JP2017535231A - 誘導表面波電力供給検知装置 - Google Patents

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Abstract

誘導表面波受信構造、物理的パラメータのセンサ、および無線周波数送信機を含む検知装置が開示されている。誘導表面波受信構造は、陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波から電気エネルギを取得するように構成されることができる。物理的パラメータセンサは、誘導表面波受信構造に結合されることができる。物理的パラメータセンサはまた、物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定することができる。無線周波数送信機は、誘導表面波受信構造に結合され、物理的パラメータセンサに通信可能に結合されている。無線周波数送信機はまた、物理的パラメータ測定値を取得し、無線ネットワークを介して物理的パラメータ測定値を送信することができる。

Description

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２０１４年９月１１日に出願された「誘導表面波電力供給装置」とタイトルが付された同時係属中の米国仮特許出願第６２／０４９，１６９号の利益およびそれらの優先権を主張し、その全体が参照することによって本願明細書に組み込まれる。
本特許出願は、２０１５年９月８日に出願された「誘導表面波電力供給検知装置」とタイトルが付された同時係属中の米国特許出願第１４／８４７，８２１号の利益およびそれらの優先権を主張し、その全体が参照することによって本願明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１３年３月７日に出願され、出願番号第１３／７８９，５３８号が付され、米国特許出願公開第２０１４／０２５２８８６号として２０１４年９月１１日に公開された、「Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｍｏｄｅｓ ｏｎ Ｌｏｓｓｙ Ｍｅｄｉａ」と題された同時係属中の米国非仮特許出願に関する。この文献は、その全体を、参照により本明細書に組み込む。本出願は、２０１３年３月７日に出願され、出願番号第１３／７８９，５２５号が付され、米国特許出願公開第２０１４／０２５２８６５号として２０１４年９月１１日に公開された、「Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｍｏｄｅｓ ｏｎ Ｌｏｓｓｙ Ｍｅｄｉａ」と題された同時係属中の米国非仮特許出願にも関する。この文献は、その全体を、参照により本明細書に組み込む。本出願はさらに、２０１４年９月１０日に出願され、出願番号第１４／４８３，０８９号が付された、「Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｍｏｄｅｓ ｏｎ Ｌｏｓｓｙ Ｍｅｄｉａ」と題された同時係属中の米国非仮特許出願に関する。この文献は、その全体を、参照により本明細書に組み込む。本出願はさらに、２０１５年６月２日に出願され、出願番号第１４／７２８，５０７号が付された、「Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ」と題された同時係属中の米国非仮特許出願に関する。この文献は、その全体を、参照により本明細書に組み込む。本出願はさらに、２０１５年６月２日に出願され、出願番号第１４／７２８，４９２号が付された、「Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ」と題された同時係属中の米国非仮特許出願に関する。この文献は、その全体を、参照により本明細書に組み込む。
我々の周囲の世界に関連する様々な特性は、常に検知装置によって測定される。天候の多くの特性は連続的に測定され、天候は、これらの知見に基づいて予測される。海波および流れの測定は、差し迫った問題の船に警告するために使用されることができる。氷河または火山の経時的な動きは、センサによって測定されることができる。
しかしながら、特に検知装置が電源の近くにない場合には、これらの検知装置に電力を供給することが困難である。電力が容易に利用可能であっても、検知装置までおよぶ電線は、測定の完全性に悪影響を与えることがある。さらに、バッテリを使用して検知装置に電力を供給する場合、バッテリの寿命を延ばすために機能が厳しく制限されることがある。例えば、リアルタイムビデオの撮像は、バッテリ駆動の検知装置を使用して実用的でないことがある。
本開示の実施形態は、誘導表面波を使用する電源装置および検知装置に関する。様々な実施形態によれば、陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波から電気エネルギを取得するように構成された誘導表面波受信構造を備える装置が提供される。誘導表面波受信構造に結合された物理的パラメータセンサは、物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定するように構成されている。無線周波数送信機は、誘導表面波受信構造に結合され、物理的パラメータセンサに通信可能に結合され、無線周波数送信機は、物理的パラメータ測定値を取得し、無線ネットワークを介して物理的パラメータ測定値を送信するように構成されている。
様々な実施形態によれば、物理的パラメータセンサおよび無線周波数送信機は、誘導表面波を生成する誘導表面導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験される。
様々な実施形態によれば、本願明細書に記載された誘導表面波受信構造は、損失性導電性媒体にわたって隆起した帯電端子と、帯電端子と損失性導電性媒体との間に結合された受信機ネットワークとを備えることができ、受信機ネットワークは、誘導表面波と関連付けられたウェーブチルト角（Ψ）に整合する位相遅れ（Φ）を有し、ウェーブチルト角（Ψ）は、受信構造の近傍における損失性導電性媒体の特性に少なくとも部分的に基づいている。
様々な実施形態によれば、本願明細書に記載された誘導表面波受信構造は、磁気コイル、線形プローブ、または同調共振器のうちの少なくとも１つを備えることができる。
様々な実施形態において、コンピューティング装置は、誘導表面波受信構造に通信可能に結合され、物理的パラメータセンサおよび無線周波数送信機に接続されている。コンピューティング装置は、物理的パラメータセンサから物理的パラメータ測定値を取得し、物理的パラメータ測定値を含むメッセージを形成し、無線周波数送信機を介してメッセージを送信するように構成されている。様々な実施形態によれば、本願明細書に記載されたコンピューティング装置は、誘導表面波を生成する誘導導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験される。
様々な実施形態によれば、本願明細書に記載された物理的パラメータセンサは、光、温度、水分、降雨量、降雪量、雨の存在、雪の存在、湿度、風速、風向、雲の高さ、波の高さ、心拍数、血圧、場所、または物質の存在のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている。
様々な実施形態によれば、誘導表面波受信構造に電源回路が結合されており、電源回路は、電力整流器と、コンデンサとを備える。
様々な実施形態によれば、誘導表面波受信構造に電源回路が結合されており、電源回路は、バッテリを備える。
様々な実施形態によれば、陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波を送信するように構成された誘導表面導波路プローブが提供される。誘導表面波受信構造を備える検知装置は電気的負荷に結合され、誘導表面波受信構造は、誘導表面波から電気エネルギを取得するように構成されており、電気的負荷は、誘導表面波を生成する誘導導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験される。様々な実施形態によれば、電気的負荷は、物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定するように構成された物理的パラメータセンサと、物理的パラメータセンサに通信可能に結合され、無線ネットワークを介して物理的パラメータ測定値を送信するように構成された無線周波数送信機とを備える。
様々な実施形態によれば、電気的負荷の実施形態は、さらに、物理的パラメータセンサおよび無線周波数送信機に通信可能に結合されたコンピューティング装置を備え、コンピューティング装置は、物理的パラメータセンサから物理的パラメータ測定値を取得し、物理的パラメータ測定値を含むメッセージを形成し、無線周波数送信機にメッセージを送信させるように構成されている。
様々な実施形態によれば、本願明細書に記載された物理的パラメータセンサは、さらに、光、温度、水分、降雨量、降雪量、雨の存在、雪の存在、湿度、風速、風向、雲の高さ、波の高さ、心拍数、血圧、場所、または物質の存在のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている。
様々な実施形態によれば、誘導表面導波路プローブは、損失性導電性媒体の入射の複素ブルースター角（θｉ，Ｂ）において入射波面を合成する少なくとも１つの結果として得られる場を生成するように構成された損失性導電性媒体上に隆起した帯電端子を備えることができる。様々な実施形態によれば、帯電端子は、複数の帯電端子のうちの１つを備えることができる。
様々な実施形態によれば、誘導表面導波路プローブの帯電端子に給電ネットワークが電気的に結合されており、給電ネットワークは、誘導表面導波路プローブの近傍の損失性導電性媒体と関連付けられた入射の複素ブルースター角（θｉ，Ｂ）と関連付けられたウェーブチルト角（Ψ）に整合する位相遅れ（Φ）を提供する。
様々な実施形態によれば、誘導表面波受信構造を使用して誘導表面波として電気エネルギを受信するステップと、誘導表面波受信構造に結合された電気的負荷に電気エネルギを供給するステップであって、電気的負荷が位置三角測量回路および無線周波数送信機を備え、位置三角測量回路が無線周波数送信機に通信可能に結合されるステップと、少なくとも３つのソースから位置三角測量回路において複数の無線送信を受信するステップと、複数の無線送信の少なくとも一部に基づいて位置三角測量回路における位置装置の位置を判定するステップとを備える方法が提供される。
様々な実施形態によれば、本方法は、さらに、無線周波数送信機または誘導表面波受信構造のうちの少なくとも１つを介して位置を送信することを備える。様々な実施形態において、少なくとも３つのソースのいずれかは、ＧＰＳ衛星または位置ＲＦ送信機のうちの少なくとも１つを備える。
様々な実施形態によれば、本方法は、さらに、インターネット接続を介して遠隔サーバから少なくとも３つのソースの軌道情報を受信するステップと、少なくとも３つのソースの軌道情報に部分的に基づいて位置装置の位置の識別を初期化するステップとを備える。
様々な実施形態によれば、軌道情報は、暦データ、基準位置データ、および少なくとも１つの基準時間を備える。
本開示の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することによって当業者にとって明らかであるかまたは明らかになるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴および利点の全ては、本詳細な説明内に含まれ、本開示の範囲内であり、添付した特許請求の範囲によって保護されるように意図される。
さらに、記載された実施形態の全ての所望の好ましい特徴および変更は、本願明細書において教示された開示の全ての態様において使用可能である。さらにまた、従属請求項の個々の特徴、ならびに記載された実施形態の全ての所望のおよび好ましい特徴および変更は、互いに組み合わせ可能であり、また、相互交換可能である。
誘導電磁場および放射電磁場に関する、距離の関数としての場の強度を示すチャートである。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面波の伝達のために採用された２つの領域を有する伝播界面を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図２の伝播界面に関して配置された誘導表面導波路プローブを示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、一次ハンケル関数の近傍漸近線および遠方漸近線の大きさの例のプロットを示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって合成された電場の複素入射角を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって合成された電場の複素入射角を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図５Ａの電場がブルースター角で損失性導電性媒体と交差する位置に対する帯電端子の高さの影響を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る誘導表面導波路プローブの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図３および図７の誘導表面導波路プローブの、等価の像平面モデルの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図３および図７の誘導表面導波路プローブの、等価の像平面モデルの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図３および図７の誘導表面導波路プローブの、等価の像平面モデルの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図８Ｂの誘導表面導波路プローブの、等価の像平面モデルの、単一ワイヤの伝達線および基本的な伝達線のモデルの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図８Ｃの誘導表面導波路プローブの、等価の像平面モデルの、単一ワイヤの伝達線および基本的な伝達線のモデルの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、損失性導電性媒体の表面に沿って誘導表面波を発するための、図３および７の誘導表面導波路プローブの調整の例を示すフローチャートである。 本開示の様々な実施形態に係る、図３および７の誘導表面導波路プローブの、ウェーブチルトの角度と位相遅れとの間の関係の例を示すプロットである。 本開示の様々な実施形態に係る誘導表面導波路プローブの例を示す図である。 本開示の様々な実施形態において、誘導表面導波モードを整合させるために、合成された電場が、ハンケル交差距離において複素ブルースター角で入射する様子を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図１２の誘導表面導波路プローブの例を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る誘導表面導波路プローブの、帯電端子Ｔ１の位相遅れ（ΦＵ）の虚数部分と実数部分との例のプロットを含む図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図１４の誘導表面導波路プローブの概略図である。 本開示の様々な実施形態に係る誘導表面導波路プローブの例を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、図１６の誘導表面導波路プローブの例を線図で示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって発せられた誘導表面波の形式で伝達されたエネルギを受信するために採用され得る受信構造の例を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって発せられた誘導表面波の形式で伝達されたエネルギを受信するために採用され得る受信構造の例を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって発せられた誘導表面波の形式で伝達されたエネルギを受信するために採用され得る受信構造の例を示す図である。 本開示の様々な実施形態に係る、受信構造の調整の例を示すフローチャートである。 本開示の様々な実施形態に係る、誘導表面導波路プローブによって発せられた誘導表面波の形式で伝達されたエネルギを受信するために採用され得る追加の受信構造の例を示す図である。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な概略図の例を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な概略図の例を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な概略図の例を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な概略図の例を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な概略図の例を示している。 本開示の様々な実施形態にかかるネットワーク環境の例示である。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な誘導表面波電力供給装置を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な誘導表面波電力供給装置を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な誘導表面波電力供給装置を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な誘導表面波電力供給装置を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な誘導表面波電力供給装置を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる検知装置の例示である。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な検知環境を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な検知環境を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる様々な検知環境を示している。 本開示の様々な実施形態にかかる図２１のコンピューティング環境において実行されるオペレーションアプリケーションの一部として実装される機能の１つの例を示すフローチャートである。 本開示の様々な実施形態にかかる図２１のコンピューティング環境において実行されるオペレーションアプリケーションの一部として実装される機能の１つの例を示すフローチャートである。 本開示の様々な実施形態にかかる図２１のコンピューティング環境において実行されるオペレーションアプリケーションの一部として実装される機能の１つの例を示すフローチャートである。 本開示の様々な実施形態にかかる図２１のネットワーク環境において使用されるコンピューティング環境の１つの例示を提供する概略ブロック図である。
初めに、以下に続く概念の説明を明確にするために、いくつかの用語を定義する。第１に、本明細書で意図するように、放射（ｒａｄｉａｔｅｄ）電磁場と誘導（ｇｕｉｄｅｄ）電磁場とを明確に区別する。
本明細書で意図するように、放射電磁場には、導波路に束縛されていない波の形式で発生源構造から発せられた電磁エネルギが含まれている。たとえば、放射電磁場は概して、アンテナなどの電気的構造を離れ、大気または他の媒体を通って伝播し、いずれの導波路構造にも束縛されない場である。放射電磁波がアンテナなどの電気的構造を離れると、電磁波は、発生源が動作し続けているかに関わらず、その発生源とは独立して、電磁波が消散するまで伝播媒体（空気など）内を伝播し続ける。電磁波は、一旦放射されると遮断されない限り復元不可能であり、放射電磁波に固有のエネルギは遮断されない場合に永遠に失われる。アンテナなどの電気的構造は、構造損失抵抗に対する放射抵抗の比を最大化することにより、電磁場を放射するように設計されている。放射エネルギは空間に広がり、受信機が存在するかに関わらず、失われる。放射場のエネルギ密度は、幾何学的広がりに起因する距離の関数である。したがって、本明細書において使用されるすべての形式の「放射（ｒａｄｉａｔｅ）」との用語は、この形式の電磁気伝播に関する。
誘導電磁場は、異なる電磁的特性を有する媒体間の境界内または境界付近でそのエネルギが凝縮された伝播電磁波である。この意味で、誘導電磁場は、導波路に束縛された電磁場であり、導波路を流れる電流によって搬送されるものとして特徴付けられてもよい。誘導電磁波において搬送されたエネルギを受信および／または消散する負荷がない場合、誘導媒体の導電性により消散されたエネルギを除き、エネルギは失われない。別の言い方をすると、誘導電磁波に対して負荷がない場合、エネルギは消費されない。したがって、誘導電磁場を生成する生成器または他の発生源は、負荷抵抗が存在しない限り、実際の力を送ることはない。このため、そのような生成器または他の発生源は基本的に、負荷が与えられるまでアイドリング状態で動作する。このことは、電気的負荷が存在しない電力線にわたって伝達される６０ヘルツの電磁波を発生する生成器を動作させることと同質である。誘導電磁場または誘導電磁波は、「伝達線モード」と呼ばれるものに等しいことに留意されたい。このことは、放射波を発生させるために実際の電力がすべての時点で供給される放射電磁波と相違する。放射電磁波とは異なり、誘導電磁エネルギは、エネルギ源を停止した後に、有限の長さの導波路に沿って伝播し続けることはない。したがって、本明細書において使用されるすべての形式の「誘導（ｇｕｉｄｅ）」との用語は、この形式の電磁気伝播に関する。
ここで図１を参照すると、放射電磁場と誘導電磁場との間の差異をさらに示すために、ボルト／メートルでの任意の基準を超えるデシベル（ｄＢ）での場の強度が、対数−ｄＢのプロット上のキロメートル単位での距離の関数としてグラフ１００に示されている。図１のグラフ１００は、誘導電磁場の場の強度を距離の関数として示す、誘導場の強度曲線１０３を示している。この誘導場の強度曲線１０３は基本的に、伝達線モードと同じである。図１のグラフ１００は、放射電磁場の場の強度を距離の関数として示す、放射場の強度曲線１０６も示している。
