベルグ時間に媒体の相関周波数を掛けたものとして近似的に与えられる：
Ｎ＝τ_Ｈｆ_ｃｏｒｒ

体積Ｖの立方体について、動作周波数ｆ_０においては、ｃを光速として、以下のようになる：
Ｎ＝τ_Ｈｆ_ｃｏｒｒ＝８πＶｆ_０ ^２ｆ_ｃｏｒｒ／ｃ^３

電磁表面１１によって制御されるモードの数ｎは、電磁表面１１の面積と、部屋内の場の相関面積（この場合、共振素子１４の面積に等しい）との比によって与えられる：
ｎ＝４Ｓ／λ^２

電磁表面１１が最適化されていない場合、電磁表面１１は単に規則的な壁として振る舞う。部屋内の任意の位置において、場はＮ個の空間モードのインコヒーレントな和であり、そのノルムの分散はランダムウォーク（√Ｎ）としてスケーリングする。場を最大化するため、又はそのノルムをゼロに向けるために、最適化は、電磁表面１１で制御されたｎ個のモードを同相で足し合わせることを目指す。最適化後の場は、制御されていないＮ−ｎ個のモードのインコヒーレントな和に対して、ｎ個の制御されたモードのコヒーレントな和を足し合わせた又は引いたものである。従って、電磁表面１１によってもたらされる効率又は強度低下因子を以下のように記述することができる：
ここで、
＋は、ｎ≦Ｎの条件での場の最大化に対応し、
−は、
の場合のみに有効な最少化を表す。

最終的に、これによって、動作周波数におけるスマートウォール及び壁のパラメータの関数として、効率及び強度低下因子を以下のように定量化することができる：
これは、ｎ＜＜Ｎの場合に以下のように近似可能である：
η＝１±｛２Ｓ^２ｆ_０ ^２／（πｃＶｆ_ｃｏｒｒ）｝

上記式は、室内でスマートウォールを用いて得られる平均利得、又は、電磁場を改善又は局所的に打ち消すのに必要な電磁表面１１の面積を与える。

図１６及び図１７は、実験的に推定される３０ＭＨｚの相関周波数及び本発明の２．４７ＧＨｚの動作周波数ｆ_０について、部屋の体積Ｖ及び電磁表面の面積Ｓの関数として効率（改善及び強度低下）を示す。図１６では、４０ｍ^３の体積の部屋内において２．５ｍ^２の電磁表面１１で、無線受信状態に対して平均２０ｄＢの利得が得られている。この構成では、システムは、受信状態の質を損なわずに、無線源（ベースステーション又はＷｉ‐Ｆｉボックス）によって放出されるパワーを１００分の１に減少させることができている。図１７では、所定の位置における電磁場が、小型電磁表面１１を用いて打ち消されている。例えば、０．３ｍ^２の面積を有する電磁表面１１は、４０ｍ^３の体積を有する部屋の中の任意の位置における場を完全に打ち消す。勿論、より大きなボリューム（空間）をマイクロ波の侵入から保護するには、より大きなスマートウォールが必要とされる。最後に、このモデルを用いて、二値のみの位相変調を補正することで、測定された最良の場合と最悪の場合との平均で、実験での３×３×４ｍ^３のオフィスルームで用いるように製造された０．４ｍ^２の電磁表面について、平均利得が４．９ｄＢであることが分かり、また、実験に従って場を局所的に打ち消すのに必要な電磁表面の面積の最小値が０．４５ｍ^２であることが分かった。このことは、モデルが本手法の性能を正確に予測していることを証明していると考えられる。

１０ 波整形デバイス
１１ 電磁表面
１２ 制御装置
１３ 送信モジュール
２０ 電子デバイス
２１ 処理ユニット
２２ アンテナ
２３ 送信ユニット
３０ ネットワークステーション
３１ 通信ユニット
３２ ネットワークアンテナ

Claims (29)