誘導波と放射の伝播にそれぞれ対応する曲線１０３と１０６との形状が重要である。放射場の強度曲線１０６は、幾何学的に減少しており（１／ｄ、ここで、ｄは距離である）、このことは、対数−対数スケール上に直線で示されている。一方、誘導場の強度曲線１０３は、ｅ−αｄ／√ｄの特徴的な指数関数的減衰を有し、対数−対数スケール上で特有の屈曲部１０９を示している。誘導場の強度曲線１０３と放射場の強度曲線１０６とは、点１１２で交差している。この交差は、交差距離において生じる。交差点１１２における交差距離より短い距離においては、誘導電磁場の場の強度がほとんどの位置において放射電磁場の場の強度よりも著しく大きい。交差距離よりも長い距離においては、これとは反対になる。したがって、誘導場の強度曲線１０３と放射場の強度曲線１０６とはさらに、誘導電磁場と放射電磁場との間の根本的な伝播の差異を示している。誘導電磁場と放射電磁場との間の差異の簡単な説明については、Ｍｉｌｌｉｇａｎ，Ｔ．，Ｍｏｄｅｒｎ Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｅｓｉｇｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１ｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ，１９８５，ｐｐ．８−９を参照し、その全体を参照により本明細書に組み込む。
上述の、放射電磁波と誘導電磁波との間の差異は、容易に定式化して厳密な議論に基づかせることが可能である。同一の線形偏微分方程式、即ち、波動方程式から、２つの一般解が問題に課される境界条件から解析的に導かれる。波動方程式に関するグリーン関数は、それ自体が、放射波の性質と誘導波の性質との間の差異を含んでいる。
空の空間において、波動方程式は、その固有関数が、複素波数平面上で固有値の連続スペクトルを有する、微分演算子である。この横電磁場（ＴＥＭ場）は、放射場と呼ばれ、その伝播場は「ヘルツ波」と呼ばれる。しかし、導電性の境界が存在する場合、波動方程式と境界条件とを合わせると、数学的に、連続スペクトルと離散スペクトルとが合わさって構成された波数のスペクトル表現に繋がる。このため、Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ，Ａ．，「Ｕｂｅｒ ｄｉｅ Ａｕｓｂｒｅｉｔｕｎｇ ｄｅｒ Ｗｅｌｌｅｎ ｉｎ ｄｅｒ Ｄｒａｈｔｌｏｓｅｎ Ｔｅｌｅｇｒａｐｈｉｅ」，Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｐｈｙｓｉｋ，Ｖｏｌ．２８，１９０９，ｐｐ．６６５−７３６を参照する。Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ − Ｌｅｃｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌｕｍｅ ＶＩ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９４９，ｐｐ．２３６−２８９，２９５−２９６のＣｈａｐｔｅｒ ６に発表されたＳｏｍｍｅｒｆｅｌｄ，Ａ．「Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ Ｒａｄｉｏ」、Ｃｏｌｌｉｎ，Ｒ．Ｅ．，「Ｈｅｒｔｚｉａｎ Ｄｉｐｏｌｅ Ｒａｄｉａｔｉｎｇ Ｏｖｅｒ ａ Ｌｏｓｓｙ Ｅａｒｔｈ ｏｒ Ｓｅａ：Ｓｏｍｅ Ｅａｒｌｙ ａｎｄ Ｌａｔｅ ２０ｔｈ Ｃｅｎｔｕｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｉｅｓ」，ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．２，Ａｐｒｉｌ ２００４，ｐｐ．６４−７９、ならびに、Ｒｅｉｃｈ，Ｈ．Ｊ．，Ｏｒｄｎｕｎｇ，Ｐ．Ｆ，Ｋｒａｕｓｓ，Ｈ．Ｌ．，およびＳｋａｌｎｉｋ，Ｊ．Ｇ．，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ，１９５３，ｐｐ．２９１−２９３をも参照されたい。これら参考文献の各々は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
「地上波」との用語と、「表面波」との用語とは、２つの明確に異なる物理的伝播現象を示す。表面波は、平面波スペクトルの離散成分を生じる特定の極から解析的に生じる。たとえば、Ｃｕｌｌｅｎ，Ａ．Ｌ．による「Ｔｈｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｎｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥ （Ｂｒｉｔｉｓｈ），Ｖｏｌ．１０１，Ｐａｒｔ ＩＶ，Ａｕｇｕｓｔ １９５４，ｐｐ．２２５−２３５）を参照されたい。この文脈では、表面波は誘導表面波であると考えられている。表面波（Ｚｅｎｎｅｃｋ−Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄの誘導波の意味）は、物理的かつ数学的に、（無線放送においてよく知られる）地上波（Ｗｅｙｌ−Ｎｏｒｔｏｎ−ＦＣＣの意味）と同じものではない。これら２つの伝播メカニズムは、複素平面上における固有値スペクトルの異なるタイプ（連続または離散）の励起から生じる。誘導表面波の場の強度は、図１の曲線１０３によって示すように、距離とともに指数関数的に減衰する（これは、損失性導波路内の伝播に類似している）。また、球状に伝播し、固有値の連続値を有し、図１の曲線１０６によって示すように幾何学的に減少し、分枝切断積分に起因する、地上波の古典的なヘルツ放射とは対照的に、径方向の伝達線の伝播を示している。「Ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ ｉｎ Ｒａｄｉｏ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｐｌａｎｅ Ｅａｒｔｈ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＲＥ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ，１９３７，ｐｐ．２１９−２２９）および「Ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ ｉｎ Ｒａｄｉｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」 （Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｒｅｃｏｒｄ，Ｖｏｌ．１５，Ｊｕｎｅ １９３７，ｐｐ．３２１−３２４）においてＣ．Ｒ．Ｂｕｒｒｏｗｓにより試験的に示されたように、垂直アンテナは、地上波を放射するが、誘導表面波は発しない。
上述のことをまとめると、第１に、分枝切断積分に対応する、波数固有値スペクトルの連続部分は、放射場を生成し、第２に、離散スペクトル、および、これに対応する積分路によって囲まれた極から生じる留数の和が、伝播方向と横断する方向において指数関数的に減衰する、非ＴＥＭの進行表面波を生成する。そのような表面波は、誘導伝達線モードである。さらなる説明のために、Ｆｒｉｅｄｍａｎ，Ｂ．，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｗｉｌｅｙ，１９５６，ｐｐ．ｐｐ．２１４，２８３−２８６，２９０，２９８−３００を参照する。
自由空間では、アンテナは、放射場である、波動方程式の連続固有値を励起し、ここでは、ＥｚおよびＨφが同相で外側に伝播するＲＦエネルギは、永遠に失われる。一方、導波路プローブは、離散固有値を励起し、伝達線伝播を生じる。Ｃｏｌｌｉｎ，Ｒ．Ｅ．，ＦｉｅｌｄＴｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗａｖｅｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９６０，ｐｐ．４５３，４７４−４７７を参照されたい。そのような理論上の分析により、損失性均質媒体の平面または球面にわたって、開表面誘導波を発生する可能性を示す仮説が提供されてきたが、一世紀を超える間、これを実際に達成するための構造は工学の分野において知られていない。不幸にも、１９００年代前半にこのことが明らかになってからは、上に説明した理論分析は、基本的に理論の範囲に留まり、損失性一様媒体の平面または球面にわたって開表面誘導波を生成することを実際に達成するための構造は知られていない。
本開示の様々な実施形態によれば、損失性導電性媒体の表面に沿って誘導表面導波モードに結合した電場を励起するように構成された様々な誘導表面導波路プローブが記載されている。そのような誘導電磁場は、大きさおよび位相が損失性導電性媒体の表面上の誘導表面波モードに、実質的にモード整合している。そのような誘導表面波モードは、Ｚｅｎｎｅｃｋ導波モードとも呼ばれる。本明細書に記載の誘導表面導波路プローブによって励起された結果として得られる場が、損失性導電性媒体の表面上の誘導表面導波モードに、実質的にモード整合しているという事実により、誘導表面波の形態の誘導電磁場は、損失性導電性媒体の表面に沿って発せられる。一実施形態によれば、損失性導電性媒体は、地球などの陸上媒体を含んでいる。
図２を参照すると、Ｊｏｎａｔｈａｎ Ｚｅｎｎｅｃｋの文献のＺｅｎｎｅｃｋ，Ｊ．，「Ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｖｅｓ Ａｌｏｎｇ ａ Ｆｌａｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｇｒａｐｈｙ」，Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｐｈｙｓｉｋ，Ｓｅｒｉａｌ ４，Ｖｏｌ．２３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０，１９０７，ｐｐ．８４６−８６６に説明されているように、１９０７年にＪｏｎａｔｈａｎ Ｚｅｎｎｅｃｋにより示されたマクスウェル方程式に対する境界値解を検討する際の伝播界面が示されている。図２は、領域１として特定された損失性導電性媒体と、領域２として特定された絶縁体との間の界面に沿って径方向に伝播する波のための円筒座標を示している。領域１は、たとえば、任意の損失性導電性媒体を含み得る。一実施例では、そのような損失性導電性媒体は、地球または他の媒体などの陸上媒体を含み得る。領域２は、領域１と境界面を共有し、領域１とは異なる構成パラメータを有する第２の媒体である。領域２は、たとえば、大気または他の媒体などの任意の絶縁体を含み得る。そのような境界面の反射係数は、たとえば、複素ブルースター角における入射に関してのみゼロになる。Ｓｔｒａｔｔｏｎ，Ｊ．Ａ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｈｅｏｒｙ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９４１，ｐ．５１６を参照されたい。
様々な実施形態によれば、本開示は、領域１を含む損失性導電性媒体の表面上の誘導表面導波モードに実質的にモード整合した電磁場を生成する様々な誘導表面導波路プローブを示す。様々な実施形態によれば、そのような電磁場は、反射がゼロになり得る、損失性導電性媒体の複素ブルースター角における波面入射を実質的に合成する。
さらなる説明のために、ｅｊωｔの場の変動を推定し、ρ≠０かつｚ≧０（ｚは、領域１の表面に対して直角な垂直座標、ρは、円筒座標における径方向の寸法である）である領域２では、界面に沿う境界条件を満たすマクスウェル方程式の、Ｚｅｎｎｅｃｋによる閉形式の厳密な解が、以下の電場要素と磁界要素によって表される。
ｅｊωｔの場の変動を推定し、ρ≠０かつｚ≧０である領域１では、界面に沿う境界条件を満たすマクスウェル方程式の、Ｚｅｎｎｅｃｋによる閉じた形式の厳密な解が、以下の電場要素と磁界要素によって表される。
これらの数式表現において、ｚは、領域１の表面に対して直角な垂直座標であり、ρは径方向座標であり、Ｈｎ （２）（−ｊγρ）は、第２種および次数ｎの複素引数のハンケル関数であり、ｕ１は、領域１における正の垂直（ｚ）方向の伝播定数であり、ｕ２は、領域２における垂直（ｚ）方向の伝播定数であり、σ１は領域１の導電性であり、ωは２πｆに等しく、ここで、ｆは励起周波数であり、ε０は自由空間の誘電率であり、ε１は領域１の誘電率であり、Ａは、供給源によって課される供給源定数であり、γは表面波の径方向伝播定数である。
±ｚ方向の伝播定数は、領域１と領域２との間の界面の上と下とで、波動方程式を分離し、境界条件を課すことによって特定される。これを行うと、領域２において
この式は、ｎが、以下の式で与えられる複素屈折率である、複素数表現である。
ここで、εｒは、領域１の相対誘電率を含んでおり、σ１は領域１の導電性であり、ε０は自由空間の誘電率であり、μ０は自由空間の透磁性を含んでいる。したがって、発生した表面波は、界面に平行に伝播し、界面に垂直に、指数関数的に減衰する。このことは、消散として知られている。
したがって、方程式（１）〜（３）は、円筒状に対称であり、径方向に伝播する導波モードであると見なすことができる。Ｂａｒｌｏｗ，Ｈ．Ｍ．，およびＢｒｏｗｎ，Ｊ．，Ｒａｄｉｏ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９６２，ｐｐ．１０−１２，２９−３３を参照されたい。本開示は、この「開境界」導波モードを励起する構造を詳述する。具体的には、様々な実施形態によれば、誘導表面導波路プローブには、電圧および／または電流が供給され、領域２と領域１との間の境界面に関して配置された、適切なサイズの帯電端子が設けられている。このことは、図３を参照することにより、よりよく理解されるであろう。図３は、損失性導電性媒体２０３によって与えられた平面に対して直角である垂直軸ｚに沿って、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地球）上に位置を上げて配置された帯電端子Ｔ１を含む誘導表面導波路プローブ２００ａの例を示している。損失性導電性媒体２０３は領域１を形成しており、第２の媒体２０６は領域２を形成し、境界面を損失性導電性媒体２０３と共有している。
一実施形態によれば、損失性導電性媒体２０３は、惑星である地球などの陸上媒体を含み得る。このために、そのような陸上媒体は、自然のものであるか人工のものであるかに関わらず、その上に含まれるすべての構造または構成を含んでいる。たとえば、そのような陸上媒体は、我々の惑星を形成する、岩、土、砂、淡水、海水、木、植物などの自然の要素、および他のすべての自然の要素を含み得る。さらに、そのような陸上媒体は、コンクリート、アスファルト、建築材料、および他の人工の材料などの人工の要素を含み得る。他の実施形態では、損失性導電性媒体２０３は、自然に発生するか人工であるかに関わらず、地球とは別のいくつかの媒体を含み得る。他の実施形態では、損失性導電性媒体２０３は、自動車、航空機、人工材料（合板、プラスチックシート、もしくは他の材料など）、または他の媒体などの、人工の表面および構造などの他の媒体を含み得る。
損失性導電性媒体２０３が陸上媒体または地球を含んでいる場合では、第２の媒体２０６は、地上の大気を含み得る。そのように、大気は、地球の大気を形成する空気および他の要素を含む「大気媒体」と呼ばれ得る。さらに、第２の媒体２０６は、損失性導電性媒体２０３に関係する他の媒体を含み得ることが可能である。
誘導表面導波路プローブ２００ａは、励起源２１２を帯電端子Ｔ１に、たとえば垂直供給線導体を介して結合する給電ネットワーク２０９を含んでいる。様々な実施形態によれば、電荷Ｑ１が帯電端子Ｔ１に印加されて、特定の瞬間に端子Ｔ１に印加された電圧に基づき、電場を合成する。電場（Ｅ）の入射角（θｉ）に応じて、電場を、領域１を含む損失性導電性媒体２０３の表面上の誘導表面導波モードに実質的にモード整合させることが可能である。
方程式（１）〜（６）の、Ｚｅｎｎｅｃｋの閉じた形態の解を考慮することにより、領域１と領域２との間のＬｅｏｎｔｏｖｉｃｈインピーダンスの境界条件を以下のように示すことができる。
方程式（１３）は、方程式（１）〜（３）に特定された電場および磁界が、境界面に沿っての径方向表面電流密度になる場合があることを示している。ここで、径方向表面電流密度は、以下の式によって特定することができる。
さらに、誘導表面導波路プローブ２００（ρ＜＜λに関する）の近傍では、上の方程式（１４）が以下のような振る舞いを示すことに留意されたい。
マイナス記号は、電源電流（Ｉ０）が、図３に示すように、垂直方向に上方に流れる場合、「近傍の（ｃｌｏｓｅ−ｉｎ）」接地電流が径方向内側に流れることを意味している。Ｈφの「近傍」に整合する場により、以下を導出することができる。
ここで、方程式（１）〜（６）および（１４）において、ｑ１＝Ｃ１Ｖ１である。したがって、方程式（１４）の径方向表面電流密度は、以下のように言い換えることができる。
方程式（１）〜（６）および（１７）によって表される場は、地上波の伝播に関連付けられた放射場ではなく、損失性界面に束縛された伝達線モードの性質を有している。Ｂａｒｌｏｗ，Ｈ．Ｍ．，およびＢｒｏｗｎ，Ｊ．，Ｒａｄｉｏ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９６２，ｐｐ．１−５を参照されたい。
ここで、方程式（１）〜（６）および（１７）に使用されたハンケル関数の性質の再検討をこれら波動方程式の解について行う。第１種および第２種、ならびに次数ｎのハンケル関数が、第１種および第２種の標準ベッセル関数の複素数結合として規定されることが分かる。
これら関数は、径方向内側に伝播する円筒状の波（Ｈｎ （１））と、径方向外側に伝播する円筒状の波（Ｈｎ （２））とをそれぞれ示している。この規定は、ｅ±ｊｘ＝ｃｏｓｘ±ｊｓｉｎｘの関係に相似している。たとえば、Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ，Ｒ．Ｆ．，Ｔｉｍｅ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｆｉｅｌｄｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９６１，ｐｐ．４６０−４６３を参照されたい。
Ｈｎ （２）（ｋρρ）が外に向かう波であることは、その独立変数を大きくした場合にＪｎ（ｘ）およびＮｎ（ｘ）の級数定義から直接得られる漸近挙動から確認できる。誘導表面導波路プローブの遠方において、
この式は、ｅｊωｔで乗算すると、空間的変位を１／√ρとしたｅｊ（ωｔ−ｋρ）の形式の、外側に伝播する円筒状の波である。一次解（ｎ＝１）は、方程式（２０ａ）から導びかれ、以下の式を得る。
誘導表面導波路プローブ（ρ＜＜λに関する）の近傍では、第２種の１次ハンケル関数が以下のように振る舞う。
これら漸近的表現は複素数であることに留意されたい。ｘが実数である場合、方程式（２０ｂ）および（２１）は、位相が、４５度、または等価的にはλ／８の、余分な位相進行または「位相の増大（ｐｈａｓｅ ｂｏｏｓｔ）」に対応する√ｊだけ異なる。第２種の一次ハンケル関数の近傍または遠方漸近線は、距離ρ＝Ｒｘにおいて大きさが等しくなるハンケル「交差点」または遷移点を有している。
したがって、ハンケル交差点を超えると、ハンケル関数の「遠方」表現が「近傍」表現を圧倒している。ハンケル交差点までの距離（すなわち、ハンケル交差距離）は、方程式（２０ｂ）および（２１）を、−ｊγρにおいて等式で結び、これをＲｘについて解くことにより得ることができる。ｘ＝σ／ωε０では、遠方および近傍のハンケル関数漸近線が周波数に依存しており、ハンケル交差点が、周波数が低下するに従い、外側に移動することを見て取ることができる。ハンケル関数の漸近線は、損失性導電性媒体の導電性（σ）が変化するのに応じても変化する場合があることにも留意されたい。たとえば、土の導電性は、天候条件の変化に応じて変化し得る。
図４を参照すると、動作周波数１８５０ｋＨｚにおける、導電性σ＝０．０１０ｍｈｏｓ／ｍ、相対誘電率εｒ＝１５の領域１に関する、方程式（２０ｂ）および（２１）の一次ハンケル関数の大きさのプロットの例が示されている。曲線１１５は、方程式（２０ｂ）の遠方の漸近線の大きさであり、曲線１１８は、方程式（２１）の近傍の漸近線の大きさである。ハンケル交差点１２１は、Ｒｘ＝５４フィートの距離で生じている。大きさが等しい一方、ハンケル交差点１２１において、２つの漸近線間に位相のオフセットが存在している。ハンケル交差距離が、動作周波数の波長よりかなり小さいことも見て取ることができる。
領域２におけるＺｅｎｎｅｃｋの閉形式の解の、方程式（２）および（３）によって与えられた電場成分を考慮すると、ＥｚとＥρとの比は漸近的に、以下のようになることを見て取ることができる。
ここで、ｎは方程式（１０）の複素屈折率であり、θｉは電場の入射角である。さらに、方程式（３）のモード整合電場の垂直成分は、漸近的に以下のようになる。
この式は、端子の電圧における、上昇した帯電端子の静電容量の絶縁された要素の自由電荷に線形的に比例している。すなわち、ｑｆｒｅｅ＝Ｃｆｒｅｅ×ＶＴである。
たとえば、図３の位置を上げて配置した帯電端子Ｔ１の高さＨ１は、帯電端子Ｔ１の自由電荷の量に影響する。帯電端子Ｔ１が領域１の地面に近い場合、端子上の電荷Ｑ１の多くは、「拘束」されている。帯電端子Ｔ１が位置を上げて配置されているため、拘束された電荷は、帯電端子Ｔ１が、絶縁された電荷のほぼすべてが自由になる高さに達するまで低減される。
帯電端子Ｔ１のための静電容量の高さが増大することの利点は、位置を上げて配置した帯電端子Ｔ１の電荷が地面からさらに除去され、自由電荷ｑｆｒｅｅの量が増大して、エネルギを誘導表面導波モードに結合することになることである。帯電端子Ｔ１が地面から離れるように移動するにつれて、電荷の分布は、端子の表面の周りにより一様に分布されるようになる。自由電荷の量は、帯電端子Ｔ１の自己容量に関連する。
たとえば、球状端子の静電容量は、地面上の物理的高さの関数として表すことができる。完全な地面の上の物理的高さｈにおける球の静電容量は、以下により与えられる。
ここで、球の直径は２ａであり、また、Ｍ＝ａ／２ｈであり、ｈは球状端子の高さである。端子の高さｈの増大により、帯電端子の静電容量Ｃが低減されることを見て取ることができる。直径の約４倍（４Ｄ＝８ａ）以上の高さに帯電端子Ｔ１を配置することにより、球状端子の周りで電荷の分布はほぼ一様となり、これにより、誘導表面導波モードへの結合が向上され得ることが示され得る。
十分に絶縁された端子の場合では、導電性の球の自己容量は、Ｃ＝４πε０ａによって近似することができる。ここで、ａはメートル単位での球の半径である。ディスクの自己容量は、Ｃ＝８ε０ａによって近似することができる。ここで、ａは、メートル単位でのディスクの半径である。帯電端子Ｔ１は、球、ディスク、円筒、円錐、トーラス、フード、１つまたは複数のリング、または、任意の他の無作為に選ばれた形状または形状の組合せなどの任意の形状を含むことができる。帯電端子Ｔ１の位置決めのために同等の球の直径を特定して、これを使用することができる。
このことは、図３の例を参照してさらに理解することができる。ここで、帯電端子Ｔ１は、損失性導電性媒体２０３上のｈｐ＝Ｈ１の物理的高さに配置されている。「拘束された」電荷の影響を低減するために、帯電端子Ｔ１は、帯電端子Ｔ１の球の直径（または同等の球の直径）の少なくとも４倍の物理的高さに配置されて、拘束された電荷の影響を低減することができる。
次に図５Ａを参照すると、図３の帯電端子Ｔ１上の高められた電荷Ｑ１によって生成された電場の光線光学的解釈が示されている。光学系のように、入射電場の反射を最小化することにより、損失性導電性媒体２０３の誘導表面導波モードに結合したエネルギを増大および／または最大化することができる。
図５Ａに示されているように、電場ベクトルＥは、入射面に対して平行に偏光された、非一様入射平面波として示すことができる。電場ベクトルＥは、以下のように、個別の水平成分と垂直成分とから構成することができる。
幾何学的に、図５Ａに示すものは、電場ベクトルＥは以下によって与えられ得ることを示唆している。
このことは、場の比が以下であることを意味している。
「ウェーブチルト」と呼ばれる、一般化されたパラメータＷは、本明細書において、以下によって与えられる、垂直電場成分に対する、水平電場成分の比として示されている。
これらは、複素数であり、大きさと位相との両方を有している。領域２の電磁波に関して、ウェーブチルトの角度（Ψ）は、領域１との境界面における波面の法線と、境界面の接線との間の角度に等しい。このことは、径方向の円筒状の誘導表面波に関する電磁波の等位相表面およびその法線を示す、図５Ｂからより容易に見て取ることができる。完全導体との境界面（ｚ＝０）においては、波面の法線は、境界面の接線に平行であり、Ｗ＝０となる。しかし、損失性誘電体の場合、波面の法線がｚ＝０における境界面の接線と平行ではないためにウェーブチルトＷが存在する。
方程式（３０ｂ）を誘導表面波に適用すると、以下の式が与えられる。
複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）に等しい入射角では、方程式（２５）のフレネルの反射係数は、以下に示すようにゼロになる。
方程式（２２）の複素数の場の比を調整することにより、反射が低減されるか除去される複素角で入射するように入射場を合成することができる。この比をｎ＝√（εｒ−ｊｘ）として確立することにより、合成された電場が複素ブルースター角で入射する結果となり、反射はゼロになる。
電気的に有効な高さの概念が、誘導表面導波路プローブ２００により複素入射角を有する電場を合成することに関してさらなる洞察を与えることができる。電気的に有効な高さ（ｈｅｆｆ）は、ｈｐの物理的高さ（または長さ）の単極に関して、以下のように規定されている。
この表現が、構造に沿う発生源の分布の大きさおよび位相に基づくため、有効高さ（または長さ）は、通常は複素数である。構造の分布電流Ｉ（ｚ）の積分が、構造の物理的高さ（ｈｐ）にわたって実施され、構造の基底（または入力）を通って上方に流れる接地電流（Ｉ０）に正規化される。構造に沿った分布電流は、以下によって示すことができる。
ここで、β０は、構造上を伝播する電流の伝播因子である。図３の例では、ＩＣは、誘導表面導波路プローブ２００ａの垂直構造に沿った分布電流である。
たとえば、構造の底部の低損失コイル（たとえば螺旋コイル）、および、コイルと帯電端子Ｔ１との間に接続された垂直供給線導体を含む給電ネットワーク２０９を考慮する。コイル（または螺旋遅れ線）に起因する位相遅れは、θｃ＝βｐｌｃであり、ｌＣは物理的長さであり、以下は伝播因子である。
ここで、Ｖｆは構造上の速度因子であり、λ０は供給周波数における波長であり、λｐは、速度因子Ｖｆの結果としての伝播波長である。位相遅れは、接地（杭）電流Ｉ０に対して測定される。
さらに、垂直供給線導体の長さｌｗに沿う空間的な位相遅れは、θｙ＝βｗｌｗによって与えられ得る。ここで、βｗは、垂直供給線導体に関する伝播位相定数である。いくつかの実施態様では、空間的位相遅れは、θｙ＝βｗｈｐによって近似してもよい。この理由は、誘導表面導波路プローブ２００ａの物理的高さｈｐと、垂直供給線導体の長さｌｗとの間の差が、供給周波数（λ０）において、波長よりもかなり小さいためである。結果として、コイルと垂直供給線導体とを通しての総位相遅れはΦ＝θｃ+θｙであり、物理的構造の底部からコイルの頂部へと供給される電流は以下のようになる。
ここで、総位相遅れΦは、接地（杭）電流Ｉ０に対して測定される。結果として、誘導表面導波路プローブ２００の電気的に有効な高さは、以下によって近似され得る。
これは、物理的高さがｈｐ＜＜λ０の場合に関する。Φの角度（または位相シフト）における単極の複素有効高さｈｅｆｆ＝ｈｐは、供給される場を誘導表面導波モードに整合させるとともに、誘導表面波が損失性導電性媒体２０３上で発せられるように、調整することができる。
図５Ａの例では、光線光学が、ハンケル交差距離（Ｒｘ）１２１において複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）で入射する入射電場（Ｅ）の複素角度三角法を示すために使用されている。方程式（２６）から想起されるのは、損失性導電性媒体に関して、ブルースター角が複素数であり、以下によって特定されることである。
電気的に、幾何学的パラメータは、以下により、帯電端子Ｔ１の電気的に有効な高さ（ｈｅｆｆ）によって関連付けられる。
ここで、ψｉ、Ｂ＝（π／２）−θｉ、Ｂは、損失性導電性媒体の表面から測定されたブルースター角である。誘導表面導波モードに結合するために、ハンケル交差距離における電場のウェーブチルトは、電気的に有効な高さとハンケル交差距離との比として表され得る。
物理的高さ（ｈｐ）とハンケル交差距離（Ｒｘ）との両方が実量であるため、ハンケル交差距離（Ｒｘ）における所望の誘導表面ウェーブチルトの角度（Ψ）は、複素有効高さ（ｈｅｆｆ）の位相（Φ）に等しい。このことは、コイルの供給点における位相、そしてひいては、方程式（３７）の位相シフトを変化させることにより、複素有効高さの位相Φが、ハンケル交差点１２１における誘導表面導波モードのウェーブチルトの角度Ψに整合する（Φ＝Ψ）ように操作され得ることを示している。
図５Ａでは、直角三角形が、損失性導電性媒体表面に沿う長さＲｘの隣接する辺、および、Ｒｘにおけるハンケル交差点１２１と帯電端子Ｔ１の中心との間に延びる光線１２４と、ハンケル交差点１２１と帯電端子Ｔ１との間の損失性導電性媒体表面１２７と、の間で測定された複素ブルースター角ψｉ、Ｂを有して示されている。物理的高さｈｐに位置し、適切な位相遅れΦを有する電荷で励起された帯電端子Ｔ１により、結果として得られる電場は、ハンケル交差距離Ｒｘおよびブルースター角で損失性導電性媒体境界面に入射する。これら条件下で、誘導表面導波モードは、反射なしで、または実質的に無視できる反射で励起され得る。
帯電端子Ｔ１の物理的高さを、有効高さ（ｈｅｆｆ）の位相シフトΦを変化させることなく低減した場合、誘導表面導波路プローブ２００からの距離が減少された位置において、ブルースター角で損失性導電性媒体２０３と交差する電場が結果として得られる。図６は、帯電端子Ｔ１の物理的高さを低減することが、電場がブルースター角において入射する距離に与える影響を図示している。高さがｈ３からｈ２を通してｈ１へと低減されるにつれて、電場がブルースター角で損失性導電性媒体（たとえば、地球）と交差する点は、帯電端子の位置に近付くように移動する。しかし、方程式（３９）が示すように、帯電端子Ｔ１の高さＨ１（図３）は、ハンケル関数の遠方成分を励起するために、物理的高さ（ｈｐ）以上であるものとする。帯電端子Ｔ１が有効高さ（ｈｅｆｆ）またはそれより高い位置に配置されている場合、損失性導電性媒体２０３は、図５Ａに示すように、ハンケル交差距離（Ｒｘ）１２１において、またはこの距離を超えて、入射ブルースター角（ψｉ、Ｂ＝（π／ｗ）−θｉ、Ｂ）において照射され得る。帯電端子Ｔ１上に拘束された電荷を低減するか最小化するために、高さは、上述のように、帯電端子Ｔ１の球の直径（または同等の球の直径）の少なくとも４倍であるものとする。
誘導表面導波路プローブ２００は、損失性導電性媒体２０３の表面に複素ブルースター角で照射する波に対応するウェーブチルトを有する電場を確立するように構成することができ、それにより、Ｒｘのハンケル交差点１２１における（またはそれを越える）誘導表面波モードに実質的にモード整合させることにより、径方向表面電流を励起する。
図７を参照すると、帯電端子Ｔ１を含む誘導表面導波路プローブ２００ｂが図示されている。ＡＣ源２１２は、誘導表面導波路プローブ２００ｂに、たとえば螺旋コイルなどのコイル２１５を備えた給電ネットワーク２０９（図３）を通して結合した、帯電端子Ｔ１のための励起源として作用する。他の実施態様では、ＡＣ源２１２は、一次コイルを通してコイル２１５に誘導的に結合され得る。いくつかの実施形態では、ＡＣ源２１２のコイル２１５への結合を向上および／または最大化するためにインピーダンス整合ネットワークを含めてもよい。
図７に示すように、誘導表面導波路プローブ２００ｂは、損失性導電性媒体２０３によって与えられた面に対してほぼ直角である垂直軸ｚに沿って配置された上方の帯電端子Ｔ１（たとえば、高さｈｐの球）を含み得る。第２の媒体２０６は、損失性導電性媒体２０３の上に位置している。帯電端子Ｔ１は、自己容量ＣＴを有している。動作時には、電荷Ｑ１が、所定の時間に端子Ｔ１に印加された電圧に基づき、端子Ｔ１に印加される。
図７の例では、コイル２１５は、第１の端部で接地杭２１８に結合し、垂直供給線導体２２１を介して帯電端子Ｔ１に結合している。いくつかの実施態様では、図７に示すように、帯電端子Ｔ１へのコイルの接続は、コイル２１５のタップ２２４を使用して調整され得る。コイル２１５は、コイル２１５の下方部分において、タップ２２７を通してＡＣ源２１２によって動作周波数で通電され得る。他の実施態様では、ＡＣ源２１２は、一次コイルを通してコイル２１５に誘導的に結合され得る。
誘導表面導波路プローブ２００の構成および調整は、伝達周波数、損失性導電性媒体（たとえば、土の導電性σおよび相対誘電率εｒ）の条件、ならびに、帯電端子Ｔ１のサイズなどの様々な作動条件に基づいている。屈折率は、方程式（１０）および（１１）から、以下のように計算することができる。
ここで、ｘ＝σ／ωε０であり、ω＝２πｆである。導電性σおよび相対誘電率εｒは、損失性導電性媒体２０３の試験測定を通して特定され得る。直角表面から測定される複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）も、方程式（２６）から以下のように特定され得る。
または、図５Ａに示すように、その表面から、以下のように測定される。
ハンケル交差距離におけるウェーブチルト（ＷＲｘ）も、方程式（４０）を使用して見出され得る。
ハンケル交差距離も、図４によって示されるように、方程式（２０ｂ）および（２１）の大きさを−ｊγρに関して等しくし、Ｒｘに関して解くことによって見出され得る。このため、電気的に有効な高さは、ハンケル交差距離および複素ブルースター角を使用して、方程式（３９）から以下のように特定され得る。
方程式（４４）から見て取ることができるように、複素有効高さ（ｈｅｆｆ）は、帯電端子Ｔ１の物理的高さ（ｈｐ）に関連付けられた大きさと、ハンケル交差距離（Ｒｘ）におけるウェーブチルトの角度（Ψ）に関連付けられることになる位相遅れ（Φ）とを含んでいる。これら変数および選択された帯電端子Ｔ１の構成により、誘導表面導波路プローブ２００の構成を決定することが可能である。
帯電端子Ｔ１が物理的高さ（ｈｐ）またはそれより上に位置していると、給電ネットワーク２０９（図３）および／または、給電ネットワークを帯電端子Ｔ１に接続する垂直供給線は、帯電端子Ｔ１の電荷Ｑ１の位相（Φ）を、ウェーブチルト（Ｗ）の角度（Ψ）に整合するように調整され得る。帯電端子Ｔ１のサイズは、端子に印加される電荷Ｑ１のための十分に大きい表面を提供するように選択してよい。通常は、帯電端子Ｔ１を実施できる程度に大きく形成することが望ましい。帯電端子Ｔ１のサイズは、周囲の空気のイオン化を避けるために十分に大きいものとする。周囲の空気のイオン化は、帯電端子の周囲での放電またはスパーキングに繋がり得る。
螺旋状に巻かれたコイルの位相遅れθｃは、Ｃｏｒｕｍ，Ｋ．Ｌ．およびＪ．Ｆ．Ｃｏｒｕｍ，「ＲＦ Ｃｏｉｌｓ，Ｈｅｌｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅｓ」，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．２，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００１，ｐｐ．３６−４５に論じられたように、マクスウェル方程式から特定され得る。この文献は、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。Ｈ／Ｄ＞１の螺旋コイルに関して、コイルの長手軸に沿う波の伝播速度（ν）の、光速（ｃ）に対する比、すなわち「速度因子」は、以下によって与えられる。
ここで、Ｈは螺旋構造の軸方向の長さ、Ｄはコイルの直径、Ｎはコイルの巻き数、ｓ＝Ｈ／Ｎは、コイルの隣接する巻回の間隔（または螺旋ピッチ）、λ０は自由空間の波長である。この関係に基づき、螺旋コイルの電気的長さ、または位相遅れは、以下によって与えられる。
螺旋が渦巻き状に巻かれているか、短く太い場合、原理は同じであるが、Ｖｆおよびθｃは、試験的測定によって得ることが容易である。螺旋状の伝達線の特性（波）インピーダンスの表示も、以下のように得られる。
構造の空間的位相遅れθｙは、垂直供給線導体２２１（図７）の進行波の位相遅れを使用して特定することができる。理想地面上の円筒状の垂直導電体の静電容量は、以下のように表すことができる。
ここで、ｈｗは、導電体の垂直長さ（または高さ）、ａは半径（ｍｋｓ単位）である。螺旋コイルのように、垂直供給線導体の進行波位相遅れは、以下によって与えられ得る。
ここで、βｗは垂直供給線導体に関する伝播位相定数であり、ｈｗは垂直供給線導体の垂直長さ（または高さ）であり、Ｖｗはワイヤ上の速度因子であり、λ０は供給周波数における波長であり、λｗは、速度因子Ｖｗの結果としての伝播波長である。一様な円筒状の導電体に関して、速度因子はＶｗは約０．９４で一定であるか、約０．９３〜約０．９８の範囲にある。支柱が一様な伝達線であると見なされる場合、その平均的特性インピーダンスは、以下によって近似される。
ここで、一様な円筒状の導電体ではＶｗが約０．９４であり、ａは導電体の半径である。単一ワイヤの供給線の特性インピーダンスに関する、アマチュア無線の記述で採用されてきた代替的表示は、以下によって与えられ得る。
方程式（５１）は、単一ワイヤフィーダに関するＺｗは周波数とともに変化することを暗示している。位相遅れは、静電容量および特性インピーダンスに基づいて特定され得る。
図３に示すように、帯電端子Ｔ１が損失性導電性媒体２０３上に位置していると、給電ネットワーク２０９は、ハンケル交差距離におけるウェーブチルトの角度（Ψ）に等しい複素有効高さ（ｈｅｆｆ）の位相シフト（Φ）、すなわちΦ＝Ψで、帯電端子Ｔ１を励起するように調整され得る。この条件が満たされると、帯電端子Ｔ１上で振動する電荷Ｑ１によって生じる電場は、損失性導電性媒体２０３の表面に沿って進行する誘導表面導波モードに結合される。たとえば、ブルースター角（θｉ、Ｂ）、垂直供給線導体２２１（図７）に関連付けられた位相遅れ（θｙ）、およびコイル２１５（図７）の構成が知られている場合、タップ２２４（図７）の位置は、帯電端子Ｔ１に位相Φ＝Ψで振動する電荷Ｑ１を印加するように決定および調整され得る。タップ２２４の位置は、伝わっている表面波の誘導表面導波モードへの結合を最大化するように調整してもよい。タップ２２４の位置を越える余分なコイルの長さは、静電容量の影響を低減するために除去してもよい。螺旋コイルの垂直ワイヤ長さおよび／または幾何学的パラメータも、様々な値を取るよう変化させてよい。
誘導表面導波モードへの損失性導電性媒体２０３の表面上での結合は、帯電端子Ｔ１上の電荷Ｑ１に関連付けられた複素像平面に関する定常波共振のために、誘導表面導波路プローブ２００を同調させることにより、向上および／または最適化され得る。こうすることにより、誘導表面導波路プローブ２００の性能は、帯電端子Ｔ１上の増大したおよび／または最大の電圧（そしてひいては電荷Ｑ１）のために調整され得る。再び図３を参照すると、領域１における損失性導電性媒体２０３の影響が、鏡像論理分析を使用して試験され得る。
物理的に、完全導電性面上で位置を上げて配置した電荷Ｑ１は、完全導電性面上の自由電荷を集め、次いで、位置を上げて配置した電荷Ｑ１の下の領域で「蓄積」される。結果として得られる、完全導電性面上の「拘束された」電気の分布は、ベル形状の曲線に類似している。位置を上げて配置した電荷Ｑ１の電位と、電荷Ｑ１の下の「蓄積」された電荷が印加された電位の重ね合わせにより、完全導電性面に関してゼロ等電位面が強要される。完全導電性面の上の領域の場を示す境界値の問題の解は、鏡像電荷の古典的概念を使用して得ることができ、ここで、位置を上げて配置した電荷からの場は、完全導電性面の下の対応する「鏡像」電荷からの場と重ね合わせられる。
この分析は、誘導表面導波路プローブ２００の下に有効な鏡像電荷Ｑ１’が存在すると仮定することにより、損失性導電性媒体２０３に関して使用することもできる。有効な鏡像電荷Ｑ１’は、図３に示すように、導電像平面１３０の周りの帯電端子Ｔ１上の電荷Ｑ１と同時に生じる。しかし、完全導体の場合のように、鏡像電荷Ｑ１’は単に、いくつかの実際の深さで、帯電端子Ｔ１上の一次供給源の電荷Ｑ１に対して１８０度位相がずれて位置しているわけではない。むしろ、損失性導電性媒体２０３（たとえば、陸上媒体）は、位相がシフトした像を与えている。すなわち、鏡像電荷Ｑ１’は、損失性導電性媒体２０３の表面（または物理的境界）の下の複素深さにある。複素像深さの議論に関し、Ｗａｉｔ，Ｊ．Ｒ．，「Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｉｍａｇｅ Ｔｈｅｏｒｙ−Ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ」，ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ １９９１，ｐｐ．２７−２９を参照する。この文献は、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。
電荷Ｑ１の物理的高さ（Ｈ１）に等しい深さにある鏡像電荷Ｑ１’の代わりに、導電性の像基底面１３０（完全導体を示している）が、ｚ＝−ｄ／２の複素深さに位置しており、鏡像電荷Ｑ１’は、複素深さに表れ（すなわち、「深さ」は大きさと位相との両方を有している）、−Ｄ１＝−（ｄ／２+ｄ／２+Ｈ１）≠Ｈ１によって与えられる。地球上で垂直に偏光された供給源は、以下のようになる。
（数５３）
ここで、方程式（１２）に示すように、
鏡像電荷の複素変位により、外部の場が、界面が誘電体か完全導体のいずれかである場合には直面しなかった追加の位相シフトを経ることになることを示している。損失性導電性媒体では、波面の法線が、領域１と領域２との間の境界面においてではなく、ｚ＝−ｄ／２において導電性の像基底面１３０の接線に平行である。
損失性導電性媒体２０３が、物理的境界１３６を有する、有限導電性の地球１３３である図８Ａに示すケースを考慮する。有限導電性の地球１３３は、物理的境界１３６の下の複素深さｚ１に位置する、図８Ｂに示す完全導電性の像基底面１３９によって置き換えてもよい。この等価表現は、物理的境界１３６において界面内を見下ろす場合に、同じインピーダンスを示している。図８Ｂの等価表現は、図８Ｃに示すように、等価伝達線としてモデル化することができる。等価構造の断面は、（ｚ方向の）端部に負荷のある伝達線として示されており、完全導電性の像平面のインピーダンスは短絡している（ｚＳ＝０）。深さｚ１は、地球において見下ろすＴＥＭ波のインピーダンスを、図８Ｃの伝達線を見る像基底面インピーダンスｚｉｎと等しくすることにより特定することができる。
図８Ａの場合、上方領域（空気）１４２の伝播定数および波固有のインピーダンスは以下のようになる。
損失性の地球１３３では、伝播定数および波固有のインピーダンスは以下のようになる。
直角方向の入射に関して、図８Ｂの等価表現は、特性インピーダンスが空気の特性インピーダンス（ｚ０）であり、伝播定数がγ０であり、長さがｚ１である、ＴＥＭ伝達線と同等である。そのように、図８Ｃの短絡した伝達線に関する界面に見られる像基底面のインピーダンスＺｉｎは、以下によって与えられる。
図８Ｃの等価モデルに関連付けられた像基底面のインピーダンスＺｉｎを、図８Ａの直角の入射波のインピーダンスに等しくし、ｚ１について解くことにより、短絡（完全導電性の像基底面１３９）への距離が以下のように与えられる。
ここで、逆双曲線正接に関する級数展開の第１項のみが、この近似に関して考慮される。空気の領域１４２において、伝播定数がγ０＝ｊβ０であるため、Ｚｉｎ＝ｊＺ０ｔａｎβ０ｚ１となる（これは、ｚ１が実数である場合に、純虚数量である）が、σ≠０である場合、ｚｅは複素数値であることに留意されたい。したがって、ｚ１が複素距離である場合のみ、Ｚｉｎ＝Ｚeである。
図８Ｂの等価表現が完全導電性の像基底面１３９を含み、地球の表面（物理的境界１３６）にある電荷または電流に関する像の深さが、像基底面１３９の他方側において距離ｚ１に等しく、または、地球の表面下では、ｄ＝２×ｚ１である（ｚ＝０の位置にある）。したがって、完全導電性の像基底面１３９への距離は、以下によって近似され得る。
さらに、「鏡像電荷」は、実際の電荷と「等しくかつ反対」であり、このため、深さｚ１＝−ｄ／２における完全導電性の像基底面１３９の電位はゼロになる。
図３に示すように、地球の表面から距離Ｈ１だけ上に電荷Ｑ１の位置を上げた場合、鏡像電荷Ｑ１’は、表面下のＤ１＝ｄ+Ｈ１の複素距離にあるか、像基底面１３０の下の複素距離ｄ／２+Ｈ１にある。図７の誘導表面導波路プローブ２００ｂは、図８Ｂの完全導電性の像基底面１３９に基づく等価の単一ワイヤ伝達線像平面モデルとしてモデル化することができる。図９Ａは、等価の単一ワイヤ伝達線像平面モデルの例を示している。図９Ｂは、図８Ｃの短絡した伝達線を含む、等価の古典的な伝達線モデルの例を示している。