1. 波と相互作用する表面（１１）であって、前記波が該表面によって反射又は透過されるように該表面のインピーダンスを変化させるための複数の同調可能素子を備える表面と、
   前記複数の同調可能素子の各々を制御するように前記表面に接続された制御装置（１２）と、を備える整形デバイス（１０）であって、
   該整形デバイスが、前記制御装置（１２）に接続され且つパイロット信号を受信する送信モジュール（１３）を更に備え、前記制御装置（１２）が、前記送信モジュール（１３）が受信した前記パイロット信号に応じて前記複数の同調可能素子を制御することを特徴とする整形デバイス。
2. 各同調可能素子が二つの状態のみを有し、全ての同調可能素子の状態が、前記表面（１１）のインピーダンスを定める、請求項１に記載の整形デバイス。
3. 前記二つの状態がモジュール又は位相シフトに対応している、請求項２に記載の整形デバイス。
4. 前記複数の同調可能素子が第一伝播チャネルで伝播する波と相互作用し、前記送信モジュール（１３）が第二伝播チャネルで伝播する前記パイロット信号を受信し、前記第二伝播チャネルが前記第一伝播チャネルと異なる、請求項１から３のいずれか一項に記載の整形デバイス。
5. 前記複数の同調可能素子が、電磁的同調可能特性を有する電磁素子である、請求項１から４のいずれか一項に記載の整形デバイス。
6. 前記複数の同調可能素子が、音響的同調可能特性を有する音響素子である、請求項１から５のいずれか一項に記載の整形デバイス。
7. 前記送信モジュール（１３）が、例えば１００メートル未満の遮るもののない送信距離範囲を有する短距離無線送信のみを受信するように構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の整形デバイス。
8. 前記送信モジュール（１３）が、Ｗｉ‐Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ接続等のローカルエリアネットワークに対する無線接続からのパイロット信号を受信するように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の整形デバイス。
9. 前記送信モジュール（１３）が、不可聴、例えば超音波周波数帯内の音響接続からのパイロット信号を受信するように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の整形デバイス。
10. 前記送信モジュール（１３）が前記表面（１１）に集積されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の整形デバイス。
11. 前記表面（１１）が、
    コンクリートブロック、レンガ、防音板、断熱板、漆喰板等の建物の構造要素、
    木の床、カーペット、タイルの床、トリムパネル、パーティション、天井、吊天井パネル等の建物の装飾要素、及び、
    机、キャビネット、本棚、鏡、装飾テーブル、照明器具等の家具
    を備える群から選択された一つの要素に組み込まれている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の整形デバイス。
12. 前記表面（１１）に接続された電力部品を更に備え、前記電力部品が、前記表面（１１）が受信した波から或る量のエネルギーを回収するように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の整形デバイス。
13. 光起電セルに接続された電力部品を更に備え、前記電力部品が、光から或る量のエネルギーを回収するように構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の整形デバイス。
14. 前記送信モジュール（１３）が前記パイロット信号によって電子デバイス（２０）に無線接続され、前記パイロット信号が前記電子デバイスからのデータを含み、
    前記制御装置（１２）が、パラメータを決定するように値を最少化又は最大化する最適化モジュール（１２ｂ）を備え、前記値が、前記電子デバイスが受信した波の関数である前記データに基づいて決定され、
    前記制御装置が前記パラメータに基づいた前記複数の同調可能素子を制御する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の整形デバイス。
15. 前記値が、前記電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される、請求項１４に記載の整形デバイス。
16. 前記送信モジュール（１３）が前記パイロット信号によって電子デバイス（２０）に無線接続され、前記パイロット信号が前記電子デバイスからのデータを含み、前記データが、前記電子デバイスが受信した波の関数であり、
    前記制御装置（１２）が、前記データに基づいてパラメータを決定し、前記パラメータに基づいて前記複数の同調可能素子を制御する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の整形デバイス。
17. 前記データが前記複数の同調可能素子を直接制御するためのパラメータであり、前記電子デバイスが、パラメータを決定するように値を最少化又は最大化する最適化モジュールを備え、前記値が、前記電子デバイスが受信した波の関数である前記データに基づいて決定される、請求項１６に記載の整形デバイス。
18. 前記値が、前記電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される、請求項１７に記載の整形デバイス。
19. 前記パイロット信号が、前記表面が受信した波であり、前記送信モジュールが前記波を受信するように構成されていて、
    前記制御装置（１２）が、
    前記送信モジュールが受信した波の関数である値を決定する監視モジュール（１２ｃ）と、
    パラメータを決定するように前記値を最大化又は最少化する最適化モジュール（１２ｂ）と、を備え、
    前記制御装置が、前記パラメータに基づいて前記複数の同調可能素子を制御する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の整形デバイス。
20. 前記値が、電子デバイスが受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される、請求項１９に記載の整形デバイス。
21. 処理ユニット（２１）と、
    前記処理ユニットに接続され且つ波を受信するように構成された受信ユニット（２２）と、
    前記処理ユニットに接続され且つパイロット信号を送信することによって整形デバイス（１０）と通信する送信ユニット（２３）と、を備える電子デバイス（２０）であって、
    該電子デバイス（２０）が、前記受信ユニットが受信した波の関数である少なくとも一つの値を決定する監視モジュール（２１）を備え、該電子デバイス（２０）が、前記値の関数であるデータを前記整形デバイスに送信することを特徴とする電子デバイス。
22. 前記値が、前記受信ユニット（２２）が受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される、請求項２１に記載の電子デバイス。
23. 前記データが前記値を有する、請求項２１又は２２に記載の電子デバイス。
24. 前記処理ユニット（２１）が、パラメータを決定するように前記値を最大化又は最少化する最適化モジュール（２１ｂ）を更に備え、前記パラメータが前記データとして送信される、請求項２１又は２２に記載の電子デバイス。
25. 前記処理ユニット（２１）が第一ケースに組み込まれていて、
    前記送信ユニット（２３）が第二ケースに組み込まれていて、前記第一ケース及び前記第二ケースが、前記処理ユニットを前記送信ユニットに接続するように互いに取り外し可能に取り付けられる、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の電子デバイス。
26. 波と相互作用するための請求項１から２０のいずれか一項に記載の整形デバイス（１０）と、
    請求項２１から２５のいずれか一項に記載の電子デバイス（２０）と、を備えるシステムであって、
    前記電子デバイスの送信ユニット（２３）が、前記整形デバイスの送信モジュール（１３）と互換性があり、前記電子デバイスが、前記送信ユニット及び前記送信モジュールを介して前記整形デバイス（１０）にパイロット信号を送信し、前記パイロット信号がデータを有し、
    前記電子デバイス（２０）が、前記受信ユニットが受信した波の関数である少なくとも一つの値を決定する監視モジュール（２１ａ）を備え、前記電子デバイス（２０）が、前記値の関数であるデータを前記整形デバイスに送信することを特徴とするシステム。
27. 前記値が、前記受信ユニット（２２）が受信した波の振幅、パワーレベル、及び品質指数から選択される、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記データが前記値を有する、請求項２６又は２７に記載のシステム。
29. 前記処理ユニット（２１）が、パラメータを決定するように前記値を最大化又は最少化する最適化モジュール（２１ｂ）を備え、前記パラメータが前記データとして送信される、請求項２６又は２７に記載のシステム。