図９Ａおよび９Ｂに示された等価の像平面モデルでは、Φ＝θｙ+θｃは、地球１３３（または損失性導電性媒体２０３）を規準とした誘導表面導波路プローブ２００の、進行波の位相遅れである。θｃ＝βｐＨは、角度で表される、物理長さＨの、（図７の）コイル２１５の電気的長さである。θｙ＝βｗｈｗは、角度で表される、物理長さｈｗの、（図７の）垂直供給線導体２２１の電気的長さである。θｄ＝β０ｄ／２は、像基底面１３９と、地球（１３３または損失性導電性媒体２０３）の物理的境界１３６との間の位相シフトである。図９Ａおよび９Ｂの例では、Ｚｗは、オームで表される位置を上げて配置した垂直供給線導体２２１の特性インピーダンスであり、Ｚｃは、オームで表されるコイル２１５の特性インピーダンスであり、ｚ０は、自由空間の特性インピーダンスである。
ここで、ＣＴは、帯電端子Ｔ１の自己容量であり、垂直供給線導体２２１（図７）を「見上げている」ように見られるインピーダンスは、以下によって与えられる。
コイル２１５（図７）を「見上げている」ように見られるインピーダンスは、以下によって与えられる。
したがって、誘導表面導波路プローブ２００内を「見上げる」物理的境界１３６におけるインピーダンスは、損失性導電性媒体２０３内を「見下ろす」物理的境界１３６におけるインピーダンスの共役である。進行波の位相遅れΦを媒体のウェーブチルトの角度Ψに等しくなるように維持し、それによりΦ＝Ψとしつつ、帯電端子Ｔ１の負荷インピーダンスＺＬを調整する。このことが、損失性導電性媒体２０３（たとえば地球）の表面に沿う、プローブの電場の、誘導表面導波モードへの結合を向上および／または最大化することにより、図９Ａおよび９Ｂの等価の像平面モデルが、像基底面１３９に関して共振するように同調され得る。この方式で、等価の複素像平面のモデルのインピーダンスは純粋に抵抗性であり、これにより、電圧および、端子Ｔ１上で位置を上げて配置した電荷を最大化するプローブ構造上の重ね合わせられた定常波が維持される。また、方程式（１）〜（３）および（１６）により、伝播する表面波が最大化される。
ハンケル解から、誘導表面導波路プローブ２００によって励起された誘導表面波は、外側に伝播する進行波であることが導かれる。帯電端子Ｔ１と、誘導表面導波路プローブ２００の接地杭２１８（図３および７）との間の給電ネットワーク２０９に沿う供給源の分布は、実際に、構造上の進行波と定常波の重ね合わせで構成されている。帯電端子Ｔ１が物理的高さｈｐまたはその上に位置していると、給電ネットワーク２０９を通って移動する進行波の位相遅れは、損失性導電性媒体２０３に関連付けられたウェーブチルトの角度に整合している。このモード整合により、進行波が損失性導電性媒体２０３に沿って発せられることを可能にしている。位相遅れが進行波に関して確立されると、帯電端子Ｔ１の負荷インピーダンスＺＬが、プローブ構造を、−ｄ／２の複素深さにある像基底面（図３の１３０または図８の１３９）に対して定常波共振するように調整される。その場合、像基底面から見られるインピーダンスは、リアクタンスがゼロであり、帯電端子Ｔ１の電荷が最大化される。
進行波現象と定常波現象との間の差異は、（１）長さｄの伝達線（「遅れ線」と呼ばれる場合がある）の部分の進行波の位相遅れ（θ＝βｄ）が、伝播時間の遅れに起因していることと、一方、（２）定常波（前方または後方に伝播する波で構成されている）の位置に応じた位相が、線の長さの伝播時間の遅れと、異なる特性インピーダンスの線部分間の界面におけるインピーダンスの遷移との両方に基づくことと、である。正弦波の定常状態で動作する伝達線の部分の物理的長さに起因して生じる位相遅れに加え、ｚｏａ／ｚｏｂの比に起因する、インピーダンスの不連続性における追加の反射係数の位相が存在する。ここで、ｚｏａおよびｚｏｂは、たとえば特性インピーダンスｚｏａ＝ｚｃの螺旋コイル部分（図９Ｂ）と、特性インピーダンスｚｏｂ＝ｚｗの垂直供給線導体の直線部分（図９Ｂ）などの、伝達線の２つの部分の特性インピーダンスである。
この現象の結果として、大きく異なる特性インピーダンスを有する比較的短い２つの伝達線部分が、かなり大きい位相シフトを提供するために使用され得る。たとえば、１つが低インピーダンスで、１つが高インピーダンスであり、あわせて、いわゆる０．０５λの物理的長さになる、伝達線の２つの部分で構成されたプローブ構造が、０．２５λの共振と等価である９０度の位相シフトを提供するように形成され得る。このことは、特性インピーダンスの大きい飛躍に起因する。この方法で、物理的に短いプローブ構造は、合わせられた２つの物理的長さより電気的に長くなり得る。このことは、図９Ａおよび９Ｂに示されており、インピーダンスの比の不連続性により、位相の大きい飛躍が与えられている。インピーダンスの不連続性により、各部分が結合している場所において実質的な位相シフトが提供される。
図１０を参照すると、誘導表面導波路プローブ２００（図３および７）を調整して、損失性導電性媒体２０３（図３）の面に沿う誘導表面進行波を発する、損失性導電性媒体の表面上の誘導表面導波モードに実質的にモード整合させる例を示すフローチャート１５０が示されている。最初に、１５３において、誘導表面導波路プローブ２００の帯電端子Ｔ１が損失性導電性媒体２０３上の規定の高さに配置される。損失性導電性媒体２０３の特性と、誘導表面導波路プローブ２００の動作周波数を利用して、ハンケル交差距離も、図４に示すように、方程式（２０ｂ）および（２１）の大きさを−ｊγρに関して等しくし、Ｒｘに関して解くことによって見出され得る。複素屈折率（ｎ）は、方程式（４１）を使用して特定することができ、また、複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）は次いで、方程式（４２）から特定することができる。帯電端子Ｔ１の物理的高さ（ｈｐ）は次いで、方程式（４４）から特定され得る。帯電端子Ｔ１は、ハンケル関数の遠方の要素を励起するために、物理的高さ（ｈｐ）以上にあるものとする。この高さの関係は、表面波を発する際に最初に考慮される。帯電端子Ｔ１上の拘束された電荷を低減するか最小化するために、高さは、帯電端子Ｔ１の球の直径（または同等の球の直径）の少なくとも４倍の物理的高さであるものとする。
１５６では、帯電端子Ｔ１上の位置を上げて配置した電荷Ｑ１の電気的位相遅れΦが複素ウェーブチルトの角度Ψに整合される。螺旋コイルの位相遅れ（θＣ）および／または垂直供給線導体の位相遅れ（θｙ）は、Φを、ウェーブチルト（Ｗ）の角度（Ψ）と等しくするように調整され得る。方程式（３１）に基づき、ウェーブチルトの角度（Ψ）は、以下から特定され得る。
電気的位相Φは、次いで、ウェーブチルトの角度に整合され得る。この角度（または位相）の関係は次に、表面波を発する際に考慮される。たとえば、電気的位相遅れΦ＝θｃ+θｙは、コイル２１５の幾何学的パラメータ（図７）および／または垂直供給線導体２２１（図７）の長さ（または高さ）を変化させることにより調整することができる。Φ＝Ψに整合させることにより、電場が、表面の導波モードを励起するとともに損失性導電性媒体２０３に沿って進行波を発するために、境界面における複素ブルースター角でハンケル交差距離（Ｒｘ）またはそれを越える位置で確立され得る。
次に１５９において、帯電端子Ｔ１の負荷インピーダンスが、誘導表面導波路プローブ２００の等価の像平面モデルを共振させるように同調する。図９Ａおよび９Ｂの導電性の像基底面１３９（または図３の１３０）の深さ（ｄ／２）は、方程式（５２）、（５３）、および（５４）、ならびに、測定され得る損失性導電性媒体２０３（たとえば地球）の値を使用して特定され得る。その深さを使用して、像基底面１３９と、損失性導電性媒体２０３の物理的境界１３６との間の位相シフト（θｄ）は、θｄ＝β０ｄ／２を使用して特定され得る。損失性導電性媒体２０３を「見下ろす」ように見られるインピーダンス（Ｚｉｎ）は、次いで、方程式（６５）を使用して特定され得る。この共振関係は、発せられた表面波を最大化するように考慮され得る。
コイル２１５の調整されたパラメータおよび垂直供給線導体２２１の長さに基づき、速度因子、位相遅れ、ならびに、コイル２１５のインピーダンスおよび垂直供給線導体２２１が、方程式（４５）〜（５１）を使用して特定され得る。さらに、帯電端子Ｔ１の自己容量（ＣＴ）は、たとえば、方程式（２４）を使用して特定され得る。コイル２１５の伝播因子（βｐ）は、方程式（３５）を使用して特定され得、垂直供給線導体２２１のための伝播位相定数（βｗ）は、方程式（４９）を使用して特定され得る。コイル２１５および垂直供給線導体２２１の自己容量および特定された値を使用して、コイル２１５を「見上げる」ように見られる誘導表面導波路プローブ２００のインピーダンス（Ｚｂａｓｅ）は、方程式（６２）、（６３）、および（６４）を使用して特定され得る。
誘導表面導波路プローブ２００の等価の像平面モデルは、Ｚｂａｓｅの共振要素Ｘｂａｓｅが、Ｚｉｎの共振要素Ｘｉｎをキャンセルする、すなわち、Ｘｂａｓｅ+Ｘｉｎであるように、負荷インピーダンスＺＬを調整することにより、共振するように同調し得る。したがって、誘導表面導波路プローブ２００内を「見上げる」物理的境界１３６におけるインピーダンスは、損失性導電性媒体２０３内を「見下ろす」物理的境界１３６におけるインピーダンスの共役である。負荷インピーダンスＺＬは、帯電端子Ｔ１の電気的位相遅れΦ＝θＣ+θｙを変化させることなく、帯電端子Ｔ１の静電容量（ＣＴ）を変化させることにより、調整され得る。導電性の像基底面１３９（または１３０）に対する等価の像平面モデルの共振のために、負荷インピーダンスＺＬを同調させるために反復法を用いてもよい。この方式で、電場の、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地球）の表面に沿っての誘導表面導波モードへの結合が向上されるか最大化され得る。
このことは、複数の例の場合を説明することによってよりよく理解されるであろう。帯電端子Ｔ１が頂部にある、物理的高さｈｐの、頂部に負荷された垂直スタッドを備えた誘導表面導波路プローブ２００を考慮する。ここで、帯電端子Ｔ１は、螺旋コイルおよび垂直供給線導体を通して、１．８５ＭＨｚの動作周波数（ｆ０）で励起される。１６フィートの高さ（Ｈ１）、ならびに、εｒ＝１５の相対誘電率およびσ１＝０．０１０ｍｈｏｓ／ｍの導電性を有する損失性導電性媒体２０３（たとえば、地球）により、いくつかの表面波伝播パラメータが、ｆ０＝１．８５ＭＨｚに関して計算され得る。これら条件下で、ハンケル交差距離が、物理的高さｈｐ＝５．５フィートにおいてＲｘ＝５４．５フィートであることが分かる。このことは、帯電端子Ｔ１の実際の高さより十分に下にある。Ｈ１＝５．５フィートの帯電端子の高さが使用されてきたが、より高いプローブ構造が拘束静電容量を低減し、帯電端子Ｔ１の自由電荷のより高いパーセンテージを許容し、より高い場の強度および、進行波の励起を提供してきた。
波長は以下のように特定され得る。
ここで、ｃは光速である。複素屈折率は、方程式（４１）から、以下のようになる。
ここで、ｘ＝σ１／ωε０は、ω＝２πｆ０である。また、複素ブルースター角は、方程式（４２）から、以下のようになる。
方程式（６６）を使用すると、ウェーブチルトの値は、以下のように特定され得る。
したがって、螺旋コイルは、Φ＝Ψ＝４０．６１４°に整合するように調整され得る。
垂直供給線導体の速度因子（直径０．２７インチの一様な円筒状の導電体として近似される）は、Ｖｗ＝約０．９３として与えられる。ｈｐ＜＜λ０であるため、垂直供給線導体に関する伝播位相定数は、以下のように近似され得る。
方程式（４９）から、垂直供給線導体の位相遅れは、以下のようになる。
螺旋コイルの位相遅れをθｃ＝２８．９７４°＝４０．６１４°−１１．６４０°となるように調整することにより、ΦはΨと等しくなって、誘導表面導波モードに整合する。ΦとΨとの間の関係を説明するために、図１１は、周波数領域上のΦとΨとの両方のプロットを示している。ΦとΨとの両方が周波数依存であるため、ΦとΨとのそれぞれの曲線が、約１．８５ＭＨｚにおいて相互に交差していることを見て取ることができる。
０．０８８１インチの導電体直径、３０インチのコイルの直径（Ｄ）、および、４インチの巻回間の空間（ｓ）の螺旋コイルに関して、コイルに関する速度因子は、方程式（４５）を使用して以下のように特定され得る。
伝播因子は、方程式（３５）から、以下のようになる。
θｃ＝２８．９７４°とすると、螺旋形状（Ｈ）の軸方向の長さは、方程式（４６）を使用して、以下のように特定され得る。
この高さにより、垂直供給線導体が接続された螺旋コイル上の位置が特定され、結果として８．８１８巻（Ｎ＝Ｈ／ｓ）のコイルを得る。
コイルおよび垂直供給線導体の進行波位相遅れが、ウェーブチルトの角度に整合するように調整されていることで（Φ＝θｃ+θｙ＝Ψ）、帯電端子Ｔ１の負荷インピーダンス（ＺＬ）は、誘導表面波プローブ２００の等価の像平面モデルの定常波共振に関して調整され得る。測定された地球の誘電率、導電性、および透磁性から、径方向伝播定数が、方程式（５７）を使用して特定され得る。
また、導電性の像基底面の複素深さは、方程式（５２）から以下のように近似され得る。
導電性の像基底面と地球の物理的境界との間の対応する位相シフトは、以下によって与えられる。
方程式（６５）を使用して、損失性導電性媒体２０３（すなわち、地球）を「見下ろす」ように見られるインピーダンスは、以下のように特定され得る。
損失性導電性媒体２０３を「見下ろす」ように見られる無効分（Ｘｉｎ）を、誘導表面波プローブ２００を「見上げる」ように見られる無効分（Ｘｂａｓｅ）と整合させることにより、誘導表面導波モードへの結合を最大化することができる。このことは、コイルおよび垂直供給線導体の進行波位相遅れを変化させることなく、帯電端子Ｔ１の静電容量を調整することにより、達成され得る。たとえば、帯電端子静電容量（ＣＴ）を６１．８１２６ｐＦに調整することにより、方程式（６２）からの負荷インピーダンスは以下のようになる。
また、境界における無効分は整合される。
方程式（５１）を使用して、垂直供給線導体（０．２７インチの直径（２ａ）を有する）のインピーダンスは、以下のように与えられる。
また、垂直供給線導体を「見上げている」ように見られるインピーダンスは、方程式（６３）によって以下のように与えられる。
方程式（４７）を使用して、螺旋コイルの特性インピーダンスは、以下のように与えられる。
また、コイル基からそれを「見上げている」ように見られるインピーダンスは、方程式（６４）によって以下のように与えられる。
方程式（７９）の解と比べると、無効分が、逆であるとともにほぼ等しく、したがって、相互に共役であることを見て取ることができる。したがって、完全導電性の像基底面からの、図９Ａおよび９Ｂの等価の像平面モデルを「見上げる」ように見られるインピーダンス（Ｚｉｐ）は、もっぱら抵抗性であるか、Ｚｉｐ＝Ｒ+ｊ０である。
誘導表面導波路プローブ２００（図３）によって提供される電場が、給電ネットワークの進行波位相遅れをウェーブチルトの角度に整合させることによって確立され、また、プローブ構造が複素深さｚ＝−ｄ／２において完全導電性の像基底面に対して共振された場合、場は、損失性導電性媒体の表面上の誘導表面導波モードに、実質的にモード整合しており、誘導表面進行波は、損失性導電性媒体の表面に沿って発せられる。図１に示すように、誘導電磁場の誘導場の強度曲線１０３は、ｅ−αｄ／√ｄの特徴的指数関数的減衰を有し、対数−対数スケール上に特有の屈曲部１０９を示している
まとめると、解析的かつ試験的に、誘導表面導波路プローブ２００の構造上の進行波成分が、その上方の端子において、表面進行波のウェーブチルトの角度（Ψ）に整合する位相遅れ（Φ）を有している（Φ＝Ψ）。この条件下では、表面導波路は、「モード整合した」と見なすことができる。さらに、誘導表面導波路プローブ２００の構造上の共振定常波の要素は、帯電端子Ｔ１におけるＶＭＡＸと、下の像平面１３９（図８Ｂ）におけるＶＭＩＮを有している。ここで、損失性導電性媒体２０３（図８Ｂ）の物理的境界１３６における接続部においてではなく、ｚ＝−ｄ／２の複素深さにおいて、Ｚｉｐ＝Ｒｉｐ+ｊ０である。最後に、帯電端子Ｔ１は、複素ブルースター角における損失性導電性媒体２０３上への電磁波の入射が、ある距離においてそれほど離れていない（≧Ｒｘ）ように、図３の十分な高さＨ１（ｈ≧Ｒｘｔａｎψｉ、Ｂ）を有している。ここでは、１／√ｒの項が優勢である。受信回路は、無線伝達および／または電力搬送システムを促進するために、１つまたは複数の誘導表面導波路プローブとともに利用され得る。
再び図３を参照すると、誘導表面導波路プローブ２００の動作が、誘導表面導波路プローブ２００と関連付けられた動作条件の変化に関して調整するように制御することができる。たとえば、適合されたプローブ制御システム２３０は、誘導表面導波路プローブ２００の動作を制御するために、給電ネットワーク２０９および／または帯電端子Ｔ１を制御するように使用され得る。動作条件には、限定しないが、損失性導電性媒体２０３の特性（たとえば、導電性σおよび相対誘電率εｒ）の変化、場の強度の変化、および／または誘導表面導波路プローブ２００の負荷の変化が含まれ得る。方程式（３１）、（４１）、および（４２）から見られるように、屈折率（ｎ）、複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）、およびウェーブチルト（｜Ｗ｜ｅｊΨ）は、たとえば天気の条件からの、土の導電性および誘電率の変化によって影響され得る。
たとえば導電性測定プローブ、誘電率センサ、グラウンド・パラメータ・メータ、フィールドメータ、電流モニタ、および／または負荷受信機などの設備が、動作条件の変化について監視し、現在の動作条件に関する情報を、適応したプローブ制御システム２３０に提供するために使用され得る。プローブ制御システム２３０はこのため、誘導表面導波路プローブ２００に関する特定の動作条件を維持するために、１つまたは複数の調整を誘導表面導波路プローブ２００に対して行うことができる。たとえば、湿度および温度が変化するにつれて、土の導電性も変化する。導電性測定プローブおよび／または誘電率センサは、誘導表面導波路プローブ２００周りの複数の位置に配置されてもよい。概して、動作周波数に関するハンケル交差距離Ｒｘ、またはその上の導電性および／または誘電率を監視することが望ましい。導電性測定プローブおよび／または誘電率センサは、誘導表面導波路プローブ２００周りの複数の位置（たとえば、各象限）に配置されてもよい。
導電性測定プローブおよび／または誘電率センサは、特定の周期で導電性および／または誘電率を評価し、プローブ制御システム２３０に情報を通信するように構成され得る。情報は、プローブ制御システム２３０に、限定しないが、ＬＡＮ、ＷＬＡＮ、セルラネットワーク、または他の適切な有線もしくは無線通信ネットワークなどのネットワークを通して通信することができる。監視された導電性および／または誘電率に基づき、プローブ制御システム２３０は、屈折率（ｎ）、複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）、および／またはウェーブチルト（｜Ｗ｜ｅｊΨ）の変化を評価するとともに、ウェーブチルトの角度（Ψ）に等しい給電ネットワーク２０９の位相遅れ（Φ）を維持し、かつ／または、誘導表面導波路プローブ２００の等価の像平面モデルの共振を維持するために、誘導表面導波路プローブ２００を調整してもよい。このことは、たとえば、θｙ、θｃ、および／またはＣＴを調整することによって達成され得る。たとえば、プローブ制御システム２３０は、誘導表面波の電気的な発信効率を最大またはその近傍に維持するために、帯電端子Ｔ１の自己容量、および／または帯電端子Ｔ１に印加される位相遅れ（θｙ、θｃ）を調整することができる。たとえば、帯電端子Ｔ１の自己容量は、端子のサイズを変化させることによって変化し得る。電荷の分布も、帯電端子Ｔ１のサイズを増大させることによって向上され得る。このことは、帯電端子Ｔ１からの放電の可能性を低減し得る。他の実施形態では、帯電端子Ｔ１は、負荷インピーダンスＺＬを変化させるように調整され得る可変インダクタンスを含み得る。帯電端子Ｔ１に印加される位相は、発信効率を最大化するために、コイル２１５上のタップの位置（図７）を変化させること、および／または、コイル２１５に沿う予め規定された複数のタップを含み、予め規定された様々なタップ位置間で切り換えることにより、調整され得る。
場または場の強度（ＦＳ）メータも、誘導表面波に関連付けられた場の、場の強度を測定するために、誘導表面導波路プローブ２００周りに配置することができる。場またはＦＳメータは、場の強度および／または場強度の変化（たとえば、電場の強度）を探知し、その情報をプローブ制御システム２３０に通信するように構成され得る。情報は、プローブ制御システム２３０に、限定しないが、ＬＡＮ、ＷＬＡＮ、セルラネットワーク、または他の適切な通信ネットワークなどのネットワークを通して通信することができる。動作中に負荷および／または環境条件が変わるか変化するにつれて、誘導表面導波路プローブ２００は、受信機への適切な電力伝達および受信機によって供給される負荷を確実にするために、ＦＳメータの位置における特定の場の強度（ｓ）を維持するように調整することができる。
たとえば、帯電端子Ｔ１に印加される位相遅れ（Φ＝θｙ+θｃ）は、ウェーブチルトの角度（Ψ）に整合するように調整され得る。一方または両方の位相遅れを調整することにより、誘導表面導波路プローブ２００は、複素ブルースター角に対応するウェーブチルトを確実にするように調整され得る。このことは、帯電端子Ｔ１に供給される位相遅れを変化させるために、コイル２１５上のタップ位置（図７）を調整することによって達成され得る。帯電端子Ｔ１に供給される電圧レベルも、電場強度を調整するために増減され得る。このことは、励起源２１２の出力電圧を調整すること、または、給電ネットワーク２０９を調整もしくは再構成することにより、達成することができる。たとえば、ＡＣ源２１２のためのタップ２２７の位置（図７）は、帯電端子Ｔ１に見られる電圧を増大させるように調整され得る。場の強度レベルを予め規定された範囲内に維持することにより、受信機による結合が向上し、接地電流の損失を低減し、また、他の誘導表面導波路プローブ２００からの伝達との干渉を避けることができる。
プローブ制御システム２３０は、ハードウェア、ファームウェア、ハードウェアによって実行されるソフトウェア、またはそれらの組合せによって実施され得る。たとえば、プローブ制御システム２３０は、プロセッサおよびメモリを含む処理回路を含み得る。プロセッサとメモリとの両方は、たとえば、当業者に理解され得るように、付随する制御／アドレスバスを伴うデータバスなどのローカルインターフェースに結合することができる。プローブの制御アプリケーションは、監視されている条件に基づいて誘導表面導波路プローブ２００の動作を調整するために、プロセッサによって実行することができる。プローブ制御システム２３０も、様々なモニタリングデバイスと通信するための１つまたは複数のネットワークインターフェースを含み得る。通信は、限定ではないが、ＬＡＮ、ＷＬＡＮ、セルラネットワーク、または他の適切な通信ネットワークなどのネットワークを通し得る。プローブ制御システム２３０は、たとえば、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、または同様の能力を有する他のシステムなどのコンピュータシステムを備えていてもよい。
再び図５Ａの例を参照すると、複素角度三角法が、ハンケル交差距離（Ｒｘ）における複素ブルースター角（θｉ、Ｂ）の帯電端子Ｔ１の入射電場（Ｅ）の光線光学的解釈に関して示されている。損失性導電性媒体に関して、ブルースター角が複素数であり、方程式（３８）によって特定されることを思い出してもらいたい。電気的に、幾何学的パラメータは、方程式（３９）により、帯電端子Ｔ１の電気的に有効な高さ（ｈｅｆｆ）によって関連付けられる。物理的高さ（ｈｐ）とハンケル交差距離（Ｒｘ）との両方が実量であるため、ハンケル交差距離における所望の誘導表面のウェーブチルト（ＷＲｘ）の角度は、複素有効高さ（ｈｅｆｆ）の位相（Φ）に等しい。物理的高さｈｐに位置し、適切な位相Φを有する電荷で励起された帯電端子Ｔ１により、結果として得られる電場は、ハンケル交差距離Ｒｘおよびブルースター角における損失性導電性媒体境界面に入射する。これら条件下で、誘導表面導波モードは、反射なしで、または実質的に無視できる反射で励起され得る。
しかし、方程式（３９）は、誘導表面導波路プローブ２００の物理的高さが比較的小さくなり得ることを意味している。このことは、誘導表面導波モードを励起する一方、自由電荷がほとんどなく、拘束された電荷が過度に大きくなる結果となり得る。これに対して補償するために、帯電端子Ｔ１は、自由電荷の量を増大させるために、適切な高さに上げられてもよい。１つの例示的経験則のように、帯電端子Ｔ１は、帯電端子Ｔ１の有効直径の約４〜５倍（またはそれより大）の高さに位置され得る。図６は、図５Ａに示した物理的高さ（ｈｐ）の上の、帯電端子Ｔ１を上昇させることの効果を示している。高さを上げることにより、ウェーブチルトが損失性導電性媒体に入射する距離を、ハンケル交差点１２１（図５Ａ）を越えるよう移動させる。誘導表面導波モードにおける結合を向上させるため、そしてひいては、誘導表面波の発信効率をより大きくするために、下方の補償端子Ｔ２が、ハンケル交差距離におけるウェーブチルトがブルースター角となるように、帯電端子Ｔ１の総有効高さ（ｈＴＥ）を調整するために使用され得る。
図１２を参照すると、損失性導電性媒体２０３によって与えられた面に対して直角である垂直軸ｚに沿って位置を上げて配置した帯電端子Ｔ１および下方の補償端子Ｔ２を含む誘導表面導波路プローブ２００ｃの例が示されている。これに関して、帯電端子Ｔ１は、補償端子Ｔ２の直上に配置されているが、２つ以上の帯電端子および／または補償端子ＴＮのいくつかの他の構成を使用することが可能である。誘導表面導波路プローブ２００ｃは、本開示の一実施形態に従って、損失性導電性媒体２０３の上に配置されている。損失性導電性媒体２０３は領域１を形成しており、領域２を形成する第２の媒体２０６が境界面を損失性導電性媒体２０３と共有している。
誘導表面導波路プローブ２００ｃは、励起源２１２を帯電端子Ｔ１および補償端子Ｔ２に結合する給電ネットワーク２０９を含んでいる。様々な実施形態によれば、特定の瞬間に端子Ｔ１と端子Ｔ２とに印加される電圧に応じて、電荷Ｑ１と電荷Ｑ２とが、それぞれの帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とに印加され得る。Ｉ１は、端子リードを介して帯電端子Ｔ１に電荷Ｑ１を供給する伝導電流であり、Ｉ２は、端子リードを介して補償端子Ｔ２に電荷Ｑ２を供給する伝導電流である。
図１２の実施形態によれば、帯電端子Ｔ１は、物理的高さＨ１において損失性導電性媒体２０３上に位置しており、補償端子Ｔ２は、物理的高さＨ２において、垂直軸ｚに沿ってＴ１の直下に位置している。ここで、Ｈ２はＨ１よりも小である。伝達構造の高さｈは、ｈ＝Ｈ１−Ｈ２として計算することができる。帯電端子Ｔ１は、絶縁された（または自己）静電容量Ｃ１を有し、補償端子Ｔ２は、絶縁された（または自己）静電容量Ｃ２を有する。相互静電容量ＣＭも、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に、その間の距離に応じて存在し得る。動作時には、電荷Ｑ１とＱ２とが、ある瞬間において帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とに印加された電圧に応じて、帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とにそれぞれ印加される。
次に図１３を参照すると、図１２の帯電端子Ｔ１および補償端子Ｔ２上の位置を上げて配置した電荷Ｑ１によって与えられた効果の光線光学的解釈が示されている。線１６３で示されるように、ハンケル交差点１２１よりも大である距離において光線が損失性導電性媒体とブルースター角で交差する高さに帯電端子Ｔ１が上げられると、補償端子Ｔ２は、増大した高さを補償することにより、ｈＴＥを調整するために使用され得る。補償端子Ｔ２の効果は、ハンケル交差距離におけるウェーブチルトが、線１６６によって示されているようなブルースター角であるように、誘導表面導波路プローブの電気的に有効な高さを低減する（または、損失性媒体界面を効果的に上昇させる）ことである。
総有効高さは、以下のように、帯電端子Ｔ１に関連付けられた上方有効高さ（ｈＵＥ）と、補償端子Ｔ２に関連付けられた下方有効高さ（ｈＬＥ）との重ね合わせとして記載され得る。
ここで、ΦＵは、上方の帯電端子Ｔ１に印加される位相遅れ、ΦＬは、下方の補償端子Ｔ２に印加される位相遅れ、β＝２π／λｐは、方程式（３５）からの伝播因子、ｈｐは、帯電端子Ｔ１の物理的高さ、ｈｄは、補償端子Ｔ２の物理的高さである。追加のリード長さを考慮する場合、それら長さは、以下に示すように、帯電端子のリード長さｚを帯電端子Ｔ１の物理的高さｈｐに加えるとともに、補償端子のリード長さｙを補償端子Ｔ２の物理的高さｈｄに加えることで対処され得る。
下方の有効高さは、総有効高さ（ｈＴＥ）を図５Ａの複素有効高さ（ｈｅｆｆ）と等しくなるように調整するために使用され得る。
方程式（８５）または（８６）は、ハンケル交差距離における所望のウェーブチルトを得るために、下方の補償端子Ｔ２のディスクの物理的高さ、および、端子に供給する位相角度を特定するのに使用され得る。たとえば、方程式（８６）は、以下を与えるように、補償端子の高さ（ｈｄ）の関数として帯電端子Ｔ１に印加される位相シフトとして書き直すことができる。
補償端子Ｔ２の位置決めを特定するために、上述の関係が利用され得る。第１に、総有効高さ（ｈＴＥ）は、方程式（８６）に示したように、上方の帯電端子Ｔ１の複素有効高さ（ｈＵＥ）と、下方の補償端子Ｔ２の複素有効高さ（ｈＬＥ）との重ね合わせである。次に、入射角の正接は、幾何学的に以下のように表され得る。
このことは、ウェーブチルトＷの規定に等しい。最後に、所望のハンケル交差距離Ｒｘの場合、ｈＴＥは、ハンケル交差点１２１において、入射光のウェーブチルトを複素ブルースター角に整合させるように調整され得る。このことは、たとえばｈｐ、ΦＵ、およびｈｄを調整することによって達成され得る。
これらの概念は、誘導表面導波路プローブの例をとって議論する場合に、よりよく理解されるであろう。図１４を参照すると、損失性導電性媒体２０３によって与えられた面に対してほぼ直角である垂直軸ｚに沿って配置された、上方の帯電端子Ｔ１（たとえば、高さｈＴにおける球）と、下方の補償端子Ｔ２（たとえば、高さｈｄのディスク）を含む誘導表面導波路プローブ２００ｄの例が図示されている。動作時には、電荷Ｑ１と電荷Ｑ２とが、特定の瞬間に端子Ｔ１と端子Ｔ２とに印加される電圧に応じて、帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とにそれぞれ印加される。
ＡＣ源２１２は、誘導表面導波路プローブ２００ｄに、たとえば螺旋コイルなどのコイル２１５を備えた給電ネットワーク２０９を通して結合した、帯電端子Ｔ１のための励起源として作用する。ＡＣ源２１２は、図１４に示すように、コイル２１５の下方部分を越えてタップ２２７を通して接続され得るか、一次コイルによってコイル２１５に誘導的に結合され得る。コイル２１５は、第１の端部で接地杭２１８に結合され得、第２の端部において帯電端子Ｔ１に結合され得る。いくつかの実施態様では、帯電端子Ｔ１への接続は、コイル２１５の第２の端部において、タップ２２４を使用して調整され得る。補償端子Ｔ２は、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地面または地球）上に、損失性導電性媒体２０３とほぼ水平に配置され、コイル２１５に結合したタップ２３３を通して給電される。コイル２１５と接地杭２１８との間に位置する電流計２３６は、誘導表面導波路プローブの基における電流の大きさ（Ｉ０）の表示を提供するのに使用され得る。代替的には、電流の大きさ（Ｉ０）の表示を得るために、電流固定が、接地杭２１８に結合した導電体周りで使用することができる。
図１４の例では、コイル２１５は、第１の端部で接地杭２１８に結合し、第２の端部において垂直供給線導体２２１を介して帯電端子Ｔ１に結合している。いくつかの実施態様では、図１４に示すように、帯電端子Ｔ１への接続は、コイル２１５の第２の端部において、タップ２２４を使用して調整され得る。コイル２１５は、コイル２１５の下方部分において、タップ２２７を通してＡＣ源２１２によって動作周波数で通電され得る。他の実施態様では、ＡＣ源２１２は、一次コイルを通してコイル２１５に誘導的に結合され得る。補償端子Ｔ２は、コイル２１５に結合したタップ２３３を通して給電される。コイル２１５と接地杭２１８との間に位置する電流計２３６は、誘導表面導波路プローブ２００ｄの基における電流の大きさの表示を提供するのに使用され得る。代替的には、電流の大きさの表示を得るために、電流固定が、接地杭２１８に結合した導電体周りで使用することができる。補償端子Ｔ２は、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地面）上に、損失性導電性媒体２０３とほぼ水平に配置されている。
図１４の例では、帯電端子Ｔ１との接続部は、コイル２１５上の、補償端子Ｔ２のためのタップ２３３の接続ポイントの上に位置している。そのような調整により、増大した電圧（そしてひいては、より高い電荷Ｑ１）を上方の帯電端子Ｔ１に印加することが可能である。他の実施形態では、帯電端子Ｔ１の接続点と補償端子Ｔ２の接続点とが逆になり得る。誘導表面導波路プローブ２００ｄの総有効高さ（ｈＴＥ）を、ハンケル交差距離Ｒｘにおいて誘導表面ウェーブチルトを有する電場を励起するように調整することが可能である。ハンケル交差距離も、方程式（２０ｂ）および（２１）の大きさを−ｊγρに関して等しくし、図４によって示されるように、Ｒｘに関して解くことによって見出され得る。屈折率（ｎ）、複素ブルースター角（θｉ、Ｂおよびψｉ、Ｂ）、ウェーブチルト（｜Ｗ｜ｅｊΨ）、ならびに複素有効高さ（ｈｅｆｆ＝ｈｐeｊΦ）は、上の方程式（４１）〜（４４）に関して記載したように特定され得る。
選択された帯電端子Ｔ１の構成では、球の直径（または有効な球の直径）が特定され得る。たとえば、帯電端子Ｔ１が球として構成されていない場合、端子の構成は、有効な球の直径を有する球状の静電容量としてモデル化することができる。帯電端子Ｔ１のサイズは、端子に印加される電荷Ｑ１のための十分に大きい表面を提供するように選択され得る。通常は、帯電端子Ｔ１を実施できる程度に大きく形成することが望ましい。帯電端子Ｔ１のサイズは、周囲の空気のイオン化を避けるために十分に大きいものとする。周囲の空気のイオン化は、帯電端子の周囲での放電またはスパーキングに繋がり得る。帯電端子Ｔ１上の拘束された電荷の量を低減するために、誘導表面波を発するための帯電端子Ｔ１に自由電荷を提供する所望の高さは、損失性導電性媒体（たとえば、地球）上の、有効な球の直径の少なくとも４〜５倍であるものとする。補償端子Ｔ２は、Ｒｘにおいて誘導表面ウェーブチルトを有する電場を励起するように、誘導表面導波路プローブ２００ｄの総有効高さ（ｈＴＥ）を調整するために使用され得る。補償端子Ｔ２は、ｈｄ＝ｈＴ−ｈｐで帯電端子Ｔ１の下に配置され得る。ここで、ｈＴは、帯電端子Ｔ１の総物理的高さである。補償端子Ｔ２の位置が固定され、位相遅れΦＵが上方の帯電端子Ｔ１に印加されると、下方の補償端子Ｔ２に印加される位相遅れΦＬが、以下のように、方程式（８６）の関係を使用して特定され得る。
代替的実施形態では、補償端子Ｔ２は、高さｈｄに配置され得る。ここで、Ｉｍ｛ΦＬ｝＝０である。このことは、ΦＵの実数部分と虚数部分とのそれぞれのプロット１７２とプロット１７５とを示す図１５Ａに図示されている。補償端子Ｔ２は、プロット１７２に図示するように、高さｈｄに配置されている。ここで、Ｉｍ｛ΦＵ｝＝０である。この固定された高さでは、コイルの位相ΦＵは、プロット１７５に図示するように、Ｒｅ｛ΦＵ｝から特定され得る。
ＡＣ源２１２がコイル２１５（たとえば、結合を最大化する５０Ωのポイント）に結合していると、タップ２３３の位置は、動作周波数におけるコイルの少なくとも一部分との、補償端子Ｔ２の並列共振のために調整され得る。図１５Ｂは、図１４の概略的な電気接続図の概略図を示している。図中、Ｖ１は、ＡＣ源２１２からタップ２２７を通してコイル２１５の下方部分に印加される電圧、Ｖ２は、上方の帯電端子Ｔ１に供給される、タップ２２４における電圧、Ｖ３は、タップ２３３を通して下方の補償端子Ｔ２に印加される電圧である。抵抗Ｒｐと抵抗Ｒｄとは、帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とのそれぞれの帰地抵抗を示している。帯電端子Ｔ１および補償端子Ｔ２は、球、円筒、トロイド、リング、フード、または、静電容量の構造の任意の他の組合せとして構成することができる。帯電端子Ｔ１および補償端子Ｔ２のサイズは、各端子に印加される電荷Ｑ１および電荷Ｑ２のための十分に大きい表面を提供するように選択され得る。通常は、帯電端子Ｔ１を実施できる程度に大きく形成することが望ましい。帯電端子Ｔ１のサイズは、周囲の空気のイオン化を避けるために十分に大きいものとする。周囲の空気のイオン化は、帯電端子の周囲での放電またはスパーキングに繋がり得る。帯電端子Ｔ１と補償端子Ｔ２とのそれぞれの自己容量Ｃｐと自己容量Ｃｄとは、たとえば、方程式（２４）を使用して特定され得る。
図１５Ｂに見て取ることができるように、共振回路は、コイル２１５のインダクタンスの少なくとも一部分、補償端子Ｔ２の自己容量Ｃｄ、および補償端子Ｔ２に関連付けられた帰地抵抗Ｒｄで形成されている。並列共振は、補償端子Ｔ２に印加される電圧Ｖ３を調整すること（たとえば、コイル２１５上のタップ２３３の位置を調整すること）、または、補償端子Ｔ２の高さおよび／もしくはサイズを調整してＣｄを調整することにより、達成され得る。コイルのタップ２３３の位置は、並列共振のために調整され得る。このことは、接地杭２１８を通るとともに電流計２３６を通る接地電流が最大点に達する結果となる。補償端子Ｔ２の並列共振が確立された後に、ＡＣ源２１２のためのタップ２２７の位置は、コイル２１５上の５０Ωの点に調整され得る。
コイル２１５からの電圧Ｖ２は、帯電端子Ｔ１に印加することができ、タップ２２４の位置は、総有効高さ（ｈＴＥ）の位相（Φ）が、ハンケル交差距離（Ｒｘ）における誘導表面のウェーブチルト（ＷＲｘ）の角度にほぼ等しくなるように調整され得る。コイルのタップ２２４の位置は、この動作点に達するまで調整され得る。このことは、電流計２３６を通る接地電流が最大点に増大する結果となる。この点において、誘導表面導波路プローブ２００ｄによって励起されて得られる場は、結果として、損失性導電性媒体２０３の表面上の誘導表面導波モードにほぼモード整合しており、誘導表面波を損失性導電性媒体２０３の表面に沿って発する。このことは、誘導表面導波路プローブ２００から延びる放射線に沿って場の強度を測定することにより、証明され得る。
補償端子Ｔ２を含む回路の共振は、帯電端子Ｔ１の取付け、および／または、タップ２２４を通して帯電端子Ｔ１に印加される電圧の調整とともに変化する場合がある。共振のための補償端子回路の調整が、次の帯電端子の接続の調整の助けになるが、ハンケル交差距離（Ｒｘ）における誘導表面ウェーブチルト（ＷＲｘ）を確立することは不要である。システムは、ＡＣ源２１２に関するタップ２２７の位置を、コイル２１５上の５０Ωの点になるように繰返し調整することと、タップ２３３の位置を、電流計２３６を通る接地電流を最大化するように調整することとにより、結合を向上させるようにさらに調整することができる。補償端子Ｔ２を含む回路の共振は、タップ２２７およびタップ２３３の位置が調整されるにつれて、または他の要素がコイル２１５に取り付けられる場合に、ドリフトする場合がある。
他の実施態様では、コイル２１５からの電圧Ｖ２は、帯電端子Ｔ１に印加することができ、タップ２３３の位置は、総有効高さ（ｈＴＥ）の位相（Φ）が、Ｒｘにおける誘導表面ウェーブチルトの角度（Ψ）にほぼ等しくなるように調整され得る。コイルのタップ２２４の位置は、この動作点に達するまで調整され得、電流計２３６を通る接地電流が最大点に実質的に到達する結果となる。結果として得られる場は、損失性導電性媒体２０３の表面上の誘導表面導波モードにほぼモード整合しており、誘導表面波は、損失性導電性媒体２０３の表面に沿って発せられる。このことは、誘導表面導波路プローブ２００から延びる放射線に沿って場の強度を測定することにより、証明され得る。システムは、ＡＣ源２１２に関するタップ２２７の位置を、コイル２１５上の５０Ωの点になるように繰返し調整することと、タップ２２４および／またはタップ２３３の位置を、電流計２３６を通る接地電流を最大化するように調整することとにより、結合を向上させるようにさらに調整することができる。
再び図１２を参照すると、誘導表面導波路プローブ２００の動作を、誘導表面導波路プローブ２００と関連付けられた動作条件の変化に関して調整するために制御してもよい。たとえば、プローブ制御システム２３０は、誘導表面導波路プローブ２００の動作を制御するために、給電ネットワーク２０９、ならびに／または、帯電端子Ｔ１および／もしくは補償端子Ｔ２の位置決めを制御するように使用され得る。動作条件には、限定しないが、損失性導電性媒体２０３の特性（たとえば、導電性σおよび相対誘電率εｒ）の変化、場の強度の変化、および／または誘導表面導波路プローブ２００の負荷の変化が含まれ得る。方程式（４１）〜（４４）から見て取ることができるように、屈折率（ｎ）、複素ブルースター角（θｉ、Ｂおよびψｉ、Ｂ）、ウェーブチルト（｜Ｗ｜ｅｊΨ）、ならびに複素有効高さ（ｈｅｆｆ＝ｈｐｅｊΦ）は、たとえば天気の条件からの、土の導電性および誘電率の変化によって影響され得る。
たとえば導電性測定プローブ、誘電率センサ、グラウンド・パラメータ・メータ、フィールドメータ、電流モニタ、および／または負荷受信機などの設備が、動作条件の変化について監視し、現在の動作条件に関する情報をプローブ制御システム２３０に提供するために使用され得る。プローブ制御システム２３０はこのため、誘導表面導波路プローブ２００に関する特定の動作条件を維持するために、誘導表面導波路プローブ２００に１つまたは複数の調整を行うことができる。たとえば、湿度および温度が変化するにつれて、土の導電性も変化する。導電性測定プローブおよび／または誘電率センサは、誘導表面導波路プローブ２００周りの複数の位置に配置されてもよい。概して、動作周波数に関するハンケル交差距離Ｒｘ、またはその上の導電性および／または誘電率を監視することが望ましい。導電性測定プローブおよび／または誘電率センサは、誘導表面導波路プローブ２００周りの複数の位置（たとえば、各象限）に配置されてもよい。
図１６を参照すると、垂直軸ｚに沿って配置された、帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２を含む誘導表面導波路プローブ２００ｅの例が示されている。誘導表面導波路プローブ２００ｅは、領域１を形成する損失性導電性媒体２０３の上に配置されている。さらに、第２の媒体２０６は、境界面を損失性導電性媒体２０３と共有し、領域２を形成している。帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２は、損失性導電性媒体２０３上に配置されている。帯電端子Ｔ１は、物理的高さＨ１に位置しており、帯電端子Ｔ２は、物理的高さＨ２において、垂直軸ｚに沿ってＴ１の直下に配置されている。ここで、Ｈ２はＨ１よりも小である。誘導表面導波路プローブ２００ｅによって与えられる伝達構造の高さｈは、ｈ＝Ｈ１−Ｈ２である。誘導表面導波路プローブ２００ｅは、励起源２１２を帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２に結合する給電ネットワーク２０９を含んでいる。
帯電端子Ｔ１および／または帯電端子Ｔ２は、電荷を保持することが可能である導電性の物質を含んでいる。この物質は、実際に可能な範囲で最大限の電荷を保持するようなサイズとすることができる。帯電端子Ｔ１は、自己容量Ｃ１を有しており、帯電端子Ｔ２は、自己容量Ｃ２を有している。これら自己容量は、たとえば方程式（２４）を使用して特定され得る。帯電端子Ｔ２の直上の帯電端子Ｔ１の配置により、相互静電容量ＣＭが帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２との間に形成される。帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とは同一である必要はないが、各々が別々のサイズおよび形状を有していてよく、異なる導電性材料を含み得ることに留意されたい。最終的に、誘導表面導波路プローブ２００ｅによって発せられる誘導表面波の場の強度は、端子Ｔ１の電荷の量に正比例している。電荷Ｑ１は、このため、Ｑ１＝Ｃ１Ｖであることから、帯電端子Ｔ１に関連付けられた自己容量Ｃ１に比例している。ここで、Ｖは帯電端子Ｔ１に印加される電圧である。
予め規定された動作周波数において動作するように適切に調整されている場合、誘導表面導波路プローブ２００ｅは、損失性導電性媒体２０３の表面に沿って誘導表面波を生成する。励起源２１２は、構造を励起するために誘導表面導波路プローブ２００ｅに印加される、予め規定された周波数において、電気エネルギを生じ得る。誘導表面導波路プローブ２００ｅによって生じる電磁場が、損失性導電性媒体２０３とほぼモード整合している場合、電磁場は、複素ブルースター角における入射波面を実質的に合成し、反射がほとんどないか、反射しない結果となる。したがって、表面導波路プローブ２００ｅは、放射波を生成しないが、損失性導電性媒体２０３の表面に沿って誘導表面進行波を発する。励起源２１２からのエネルギは、Ｚｅｎｎｅｃｋの表面電流として、誘導表面導波路プローブ２００ｅの有効伝達範囲内に位置する１つまたは複数の受信機に伝達され得る。
損失性導電性媒体２０３の表面上の放射Ｚｅｎｎｅｃｋ表面電流Ｊρ（ρ）の漸近線を近傍のＪ１（ρ）および遠方のＪ２（ρ）として特定することができる。
ここで、Ｉ１は、第１の帯電端子Ｔ１に電荷Ｑ１を供給する伝導電流であり、Ｉ２は、第２の帯電端子Ｔ２に電荷Ｑ２を供給する伝導電流である。上方の帯電端子Ｔ１の電荷Ｑ１は、Ｑ１＝Ｃ１Ｖ１によって特定される。ここで、Ｃ１は帯電端子Ｔ１の絶縁静電容量である。ここで、Ｅρ Ｑ１／Ｚρによって与えられる、上に説明したＪ１のための第３の要素が存在することに留意されたい。これは、Ｌｅｏｎｔｏｖｉｃｈ境界条件からくる、第１の帯電端子Ｑ１の位置を上げて配置した振動電荷の準静的場によってポンピングされる損失性導電性媒体２０３の放射電流に由来するものである。Ｚρ＝ｊωμ０／γｅの量は、損失性導電性媒体の放射インピーダンスであり、ここで、γｅ＝（ｊωμ１σ１−ω２μ１ε１）１／２である。
方程式（９０）と（９１）とによって説明した放射電流の近傍と遠方とを示す漸近線は複素数である。様々な実施形態によれば、物理表面電流Ｊ（ρ）は、大きさおよび位相が電流の漸近線にできる限り近くに整合するように合成される。すなわち、近傍の｜Ｊ（ρ）｜は、｜Ｊ１｜の正接になり、遠方の｜Ｊ（ρ）｜は、｜Ｊ２｜の正接になる。やはり、様々な実施形態によれば、Ｊ（ρ）の位相は、遠方のＪ２の位相に対する近傍のＪ１の位相からの遷移であるものとする。
伝達の場面において誘導表面波モードを、誘導表面波を発するように整合させるために、遠方の｜Ｊ２｜の表面電流の位相は、近傍の｜Ｊ２｜の表面電流の位相から、ｅ−ｊβ（ρ２−ρ１）と、約４５度または２２５度の定数との和に対応する伝播位相だけ異なっているものとする。この理由は、√γに関して２つの根があり、１つはπ／４の近くであり、１つは５π／４の近くであるからである。適切に調整された合成放射表面電流は以下のようになる。
この方程式は方程式（１７）と一致していることに留意されたい。マクスウェル方程式により、Ｊ（ρ）などの表面電流が自動的に、以下に適合する場を自動的に形成する。
したがって、整合されることになる誘導表面波モードに関する、遠方の表面電流｜Ｊ２｜の位相と、近傍の表面電流｜Ｊ１｜との間の位相差は、方程式（１）〜（３）と一致している方程式（９３）〜（９５）にハンケル関数の特性に基づいている。方程式（１）〜（６）および（１７）、ならびに方程式（９２）〜（９５）によって表される場が、地上波の伝播に関連付けられた放射場ではなく、損失性界面に束縛された伝達線モードの性質を有していることを確認することは重要である。
所与の位置における誘導表面導波路プローブ２００ｅの所与の設計に関する適切な電圧の大きさおよび位相を得るために、反復法を使用することができる。具体的には、端子Ｔ１および端子Ｔ２への供給電流、帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２の電荷、および、それらの損失性導電性媒体２０３における鏡像を考慮して、誘導表面導波路プローブ２００ｅの所与の励起および構成について分析を行い、発生した径方向表面電流密度を特定することができる。このプロセスを、所与の誘導表面導波路プローブ２００ｅに関する最適な構成および励起が所望のパラメータに基づいて特定されるまで繰返し実施することができる。所与の誘導表面導波路プローブ２００ｅが最適なレベルで動作しているかどうかの特定を補助するために、誘導場の強度曲線１０３（図１）は、誘導表面導波路プローブ２００ｅの位置における領域１の導電性（σ１）および領域１の誘電率（ε１）に関する値に基づき、方程式（１）〜（１２）を使用して生成することができる。そのような誘導場の強度曲線１０３は、測定された場の強度を、誘導場の強度曲線１０３によって示された大きさと比較することにより最適な伝達が達成されているかを判定することを可能とし、動作に関する基準を提供し得る。
最適な条件に達するために、誘導表面導波路プローブ２００ｅに関連付けられた様々なパラメータを調整することができる。誘導表面導波路プローブ２００ｅを調整するよう変化させることができるパラメータの１つは、損失性導電性媒体２０３の表面に対する、帯電端子Ｔ１および／または帯電端子Ｔ２の一方または両方の高さである。さらに、帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２との間の距離または間隔も調整することができる。そのようにする場合、帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２と、損失性導電性媒体２０３との間の相互静電容量ＣＭまたは任意の拘束静電容量を、最小化する別様に変更できることが分かる。帯電端子Ｔ１および／または帯電端子Ｔ２のそれぞれのサイズも、調整され得る。帯電端子Ｔ１および／または帯電端子Ｔ２のサイズを変化させることにより、それぞれの自己容量Ｃ１および／または自己容量Ｃ２、ならびに相互静電容量ＣＭを変更できることが分かる。
さらにまた、調整可能である別のパラメータは、誘導表面導波路プローブ２００ｅに関連付けられた給電ネットワーク２０９である。このことは、給電ネットワーク２０９を形成する誘導的および／または静電容量のリアクタンスのサイズを調整することにより、達成することができる。たとえば、そのような誘導的リアクタンスがコイルを備えている場合、そのようなコイルの巻き数を調整することができる。最終的に、給電ネットワーク２０９に対する調整は、給電ネットワーク２０９の電気的長さを変更し、それにより、帯電端子Ｔ１およびＴ２の電圧の大きさおよび位相に影響するために行われ得る。
様々な調整を行うことによって行われる伝達の繰返しが、コンピュータモデルを使用することによって、または、物理的構造を調整することによって、実施可能であることに留意されたい。上述の調整を行うことにより、上に説明した方程式（９０）および（９１）に特定された誘導表面波モードの同じ電流Ｊ（ρ）に近似する、対応する「近傍」表面電流Ｊ１と「遠方」表面電流Ｊ２とを形成することができる。そのようにする際に、結果として得られる電磁場は、損失性導電性媒体２０３の表面上の誘導表面波モードに、実質的またはほぼモード整合している。
図１６の例には示されていないが、誘導表面導波路プローブ２００ｅの動作は、誘導表面導波路プローブ２００と関連付けられた動作条件の変化に関して調整するために制御することができる。たとえば、図１２に示すプローブ制御システム２３０は、誘導表面導波路プローブ２００ｅの動作を制御するために、給電ネットワーク２０９ならびに／または、帯電端子Ｔ１および／もしくは帯電端子Ｔ２の位置決めおよび／もしくはサイズを制御するように使用され得る。動作条件には、限定しないが、損失性導電性媒体２０３の特性（たとえば、導電性σおよび相対誘電率εｒ）の変化、場の強度の変化、および／または誘導表面導波路プローブ２００ｅの負荷の変化が含まれ得る。
ここで図１７を参照すると、ここでは誘導表面導波路プローブ２００ｆとして示された図１６の誘導表面導波路プローブ２００ｅの例が示されている。誘導表面導波路プローブ２００ｆは、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地球）によって与えられた面に対してほぼ直角である垂直軸ｚに沿って配置された帯電端子Ｔ１およびＴ２を含み得る。第２の媒体２０６は、損失性導電性媒体２０３の上に位置している。帯電端子Ｔ１は自己容量Ｃ１を有しており、帯電端子Ｔ２は自己容量Ｃ２を有している。動作時には、電荷Ｑ１と電荷Ｑ２とが、特定の瞬間において帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とに印加される電圧に応じて、帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とにそれぞれ印加される。相互静電容量ＣＭは、帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２との間に、その間の距離に応じて存在するようにしてよい。さらに、拘束静電容量は、損失性導電性媒体２０３に対するそれぞれの帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２の高さに基づき、それぞれの帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２と、損失性導電性媒体２０３との間に存在するようにしてよい。
誘導表面導波路プローブ２００ｆは、帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とのそれぞれに結合された一対のリードを有するコイルＬ１ａを備えている誘導インピーダンスを備えた給電ネットワーク２０９を含んでいる。一実施形態では、コイルＬ１ａは、誘導表面導波路プローブ２００ｆの動作周波数における波長の２分の１（１／２）の電気的長さを有するように特定されている。
コイルＬ１ａの電気的長さは動作周波数における波長の約２分の１（１／２）に設定するが、コイルＬ１ａは、他の値における電気的長さによって設定してもよいことを理解されたい。一実施形態によれば、コイルＬ１ａが、動作周波数において波長の約２分の１の電気的長さを有するという事実により、帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とに最大電圧差が形成されることの利点が与えられる。それにも関わらず、コイルＬ１ａの長さまたは直径は誘導表面波モードの最適な励起を得るように、誘導表面導波路プローブ２００ｆを調整する場合に増減してもよい。コイルの長さの調整は、コイルの一方または両方の端部に位置するタップによって提供することができる。他の実施形態では、誘導インピーダンスが、誘導表面導波路プローブ２００ｆの動作周波数における波長の１／２より著しく小さいか大きい電気的長さを有するように設定することができる。
励起源２１２は、給電ネットワーク２０９に磁気結合によって結合され得る。具体的には、励起源２１２は、コイルＬ１ａに誘導的に結合したコイルＬＰに結合されている。このことは、リンク結合、タップが置かれたコイル、可変リアクタンス、または他の結合の手法によって行うことができることが分かる。このため、コイルＬＰは、一次コイルとして作用し、コイルＬ１ａは二次コイルとして作用することが分かる。
所望の誘導表面波の伝達のための誘導表面導波路プローブ２００ｆを調整するために、それぞれの帯電端子Ｔ１および帯電端子Ｔ２の高さは、損失性導電性媒体２０３に対して、および、互いに対して変更してもよい。帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２とのサイズも変更することができる。さらに、コイルＬ１ａのサイズは、巻き数を増やすか減らすこと、または、コイルＬ１ａのいくつかの他の寸法を変更することによって変更することができる。コイルＬ１ａは、図１７に示すように、電気的長さを調整するための１つまたは複数のタップをも含み得る。帯電端子Ｔ１と帯電端子Ｔ２のいずれかに接続されたタップの位置も調整され得る。
次に図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、および１９を参照すると、無線給電システムにおいて表面で誘導波を使用するための概略化された受信回路の例が示されている。図１８Ａと図１８Ｂ〜１８Ｃとは、線形プローブ３０３と同調共振器３０６とをそれぞれ示している。図１９は、本開示の様々な実施形態に係る磁気コイル３０９である。様々な実施形態によれば、線形プローブ３０３、同調共振器３０６、および磁気コイル３０９の各々が、様々な実施形態に係る、損失性導電性媒体２０３の表面上の、誘導表面波の形態で伝達された電力を受信するために採用することができる。上述のように、一実施形態では、損失性導電性媒体２０３は、陸上媒体（すなわち地球）を含んでいる。
特に図１８Ａを参照すると、線形プローブ３０３の出力端子３１２における開回路端子の電圧は、線形プローブ３０３の有効高さに基づいている。このため、端子点の電圧は、以下のように計算することができる。
ここで、Ｅｉｎｃは、ボルト毎メートルでの、線形プローブ３０３に印加された入射電場の強度であり、ｄｌは、線形プローブ３０３の方向に沿う積分要素であり、ｈeは、線形プローブ３０３の有効高さである。電気的負荷３１５は、インピーダンス整合ネットワーク３１８を通して出力端子３１２に結合されている。
線形プローブ３０３が上述のように誘導表面波を受ける場合、可能性のあるケースとして、共役インピーダンス整合ネットワーク３１８を通して電気的負荷３１５に印加することができる出力端子３１２の両側の電圧が生じる。電気的負荷３１５への電力の流れを促進するために、電気的負荷３１５は、以下に記載するように、線形プローブ３０３に、実質的にインピーダンスが整合するものとする。
図１８Ｂを参照すると、誘導表面波のウェーブチルトに等しい位相シフトを保持する接地電流励起コイル３０６ａは、損失性導電性媒体２０３上に位置を上げて配置した（またはつるした）帯電端子ＴＲを含んでいる。帯電端子ＴＲは、自己容量ＣＲを有している。さらに、帯電端子ＴＲと損失性導電性媒体２０３との間にも、損失性導電性媒体２０３上の帯電端子ＴＲの高さに基づき、拘束静電容量（図示せず）が存在する場合がある。拘束静電容量は、好ましくは、実際に可能である限り最小化されるものとする。しかし、このことは、すべての場合において全体的に必要ではない場合がある。
同調共振器３０６ａも、位相シフトΦを有するコイルＬＲを備えた受信機ネットワークを含んでいる。コイルＬＲの一方の端部は、帯電端子ＴＲに結合しており、コイルＬＲの他方の端部は、損失性導電性媒体２０３に結合している。受信機ネットワークは、コイルＬＲを帯電端子ＴＲに結合する垂直供給線導体を含み得る。このため、コイルＬＲ（同調共振器ＬＲ−ＣＲとも呼ばれる場合がある）は、帯電端子ＣＲとコイルＬＲとが連続して配置されるように列が調整された共振器を備えている。コイルＬＲの位相遅れは、帯電端子ＴＲのサイズおよび／もしくは高さを変更すること、ならびに／または、構造の位相ΦがウェーブチルトΨの角度にほぼ等しくなるように、コイルＬＲのサイズを調整することにより、調整され得る。垂直供給線の位相遅れも、たとえば、導電体の長さを変更することにより、調整することができる。
たとえば、自己容量ＣＲによって与えられたリアクタンスは、１／ｊωＣＲとして計算される。構造３０６ａの総静電容量も、帯電端子ＴＲと損失性導電性媒体２０３との間の静電容量を含んでもよいことに留意されたい。ここで、構造３０６ａの総静電容量は、自己容量ＣＲと、任意の拘束静電容量との両方から計算できることが分かる。一実施形態によれば、帯電端子ＴＲは、あらゆる拘束静電容量を実質的に低減するか除去するように、ある高さに上げて配置することができる。拘束静電容量の存在は、すでに論じたように、帯電端子ＴＲと損失性導電性媒体２０３との間の静電容量測定から判定することができる。
別個の要素のコイルＬＲによって与えられる誘導リアクタンスは、ｊωＬとして計算することができる。ここで、Ｌは、コイルＬＲの集中素子としてのインダクタンスである。コイルＬＲが分布素子である場合、その等価の端子点の誘導リアクタンスを、従来の手法によって特定することができる。構造３０６ａを同調させるために、動作周波数において表面導波路にモード整合させる目的のために、位相遅れがウェーブチルトに等しくなるように調整することになる。この条件下では、受信構造は、表面導波路と「モード整合した」と見なしてよい。構造および／またはインピーダンス整合ネットワーク３２４周りのトランスのリンクは、電力を負荷に繋げるために、プローブと電気的負荷３２７との間に挿入することができる。インピーダンス整合ネットワーク３２４をプローブ端子３２１と電気的負荷３２７との間に挿入することは、電気的負荷３２７への最大電力の伝達のための共役整合した条件に影響し得る。
動作周波数における表面電流が存在する中に置かれると、電力は、表面誘導波から電気的負荷３２７に送られる。このために、電気的負荷３２７は、磁気結合、静電容量結合、または導電性（直接タップによる）結合により、構造３０６ａに結合することができる。結合ネットワークの要素は、集中素子であるか分布素子としてよいことが分かる。
図１８Ｂに示す実施形態では、磁気結合が採用されている。ここでは、コイルＬＳが、トランス一次コイルとして作用するコイルＬＲに対する二次コイルとして配置されている。コイルＬＳは、同じコア構造周りにコイルを幾何学的に巻くこと、および、結合した磁束を調整することにより、コイルＬＲにリンク結合することができる。さらに、受信構造３０６ａが連続同調共振器を備えているが、並列同調共振器または、適切な位相遅れを有する分布要素共振器さえも、やはり使用することができる。
電磁場に浸されている受信構造が、場からのエネルギと結合する場合があるが、極性が整合した構造が、結合を最大化することにより、最もよく作用することが分かる。ここでは、導波モードへのプローブ結合に関する従来のルールが見られる。たとえば、ＴＥ２０（横方向電気モード）導波路プローブが、ＴＥ２０モードで励起された従来の導波路からエネルギを抽出するのに最適である場合がある。同様に、これら場合では、モード整合し、位相整合した受信構造は、表面で誘導波からの電力を結合するために最適化され得る。損失性導電性媒体２０３の表面上の、誘導表面導波路プローブ２００によって励起された誘導表面波は、開いた導波路の導波モードと見なされ得る。導波路の損失を除き、電源のエネルギが完全に回復され得る。有用な受信構造は、Ｅ場結合されたか、Ｈ場結合されたか、表面電流が励起される場合がある。
受信構造は、受信構造の近くでの損失性導電性媒体２０３の局所的特性に基づいて、誘導表面波との結合を増大するか最大化するように調整され得る。これを達成するために、受信構造の位相遅れ（Φ）は、受信構造における表面進行波のウェーブチルトの角度（Ψ）に整合するように調整され得る。適切に構成された場合、受信構造は、複素深さｚ＝−ｄ／２における完全導電性の像基底面と共振するよう同調させることができる。
たとえば、図１８Ｂの同調共振器３０６ａを備え、コイルＬＲ、および、コイルＬＲと帯電端子ＴＲとの間に接続された垂直供給線を含む受信構造を考慮する。帯電端子ＴＲが、損失性導電性媒体２０３の上の規定の高さに位置していると、コイルＬＲおよび垂直供給線の総位相シフトΦは、同調共振器３０６ａの位置におけるウェーブチルトの角度（Ψ）に整合し得る。方程式（２２）から、ウェーブチルトが漸近的に以下となることを見て取ることができる。
ここで、εｒは相対誘電率を含んでおり、σ１は、受信構造の位置における損失性導電性媒体２０３の導電率であり、ε０は自由空間の誘電率である。また、ω＝２πｆであり、ここで、ｆは励起周波数である。したがって、ウェーブチルトの角度（Ψ）は、方程式（９７）から特定され得る。
同調共振器３０６ａの総位相シフト（Φ＝θｃ+θｙ）は、コイルＬＲを通しての位相遅れ（θｃ）と、垂直供給線（θｙ）の位相遅れとの両方を含んでいる。垂直供給線の導体長さｌｗに沿う空間的な位相遅れは、θｙ＝βｗｌｗによって与えられ得る。ここで、βｗは、垂直供給線導体に関する伝播位相定数である。コイル（または螺旋遅れ線）に起因する位相遅れはθｃ＝βｐｌＣであり、ｌＣは物理的長さであり、以下は伝播因子である。
ここで、Ｖｆは構造上の速度因子であり、λ０は供給周波数における波長であり、λｐは、速度因子Ｖｆの結果としての伝播波長である。一方または両方の位相遅れ（θｃ+θｙ）は、位相シフトΦをウェーブチルトの角度（Ψ）に整合させるように調整され得る。たとえば、タップの位置は、総位相シフトをウェーブチルトの角度に整合させる（Φ＝Ψ）ようにコイルの位相遅れ（θｃ）を調整するために、図１８ＢのコイルＬＲ上で調整することができる。たとえば、コイルの一部分は、図１８Ｂに示すように、タップ接続によってバイパスされ得る。垂直供給線導体も、コイルＬＲにタップを介して接続され得る。タップのコイル上の位置は、総位相シフトをウェーブチルトの角度に整合させるように、調整することができる。
同調共振器３０６ａの位相遅れ（Φ）が調整されると、帯電端子ＴＲのインピーダンスは、複素深さｚ＝−ｄ／２における完全導電性の像基底面に関する共振に同調するように調整され得る。このことは、コイルＬＲおよび垂直供給線の進行波位相遅れを変化させることなく、帯電端子Ｔ１の静電容量を調整することにより、達成され得る。この調整は、図９Ａおよび９Ｂに関して記載した調整に類似している。
複素像平面に対する、損失性導電性媒体２０３を「見下ろす」ように見られるインピーダンスは、以下によって与えられる。
ここで、β０＝ω√（μ０ε０）である。地球上の垂直に偏光された供給源に関して、複素像平面の深さは以下によって与えられ得る。
ここで、μ１は損失性導電性媒体２０３の透磁性であり、ε１＝εｒε０である。
ここで、ＣＲは、帯電端子ＴＲの自己容量であり、同調共振器３０６ａの垂直供給線導体を「見上げている」ように見られるインピーダンスは、以下によって与えられる。
また、同調共振器３０６ａのコイルＬＲを「見上げている」ように見られるインピーダンスは、以下によって与えられる。
損失性導電性媒体２０３を「見下ろす」ように見られる無効分（Ｘｉｎ）を、同調共振器３０６ａを「見上げる」ように見られる無効分（Ｘｂａｓｅ）に整合させることにより、誘導表面導波モードへの結合を最大化することができる。
次に図１８Ｃを参照すると、受信構造の頂部に帯電端子ＴＲを含まない同調共振器３０６ｂの例が示されている。この実施形態では、同調共振器３０６ｂは、コイルＬＲと帯電端子ＴＲとの間に結合した垂直供給線を含んでいない。したがって、同調共振器３０６ｂの総位相シフト（Φ）は、コイルＬＲを通しての位相遅れ（θｃ）のみを含んでいる。図１８Ｂの同調共振器３０６ａのように、コイルの位相遅れθｃは、方程式（９７）から特定されたウェーブチルトの角度（Ψ）に整合するように調整され得、これにより、Φ＝Ψとの結果となる。電力の抽出が表面導波モードに結合した受信構造で可能であるが、帯電端子ＴＲによって提供された可変無効負荷なしでは、誘導表面波との結合を最大化するように受信構造を調整することは困難である。
図１８Ｄを参照すると、受信構造を調整して、損失性導電性媒体２０３の表面上の誘導表面導波モードに実質的にモード整合させる例を示すフローチャート１８０が示されている。１８１で始まり、受信構造が帯電端子ＴＲを含んでいる（たとえば、図１８Ｂの同調共振器３０６ａの受信構造）場合、１８４において、帯電端子ＴＲが損失性導電性媒体２０３上の規定の高さに配置される。表面誘導波が誘導表面導波路プローブ２００によって確立されているため、帯電端子ＴＲの物理的高さ（ｈｐ）は、有効高さの物理的高さより下とすることができる。物理的高さは、帯電端子ＴＲの拘束された電荷を低減するか最小化するように選択することができる（たとえば、帯電端子の球の直径の４倍）。受信構造が帯電端子ＴＲを含んでいない（たとえば、図１８Ｃの同調共振器３０６ｂの受信構造）場合、フローは１８７に進む。
１８７では、受信構造の電気的位相遅れΦが、損失性導電性媒体２０３の局所的特性によって規定される複素ウェーブチルトの角度Ψに整合される。螺旋コイルの位相遅れ（θｃ）および／または垂直供給線の位相遅れ（θｙ）は、Φを、ウェーブチルト（Ｗ）の角度（Ψ）と等しくするように調整され得る。ウェーブチルトの角度（Ψ）は、方程式（８６）から特定され得る。電気的位相Φは、次いで、ウェーブチルトの角度に整合され得る。たとえば、電気的位相遅れΦ＝θｃ+θｙは、コイルＬＲの幾何学的パラメータおよび／または垂直供給線導体の長さ（または高さ）を変化させることにより調整することができる。
次に１９０において、帯電端子ＴＲの負荷インピーダンスが、同調共振器３０６ａの等価の像平面モデルを共振させるように同調し得る。導電性の像基底面１３９（図９Ａ）の受信構造の下の深さ（ｄ／２）は、方程式（１００）、および、局所的に測定され得る、受信構造における損失性導電性媒体２０３（たとえば地球）の値を使用して特定され得る。その複素深さを使用して、像基底面１３９と、または損失性導電性媒体２０３の物理的境界１３６（図９Ａ）との間の位相シフト（θｄ）は、θｄ＝β０ｄ／２を使用して特定され得る。損失性導電性媒体２０３を「見下ろす」ように見られるインピーダンス（Ｚｉｎ）は、次いで、方程式（９９）を使用して特定され得る。この共振関係は、誘導表面波との結合を最大化するように考慮され得る。
コイルＬＲの調整されたパラメータおよび垂直供給導体の長さに基づき、コイルＬＲおよび垂直供給線の速度因子、位相遅れ、および、インピーダンスが特定され得る。さらに、帯電端子ＴＲの自己容量（ＣＲ）は、たとえば方程式（２４）を使用して特定され得る。コイルＬＲの伝播因子（βｐ）は、方程式（９８）を使用して特定され得、垂直供給線のための伝播位相定数（βｗ）は、方程式（４９）を使用して特定され得る。コイルＬＲおよび垂直供給線の自己容量および特定された値を使用して、コイルＬＲを「見上げる」ように見られる同調共振器３０６ａのインピーダンス（Ｚｂａｓｅ）は、方程式（１０１）、（１０２）、および（１０３）を使用して特定され得る。
図９Ａの等価の像平面モデルも、図１８Ｂの同調共振器３０６ａに適用される。同調共振器３０６ａは、Ｚｂａｓｅの共振要素Ｘｂａｓｅが、ＺｉｎのＸｉｎの共振要素をキャンセルする、すなわち、Ｘｂａｓｅ+Ｘｉｎ＝０であるように、帯電端子ＴＲの負荷インピーダンスＺＲを調整することにより、複素像平面に関して共振するように同調され得る。したがって、同調共振器３０６ａのコイルを「見上げる」物理的境界１３６（図９Ａ）におけるインピーダンスは、損失性導電性媒体２０３内を「見下ろす」物理的境界１３６におけるインピーダンスの共役である。負荷インピーダンスＺＲは、帯電端子ＴＲによって見られる電気的位相遅れΦ＝θｃ+θｙを変化させることなく、帯電端子ＴＲの静電容量（ＣＲ）を変化させることにより、調整され得る。導電性の像基底面１３９に対する等価の像平面モデルの共振のために、負荷インピーダンスＺＲを同調させるため反復法を採用してもよい。この方式で、電場の、損失性導電性媒体２０３（たとえば、地球）の表面に沿っての誘導表面導波モードへの結合が向上されるか最大化され得る。
図１９を参照すると、磁気コイル３０９は、インピーダンス整合ネットワーク３３３を通して電気的負荷３３６に結合された受信回路を備えている。誘導表面波からの電力の受信および／または抽出を促進するために、磁気コイル３０９は、誘導表面波の磁束Ｈψが磁気コイル３０９を通過し、それにより、磁気コイル３０９内に電流を誘導し、その出力端子３３０において端子点電圧を生成するように、配置してもよい。単一巻き数のコイルに結合された誘導表面波の磁束は、以下によって示されている。
磁気コイル３０９の断面エリアにわたって一様な入射磁界との最大の結合に適合したＮ巻の磁気コイル３０９に関して、磁気コイル３０９の出力端子３３０において表れる開回路に誘導された電圧は、以下のようになる。
ここで、変数は上述のように規定される。磁気コイル３０９は、可能性のあるケースとして、誘導表面波の周波数に、分配共振器として、または、その出力端子３３０の両側のコンデンサと、同調され得、次いで、共役インピーダンス整合ネットワーク３３３を通して外部の電気的負荷３３６とインピーダンスが整合する。
磁気コイル３０９および電気的負荷３３６によって与えられる、結果として得られる回路は、適切に調整され、インピーダンス整合ネットワーク３３３を介して共役インピーダンスが整合されると推定すると、磁気コイル３０９内に誘導された電流が、電気的負荷３３６に最適に給電するように採用することができる。磁気コイル３０９によって与えられた受信回路は、物理的に接地されている必要がないという利点を有している。
図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、および１９を参照すると、線形プローブ３０３、モード整合構造３０６、および磁気コイル３０９によって与えられた各受信回路は、各々が、上述の誘導表面導波路プローブ２００の実施形態のいずれか１つから伝達される電力の受信を促進する。このため、受信されたエネルギは、電気的負荷３１５／３２７／３３６を、共役整合ネットワークを介して給電するために使用できることが分かる。このことは、放射電磁場の形態で伝達された、受信機で受信される場合がある信号と相反している。そのような信号は、かなり低い有効電力を有し、そのような信号の受信機は、伝達器をロードしない。
線形プローブ３０３、モード整合構造３０６、および磁気コイル３０９によって与えられた各受信回路が、誘導表面導波路プローブ２００に適用された励起源２１２（たとえば、図３、１２、および１６）をロードし、それにより、そのような受信回路が受ける誘導表面波を生成することも、上述の誘導表面導波路プローブ２００を使用して生成された本誘導表面波の特性である。このことは、上述の所与の誘導表面導波路プローブ２００によって生成される誘導表面波が伝達線モードを含むという事実を反映している。比較として、放射電磁波を生成する放射アンテナを駆動させる動力源は、採用される受信機の数に関わらず、受信機によってはロードされていない。
したがって、１つもしくは複数の誘導表面導波路プローブ２００および１つもしくは複数の線形プローブ３０３の形態の受信回路、同調されたモード整合構造３０６、ならびに／または、磁気コイル３０９は、ともに、無線分配システムを形成することができる。上に説明した誘導表面導波路プローブ２００を使用した誘導表面波の伝達距離が周波数に基づく場合、無線電力分配が広いエリアにわたって、地球規模でさえ達成され得ることが可能である。
従来の無線電力伝達／分配システムは今日、放射場、および、誘導性または無効近接場に結合したセンサからの「エネルギハーベスティング」を含み、広く研究されている。対照的に、本無線給電システムは、妨げられていなければ永遠に失われる、放射の形態の電力を浪費しない。本件に開示された無線給電システムが、従来の相互リアクタンスに結合した近接場システムのように、極めて狭い範囲に限定されることもない。本明細書に開示の無線給電システムは、新規の表面誘導伝達線モードにプローブ結合し、このことは、導波路によって電力を負荷に送ること、または、遠方の発電機に直接線で繋げられた負荷に電力を送ることと等価である。伝達場の強度を維持するのに必要な電力と、表面導波路内で消散する電力（極めて低い周波数においては、６０Ｈｚにおける従来の高電圧電力線の伝達損失に比べて重要ではないため）を考慮しないことで、発電機の電力はすべて、所望の電気的負荷のみに行く。電気的負荷の要請が切断された場合、供給源の発電機は相対的にアイドリング状態になる。
つぎに図２０Ａ〜２０Ｅを参照すると、以下の記載を参照して使用される様々な概略図の例が示されている。特に図２０Ａを参照すると、誘導表面導波路プローブ２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｅ、２００ｄもしくは２００ｆのいずれか１つまたはその任意の変形例を表す図が示されている。以下の図面および説明において、この図の描写は、誘導表面導波路プローブＰと称される。以下の説明において、任意の誘導表面導波路プローブＰへの任意の言及は、誘導表面導波路プローブ２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｅ、２００ｄもしくは２００ｆまたはその変形例のいずれか１つへの言及である。
同様に、図２０Ｂを参照すると、線形プローブ３０３（図１８Ａ）、同調共振器３０６（図１８Ｂ〜１８Ｃ）、または磁気コイル３０９（図１９）のいずれか１つを備えることができる誘導表面波受信構造を表す図が示されている。以下の図面および説明において、この符号の描写は、誘導表面波受信構造Ｒと称される。以下の説明において簡略化するために、誘導表面波受信構造Ｒへの任意の言及は、線形プローブ３０３、同調共振器３０６、磁気コイル３０９またはその変形例のいずれか１つへの言及である。
さらに、図２０Ｃを参照すると、線形プローブ３０３（図１８Ａ）を具体的に表す図が示されている。以下の図面および説明において、この符号の描写は、誘導表面波受信構造ＲＰと称される。以下の説明において簡略化するために、誘導表面波受信構造ＲＰへの任意の言及は、線形プローブ３０３またはその変形例への言及である。
さらに、図２０Ｄを参照すると、同調共振器３０６（図１８Ｂ〜１８Ｃ）を具体的に表す図が示されている。以下の図面および説明において、この符号の描写は、誘導表面波受信構造ＲＲと称される。以下の説明において簡略化するために、誘導表面波受信構造ＲＲへの任意の言及は、同調共振器３０６またはその変形例への言及である。
さらに、図２０Ｅを参照すると、磁気コイル３０９（図１９）を具体的に表す図が示されている。以下の図面および説明において、この符号の描写は、誘導表面波受信構造ＲＭと称される。以下の説明において簡略化するために、誘導表面波受信構造ＲＭへの任意の言及は、磁気コイル３０９またはその変形例への言及である。
図２１を参照すると、様々な実施形態にかかるネットワーク環境４００の１つの例が示されている。ネットワーク環境４００は、ネットワーク４１２を介して様々な装置とデータ通信するコンピューティング環境４０３を含む。ネットワーク環境４００はまた、ネットワーク４１２を介して様々な装置とデータ通信する外部サーバ４０６を含む。さらに、ネットワーク環境４００は、励起源４２４に結合された誘導表面導波路プローブＰを含む。励起源４２４は、例えば、上述したように、発電機または他の種類の電源を備えることができる。励起源４２４は、ネットワーク４１２に結合され、記載されるように、ネットワーク４１２を介して受信した様々な信号によって制御される。ネットワーク環境４００は、さらに、誘導表面導波路プローブＰによって生成された誘導表面波によって電力供給される検知装置４０９を含む。検知装置４０９はまた、記載されるように、ネットワーク上の装置と通信する。
様々な実施形態によれば、コンピューティング環境４０３は、１つ以上のデータストア４１８およびオペレーションアプリケーション４２１を含む。１つ以上のデータストア４１８は、データ表現装置４２７を含む。各装置４２７に関連付けられているものは、パラメータデータ４３０、位置データ４３３、および／または識別データ４３６である。検知装置４０９は、誘導表面波受信構造Ｒと、インピーダンス整合ネットワーク４３９と、電源回路４４２と、電気負荷４４５と、潜在的に他の要素とを含む。１つの実施形態によれば、電気負荷４４５は、誘導表面導波路プローブＰに結合された励起源における負荷として経験される。
オペレーションアプリケーション４２１は、ネットワーク４１２を介して励起源４２４および外部サーバ４０６と通信する。オペレーションアプリケーション４２１は、誘導表面波を生成するように誘導表面導波路プローブＰに電力を導くように励起源４２４を向ける。オペレーションアプリケーション４２１はまた、ネットワーク４１２を介して検知装置４０９と通信し、検知装置４０９は、無線データ信号を使用して通信を行う。
誘導表面波受信構造Ｒは、陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波４１５から電気エネルギを取得するように構成されている。例えば、励起源４２４は、誘導表面導波路プローブＰに印加される電力を生成する。励起源４２４は、ネットワーク４１２を介してオペレーションアプリケーション４２１によって制御されることができる。誘導表面導波路プローブＰは、誘導表面波４１５を伝達する。誘導表面波受信構造Ｒは、上述したように、誘導表面波４１５から電気エネルギを取得する。
１つの実施形態によれば、誘導表面導波路プローブＰは、検知装置４０９に対してローカルに配置されている。他の実施形態において、誘導表面導波路プローブＰは、検知装置４０９から数百および／または数千マイル離れて配置されている。いくつかの実施形態において、励起源４２４は、コンピューティング環境４０３において実行される要素が誘導表面波４１５の起動を開始することができるようにネットワーク４１２に通信可能に接続されている。他の実施形態において、励起源４２４は、ＵＳＢを介してなど、周辺機器としてコンピューティング環境４０３に結合されている。ネットワーク４１２は、例えば、インターネット、イントラネット、エクストラネット、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、有線ネットワーク、無線ネットワーク、もしくは他の適切なネットワークなど、またはそのような２つ以上のネットワークの任意の組み合わせを含むことができる。例えば、そのようなネットワークは、衛星ネットワーク、ケーブルネットワーク、イーサネットネットワーク、および他の種類のネットワークを含むことができる。
図２２Ａ〜２２Ｅを参照すると、検知装置４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ、および４０９ｅとして示される検知装置４０９の様々な実施形態が示されている。検知装置４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ、および４０９ｅは、例えば、図２１を参照して記載されるように、誘導表面波受信構造Ｒと、インピーダンス整合ネットワーク４３９と、電源回路４４２とを含む。１つの実施形態によれば、電源回路４４２は、電力整流器と、直流（ＤＣ）電圧出力を生成するように構成されたコンデンサとを含むことができる。いくつかの実施形態において、電源回路４４２はまた、コンデンサおよび／またはバッテリを含む蓄電回路、整流器の出力に対する平滑用コンデンサ、変圧器、ＤＣチョークまたは誘導表面導波受信構造Ｒから得られる入力電圧に基づいて適切な出力電圧を生成するために必要とみなされる他の要素のうちの１つ以上を含む。
図２２Ａにおいて、様々な実施形態にかかる検知装置４０９ａが示されている。検知装置４０９ａは、電気負荷４４５ａを含む。電気負荷４４５ａは、電源回路４４２、信号生成回路４４８、ＲＦ信号送信機４５１、および／または潜在的に他の要素を備える。信号生成回路４４８は、ＲＦ信号送信機４５１に通信可能に結合されている。信号生成回路４４８およびＲＦ信号送信機４５１は、電源回路４４２に結合されている。いくつかの実施形態において、結合は、電源回路４４２に対して間接的である。非限定的な例として、ＲＦ信号送信機４５１は、信号生成回路４４８から電力を受信することができ、信号生成回路４４８は、電源回路４４２によって電力供給される。
１つの実施形態によれば、信号生成回路４４８は、ＲＦ信号送信機４５１を介して送信のための特定周波数を生成する。信号生成回路４４８によって生成された周波数は、ハードウェアにおいて固定されることができる。信号生成回路４４８は、単一の周波数のみを生成することができ、周波数は、基本周波数の倍数に固定されることができる。いくつかの実施形態において、周波数は、発振を形成するために結晶に電圧を印加することによって生成される。基本周波数の倍数は、コンピューティング装置上のハードウェアまたはソフトウェアにおいて実行される位相ロックループロジックを必要とすることができる。周波数は、メモリにプログラムで設定されてもよい。１つの実施形態において、信号生成回路４４８は、ＲＦ信号送信機４５１を介した送信のためにパケット化メッセージを生成する。これらのメッセージは、検知装置４０９ａに固有の識別子を含むことができる。メッセージは、検知装置４０９ａにデータを関連付けるために使用されることができる。信号生成回路４４８を介した送信に部分的に基づく三角測量を使用して検知装置４０９ａの位置を検出するために３つ以上のＲＦアンテナが使用されることができる。
図２２Ｂにおいて、様々な実施形態にかかる検知装置４０９ｂが示されている。検知装置４０９ｂは、電気負荷４４５ｂを含む。電気負荷４４５ｂは、電源回路４４２と、位置決め回路４５４と、コンピューティング装置４５７と、無線回路４６０と、潜在的に他の要素とを含むことができる。コンピューティング装置４５７は、位置決め回路４５４および／または無線回路４６０に通信可能に結合されることができる。インピーダンス整合ネットワーク４３９および／または電源回路４４２は、位置決め回路４５４、コンピューティング装置４５７、および／または無線回路４６０に結合されることができる。
１つの実施形態によれば、位置決め回路４５４は、遠隔送信装置からグローバル測位信号を受信するように構成されたＧＰＳ回路を含む。位置決め回路４５４は、ＲＦ受信機および／または送信機を含むことができる。この実施形態において、位置決め回路４５４は、検知装置４０９ｂの現在位置を計算するために信号から位相および時間を読み取る。グローバル測位信号は、全地球測位用に意図された１つ以上の衛星および／または１つ以上の表面導波路プローブから到来する。他の実施形態において、位置決め回路４５４は、遠隔送信装置からの送信を受信し、伝送の信号強度を判定する。位置決め回路４５４は、送信の信号強度の一部に基づいて検知装置４０９ｂの現在位置を計算することができる。コンピューティング装置は、ＲＦ送信のディジタル表現を受信し、検知装置４０９ｂの位置を計算する。
無線回路４６０は、外部機器とデータを無線送信および受信する回路を含むことができる。１つの実施形態において、無線回路は、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、および他の携帯電話データ通信技術などの携帯電話技術を利用する。無線回路は、以下の技術のうちの１つ以上を実装することができる：Ｚｉｇｂｙ、ブルートゥース、ＷＩＦＩ、フラッター、Ｇｒｅｅｎｖｉｔｙ、Ｒｅｄｐｉｎｅ、Ｚ−Ｗａｖｅ、または他の同様の通信技術。コンピューティング装置４５７は、位置決め回路４５４から検知装置４５７の位置を受信し、外部の場所に無線回路４６０を介して位置を送信するように構成されることができる。無線回路４６０は、ワイド・エリア・ネットワーク回路およびローカル・エリア・ネットワーク回路を含むことができる。コンピューティング装置４５７は、ワイド・エリア・ネットワーク回路によって第１のネットワークに対してかつ同時にローカル・エリア・ネットワーク回路によって第２のネットワークに対して無線回路を介して接続するように構成されることができる。
無線回路４６０は、１つ以上の他の検知装置に対する接続を提供することができる。無線回路４６０は、無線ルーティング機能を含むことができる。無線回路４６０は、ワイド・エリア・ネットワーク回路とローカル・エリア・ネットワーク回路との間のブリッジを提供することができる。例えば、１つ以上の他の検知装置は、ワイド・エリア・ネットワーク回路からメッセージを送信するためにローカル・エリア・ネットワーク回路に接続することによってインターネットにアクセスすることができる。ローカル・エリア・ネットワーク回路は、１つ以上の有線ネットワークを含むことができる。有線ネットワークは、有線ツイスト・ペア・イーサネット、光ファイバ、同軸ケーブル、シリアルまたはパラレルデータ線、電力線、および／または様々な他の媒体を介して通信信号を搬送することができる。有線ネットワークは、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ、ＵＳＢ、クロックド・データ信号、ＲＳ４８５、ＲＳ２３２、Ｘ１０、Ｉｎｓｔｅｏｎ、および他の公知の方法などの通信技術を使用することができる。スレーブ検知装置４０９ｂは、無線回路４６０においてワイド・エリア・ネットワーク機能を排除してもよく、むしろ他の検知装置４０９ｂのローカル・エリア回路に接続してもよい。
図２２Ｃにおいて、様々な実施形態にかかる検知装置４０９ｃが示されている。検知装置４０９ｃは、電気負荷４４５ｃを含むことができる。電気負荷４４５ｃは、電源回路４４２と、物理的パラメータセンサ４６３と、コンピューティング装置４５７と、無線回路４６０と、潜在的に他の要素とを含むことができる。物理的パラメータセンサ４６３は、インピーダンス整合ネットワーク４３９および／または電源回路４４２に結合されることができる。物理的パラメータセンサ４６３は、物理的パラメータセンサ４６３に対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定するように構成されている。物理的パラメータセンサ４６３は、様々な異なる物理的パラメータを検知するように構成されることができる。物理的パラメータセンサ４６３によって測定された物理的パラメータは、物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連付けることができる。物理的パラメータセンサ４６３を説明するために本願明細書において使用される場合、ローカルは、検知装置４０９ｃの近傍内で検知することをいう。例えば、物理的パラメータセンサ４６３は、検知装置４０９ｃに対してローカルな温度を検知することができるが、測定された熱を発する任意の熱源は、検知装置４０９ｃに対してローカルである必要はない。他の例として、物理的パラメータセンサ４６３は、ガス、化学物質、および他の物質などの所定の物質の存在を検知するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態において、検知装置４０９ｃは、赤外線または紫外線を放射および受信する運動、移動、または記録画像もしくは映像を追跡するためにレーダを放射および受信するなどの能動的要素を備える。能動的レーダ要素は、遠い物理的物品からのレーダ波を反射して検知装置４０９ｃに対してローカルな得られた反射波を検知することができる。物理的パラメータは、雲の高さ、温度、湿度、雨および雪の存在、降雨および降雪量、風速および風向、他の天候パラメータ、海波の高さ、記録映像もしくは撮像写真からの光、様々なバイオセンサ、心拍数、および血圧を含むことができる。物理的パラメータはまた、ガス、化学薬品、および他の物質などの所定の物質の存在を含んでもよい。
無線回路４６０は、物理的パラメータセンサ４６３に通信可能に結合されることができる。無線回路４６０は、物理的パラメータセンサ４６３からの物理的パラメータ測定値を送信することができる。無線回路４６０は、連続的に物理的パラメータ測定値を送信することができるかまたは所定間隔で物理的パラメータ測定値を送信することができる。コンピューティング装置４５７は、物理的パラメータセンサ４６３からの物理的パラメータ測定値を取得することができる。コンピューティング装置４５７は、コンピューティング環境４０３（図２１）などの所望のエンドポイントに対して無線回路４６０を介して物理的パラメータ測定値を送信することができる。
図２２Ｄにおいて、様々な実施形態にかかる検知装置４０９ｄが示されている。検知装置４０９ｄは、電気負荷４４５ｄと、送電線４７５と、電力網４７８とを含むことができる。電気負荷４４５ｄは、電源回路４６６と、通信回路４６９と、コンピューティング装置４７２と、潜在的に他の要素とを含むことができる。電源回路４４６および通信回路４６９は、電力網４７８に対して送電線４７５に接続されることができる。通信回路４６９は、送電線４７５に通信可能に結合されることができる。通信回路４６９は、Ｘ１０、Ｉｎｓｔｅｏｎ、ＰＬＣ−ＢＵＳ、ＵＰＢ、および様々な他の電力線通信技術などの技術を使用して電力網４０１５を介して通信するように構成されることができる。他の実施形態において、通信回路４６９は、本願明細書に記載されるような様々な無線または有線通信手段を介して通信することができる。
電力網４７８は、１つ以上の検知装置４８４（図２３）に接続される。電力網４７８は、１つ以上の検知装置４８４に電力を供給する。コンピューティング装置４７２は、通信回路４６９に通信可能に結合されることができる。コンピューティング装置４７２は、通信回路４６９を介してデータを送信および受信するように構成されることができる。例えば、コンピューティング装置４７２は、通信回路４６９を使用して送電線４７５を介して１つ以上の検知装置４８４と通信することができる。
図２２Ｅにおいて、様々な実施形態にかかる検知および／または制御装置４０９ｅが示されている。検知および／または制御装置４０９ｅは、電気負荷４４５ｅを含むことができる。電気負荷４４５ｅは、放射を生成するように誘導表面波を利用するように構成された制御回路４８１を含むことができる。制御回路４８１は、遠隔街灯、灯台、赤外光、または紫外光などの光源に接続された出力端子を含むことができる。制御回路４８１は、ヒータや冷蔵庫などの熱源またはヒートシンクを含むことができ、スプリンクラーなどの水用ポンプを含むことができ、誘導表面波４１５（図２１）などの誘導表面波を受信することに応答して出力を制御することができ、および／または電源回路４４２内のコンデンサおよび／またはバッテリが空になるまで出力を放射／制御することができる。いくつかの実施形態において、検知および／または制御装置４０９ｅは、海洋パイロットのための航行援助として使用される灯台である。さらに他の実施形態において、検知および／または制御装置４０９ｅは、敵の領土を点灯するために戦闘において使用される。検知および／または制御装置４０９ｅは、冷蔵庫として動作することができる。制御回路４８１は、低圧側から高圧側へと気体または液体を圧縮するように構成された圧縮機を含むことができる。
いくつかの実施形態によれば、オペレーションアプリケーション４２１（図２１）は、電源回路４４２内のコンデンサおよび／またはバッテリが通常動作下で空にならないのを保証するように構成された間隔で誘導表面波４１５の出力を開始する。例えば、完全に充電するための動作の長さは、電源回路４４２における電力の貯蔵量を判定し、電気負荷４４５ｅの電力の使用率によって貯蔵量を除算することによって推定されることができる。誘導表面波の送信に必要な周波数は、電源回路４４２を完全に充電する時間によって除算した動作の長さによって計算することができる。誘導表面波の送信の実際の周波数は、バッテリ寿命の変化、誤りのリスク、および他の理由を考慮して送信に必要な周波数を超えてもよい。
様々な実施形態において、検知および／または制御装置４０９ｅおよび／または検知装置４０９ｃは、指定された作物を成長させるための最適な水分を提供するために給水システムの制御と組み合わせられたプラントの地面状態の水分検知の組み合わせなどの農業要素を監視するために組み合わせて使用されることができる。他の実施形態において、温度は、ヒータまたは冷凍素子の制御と組み合わせて測定されることができる。これらの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、物理的パラメータを処理するように構成されることができる。
図２３を参照すると、様々な実施形態にかかる、電力網４７８を介して検知装置４０９ｄから電力を受信するように構成された遠隔物理的パラメータセンサ４８４が示されている。遠隔物理的パラメータセンサ４８４は、電源回路４８７と、通信回路４９０と、コンピューティング装置４９３と、物理的パラメータセンサ４６３と、潜在的に他の要素とを含むことができる。いくつかの実施形態において、通信回路４９０、コンピューティング装置４９３、および物理的パラメータセンサ４６３は、電源回路４８７に全て電気的に結合されている。電源回路４８７は、送電線４７５を介して電力網４７８に電気的に結合されることができる。いくつかの実施形態において、通信回路４９０は、送電線４７５および電力網４７８に通信可能に結合されている。
通信回路４９０は、Ｘ１０、Ｉｎｓｔｅｏｎ、ＰＬＣ−ＢＵＳ、ＵＰＢ、および他の電力線通信技術などの技術を使用して電力網４７８を介して通信するように構成されることができる。通信回路４９０は、本願明細書に記載されるような他の有線または無線ネットワークを介して通信するように構成されることができる。コンピューティング装置４９３は、通信回路４９０および物理的パラメータセンサ４６３に通信可能に結合されることができる。コンピューティング装置４９３は、検知装置４０９ｄ（図２２ｄ）などの検知装置と通信回路４９０を介して通信するように構成されている。
遠隔物理的パラメータセンサ４８４は、物理的パラメータセンサ４６３を介して１つ以上の物理的パラメータを測定することができる。コンピューティング装置４９３は、物理的パラメータセンサ４６３からの測定値を受信し、通信回路４９０を介して検知装置４０９ｄに対して測定値を送信することができる。いくつかの実施形態において、検知装置４０９ｄは、検知装置４０９ｄのコンピューティング装置４５７に関連付けられたメモリに１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４からの測定値を記憶する。いくつかの実施形態において、検知装置４０９ｄは、ワイド・エリア・ネットワーク接続を介して遠隔サーバに対して測定値を送信する。
図２４Ａを参照すると、様々な実施形態にかかる検知環境が示されている。検知環境は、誘導表面導波路プローブＰと、コンピューティング環境４０３と、１つ以上の検知装置４０９と、ネットワーク４１２と、１つ以上のトランシーバ４９９とを含む。検知装置４０９は、無線（無線周波数（ＲＦ））通信経路５０２を介してトランシーバ４９９と通信することができる。トランシーバ４９９は、ネットワーク４１２に接続されている。いくつかの実施形態において、そのような検知装置４０９によって送信された信号に基づいて三角測量を使用して検知装置４０９の位置を判定するために３つ以上のトランシーバ４９９が必要とされる。
いくつかの実施形態において、検知装置４０９は、信号生成回路４４８（図２２Ａ）などの信号生成回路を介して固有のＲＦ周波数を生成して放射するために誘導表面波４１５からの電力信号を利用する。トランシーバ４９９は、検知装置４０９から位相、時間、および信号強度を有する固有のＲＦ周波数を受信することができる。時間および信号強度は、コンピューティング環境４０３に対してネットワーク４１２を介して送信されることができる。コンピューティング環境４０３は、トランシーバ４９９の３つ以上からの時間および信号強度を使用して１つ以上の検知装置４０９のそれぞれの位置を三角測量することができる。
コンピューティング環境４０３は、三角測量を使用することなく、１つ以上のトランシーバを使用して１つ以上の検知装置４０９のそれぞれの位置を判定することができる。例えば、コンピューティング環境４０３は、信号強度に部分的に基づいて、トランシーバ４９９に対する検知装置４０９の近接性または検知装置４０９の可能な位置の範囲を判定することができる。非限定的な例として、検知装置４０９は、第１のトランシーバ４９９に対する第１の近接性と、第２のトランシーバ４９９に対する第２の近接性とを有することができる。コンピューティング環境４０３は、検知装置４０９が第１および第２の近接の交差に部分的に基づいて位置することができる低減した可能な位置の範囲を計算することができる。
コンピューティング装置４５７（図２２Ｂ）は、固有識別子などの任意の識別情報とともにオペレーションアプリケーション４２１（図２１）に対して検知装置４０９の位置を送信することができる。いくつかの実施形態において、固有識別子は、ハードウェアＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、グローバル固有識別子（ＧＵＩＤ）、または他の公知の固有識別子とすることができる。固有識別子は、各検知装置４０９について異なる。１つ以上の検知装置４０９は、衛星インターネットを介して無線通信することができる。コンピューティング環境４０３と１つ以上の検知装置との間の通信は、本願明細書に記載された単一の技術または様々な技術を含むことができる。
１つの実施形態において、各検知装置４０９についての可能な位置の範囲は、各検知装置４０９に関連する位置データ４３３（図２１）へとコンピューティング環境４０３によって記憶される。他の実施形態において、可能な位置の範囲は、検知装置４０９の位置を促進するために使用される。コンピューティング環境４０３は、検知装置４０９の可能な位置の範囲を判定するために三辺測量を使用することができる。
他の実施形態において、位置決め回路４５４（図２２Ｂ）は、トランシーバ４９９からの信号を受信し、信号の位相と時間などの信号からのデータとに部分的に基づいて対応する検知装置４０９の位置を判定する。トランシーバ４９９は、ＧＰＳ衛星および／または固定位置を有するＲＦアンテナ塔とすることができる。いくつかの実施形態において、位置決め回路４５４において位置が判定される。他の実施形態において、位置決め装置４５４からの信号特性および任意の信号データは、検知装置４０９の位置を計算するためにコンピューティング装置４５７（図２２Ｂ）によって使用される。他の実施形態において、コンピューティング環境４０３は、ＧＰＳ情報またはＲＦアンテナ塔遠隔サーバの固定位置を取得することができ、位置の判定を促進および／または容易とするために１つ以上の検知装置４０９に対してデータを送信することができる。
非限定的な例として、トランシーバ４９９がＧＰＳ衛星である場合、コンピューティング環境４０３は、インターネット接続を介して遠隔サーバからＧＰＳ衛星の軌道情報を取得することができる。軌道情報は、暦データ、基準位置データ、および／または１つ以上の基準時間のうちの１つ以上を含むことができる。コンピューティング環境は、位置決め回路４５４がより遅いＧＰＳデータ信号を介して軌道情報をダウンロードしなければならないのを防止するために、軌道情報によって位置決め回路４５４（図２２Ｂ）などのＧＰＳ回路を初期化することができる。例えば、コンピューティング環境４０３は、位置判定速度を向上させるためにアシスト全地球測位システム（ＡＧＰＳ）を使用することができる。
図２４Ｂを参照すると、様々な実施形態にかかる検知環境が示されている。検知環境は、誘導表面導波路プローブＰと、コンピューティング環境４０３と、１つ以上の検知装置４０９と、ネットワーク４１２と、１つ以上のマスタ検知装置５１７と、潜在的に他の要素とを含む。マスタ検知装置５１７は、本願明細書において記載されたマスタ機能を実行するように構成された検知装置４０９を備える。
マスタ検知装置５１７は、他の検知装置４０９からの通信を受信しかつ無線回路４６０におけるワイド・エリア・ネットワーク回路を使用してコンピューティング環境４０３に対して再送信するために（必要に応じてホストまたはマスタとして）無線回路４６０におけるローカル・エリア・ネットワーク回路を使用する。検知装置は、通信経路５２０などのマスタ検知装置５１７に接続することによってコンピューティング環境に対して通信することができる。検知装置４０９は、例えば、ローカル・エリア通信経路５２３として示されるようなＺｉｇｂｙなどのグリッド形式ネットワークを介して、仲介検知装置４０９を使用してマスタ検知装置５１７を介して通信することができる。
様々な実施形態において、検知装置４０９からの通信は、様々な層におけるメッセージのルーティングのために追加データを含むことができる。ＩＳＯ標準の開放型システム間相互接続モード（ＯＳＩ）のネットワークおよびトランスポート層は、追加のまたは異なるデータを含むことができおよび／または変更されることができる一方で、とりわけアプリケーション層は不変のままとすることができる。例えば、ＵＤＰメッセージの有効期間の値は、マスタ検知装置５１７よりも検知装置４０９について高く設定されることができ、または、ルーティング情報は、マスタ検知装置５１７がネットワークアクセス変換層を含む場合、マスタ検知装置５１７によって変更されることができる。
図２４Ｃを参照すると、様々な実施形態にかかる検知環境が示されている。検知環境は、誘導表面導波路プローブＰと、コンピューティング環境４０３と、１つ以上の検知装置４０９ｄと、ネットワーク４１２と、電力網４７８と、１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４とを含む。検知装置４０９ｄは、ネットワーク４１２に対して無線接続を介して通信することができる。検知装置４０９ｄは、電力網４７８を介して１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４に電気的に結合される。検知装置４０９ｄは、誘導表面波から電力を受信する。検知装置４０９ｄは、電力網４７８を介して１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４に対して誘導表面波から受信した電力を提供する。
１つの実施形態によれば、検知装置４０９ｄは、複数の遠隔物理的パラメータセンサ４８４に対して誘導表面波からの電力を供給し、複数の遠隔物理的パラメータセンサのそれぞれは、異なる物理的パラメータを検知する。さらに、検知装置４０９ｄは、１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４に通信可能に結合される。検知装置４０９ｄは、ネットワーク４１２介してコンピューティング環境４０３に対して１つ以上の遠隔物理的パラメータセンサ４８４からの物理的パラメータ値を含むメッセージをルーティングすることができる。１つの実施形態において、検知環境は、天候を測定するために様々な遠隔物理的パラメータセンサを含む遠隔天候ステーションである。
つぎに図２５を参照すると、様々な実施形態にかかるオペレーションアプリケーション４２１（図２１）の一部の動作の１つの例を提供するフローチャートが示されている。図２５のフローチャートは、本願明細書に記載されるオペレーションアプリケーション４２１の一部の動作を実装するために使用されることができる多くの異なる種類の機能構成の例を単に提供するにすぎないことが理解される。代替として、図２５のフローチャートは、１つ以上の実施形態にかかるコンピューティング環境４０３（図２１）において実装される方法の要素の例を示すとみなすことができる。
オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上の検知装置４０９に電力を供給するために励起源４２４を介してなど誘導表面波の送信を開始する。１つ以上の検知装置４０９に電力を供給すると、オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上の周波数における１つ以上の検知装置４０９のそれぞれからの送信を聴取する。オペレーションアプリケーション４２１が１つ以上の検知装置４０９のいずれかからの信号を受信した場合、オペレーションアプリケーション４２１は、送信した検知装置４０９の位置を三角測量し、データストアに位置を記憶する。
ボックス５３５において、オペレーションアプリケーション４２１は、処理を開始することができる。処理は、タイマーで開始されることができ、ループ内で継続的に実行されることができ、起こる様々なイベントによって開始されることができ、および／または様々な他の既知の方法によって開始されることができる。そして、ボックス５３８において、オペレーションアプリケーション４２１は、誘導表面波の起動を開始する。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、誘導表面波４１５（図２１）の起動を開始するように励起源４２４（図２１）を介して誘導表面導波路プローブＰ（図２１）に対して電力信号を供給することができる。いくつかの実施形態において、誘導表面導波路プローブＰは、継続的な誘導表面波４１５を発する。他の実施形態において、誘導表面導波路プローブＰは、一定間隔で誘導表面波４１５を発するか、または発射時間は経時的に変化してもよい。
そして、ボックス５４１において、オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上のトランシーバからの検知装置４０９由来の送信到来を聴取する。１つ以上のトランシーバ４９９は、検知装置４０９ａなどの１つ以上の検知装置４０９からの送信を所定の周波数で聴取することができる。送信が受信されると、オペレーションアプリケーション４２１は、周波数、信号強度、および他の情報の指示を受信することができる。いくつかの実施形態において、特定の周波数は、聴取のために利用可能な周波数の範囲に基づいている。他の実施形態において、周波数は、データストア２２１９（図４５）に記憶された検知装置４０９に関連する固有周波数送信に対応する。複数の検知装置４０９が同じ周波数で送信する場合、検知装置４０９が互いに干渉しないのを確実にするために様々な送信衝突回避法が使用されることができる。
オペレーションアプリケーション４２１は、各周波数についてのタイムアウト期間だけ聴取するようにトランシーバ４９９に指示することができ、または周波数についての応答が受信された最後の時刻に基づいて様々なタイムアウト期間だけ聴取することができる。非限定的な例として、特定周波数が位置ＲＦ受信機２１０９によって聴取された以前の時間に送信が特定周波数において受信された検知装置４０９のためにより長いタイムアウト期間が存在することができるのに対して、送信が長期間受信されていない検知装置４０９のために短いタイムアウト期間が存在することができる。さらなる例として、オペレーションアプリケーション４２１は、個々の送信に個々に関連付けられたプロパティを含む様々な周波数送信のそれぞれを識別するために様々な周波数送信を搬送する信号を処理するようにトランシーバ４９９に指示することができる。オペレーションアプリケーション４２１はまた、未処理の信号を受信し、個々の送信に個々に関連付けられたプロパティを含む様々な周波数送信のそれぞれを識別することができる。
トランシーバによって聴取される特定周波数または周波数の範囲は、オペレーションアプリケーション４２１によって制御されることができる。範囲は、高域および低域通過フィルタによって制限されることができる。トランシーバ４９９はまた、トランシーバ４９９によって受信された特定周波数を個々に識別するために、帯域通過フィルタを使用するか、またはハードウェアまたはソフトウェア（図示しない）における高速フーリエ変換を介してなどの信号処理ロジックを使用するように構成されることができる。
つぎに、ボックス５４４において、オペレーションアプリケーション４２１は、信号が受信されたかどうかを検出することを含む。信号が受信された場合、オペレーションアプリケーション４２１は、５４７に移行し、そうでない場合には、オペレーションアプリケーションは、ボックス５５３に進む。ボックス５４７において、オペレーションアプリケーション４２１は、信号強度に基づいて、検知装置の位置を三角測量すること、および検知装置に関連するデータストアに判定位置を記憶することを含む。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上のトランシーバ４９９から受信したデータを使用して検知装置４０９の位置を三角測量することができる。オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９に関連する位置データ４３３（図２１）を記憶することができる。つぎに、ボックス５５０において、オペレーションアプリケーション４２１は、他の周波数が処理のために利用可能であるかどうかを判定することを含む。他の周波数が利用可能である場合（例えば、はい）、オペレーションアプリケーション４２１は、ボックス５５３に進む。そうでない場合、オペレーションアプリケーション４２１は、終了５５６に進む。
ボックス５５３において、オペレーションアプリケーション４２１は、周波数のリストにおける次の周波数を聴取することができる。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、リストにおける次の周波数を聴取するようにトランシーバに指示することができる。リストは、装置４２７（図２１）に記憶された検知装置４０９に関連する固有周波数送信を聴取またはそれに対応するために利用可能な周波数の範囲から構成されることができる。
つぎに、図２６を参照すると、様々な実施形態にかかるオペレーションアプリケーション４２１（図２１）の一部の動作の１つの例を提供するフローチャートが示されている。図２６のフローチャートは、本願明細書に記載されるオペレーションアプリケーション４２１の一部の動作を実装するために使用されることができる多くの異なる種類の機能構成の例を単に提供するにすぎないことが理解される。代替として、図２６のフローチャートは、１つ以上の実施形態にかかるコンピューティング環境４０３（図２１）において実装される方法の要素の例を示すとみなすことができる。
オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９からのメッセージを聴取する。メッセージを受信すると、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージを処理し、メッセージから位置データおよび固有識別情報を抽出する。送信検知装置４０９についての位置データは、検知装置４０９に対応する固有識別子に関連付けられたデータストア４１８に記憶される。
ボックス５５９において、オペレーションアプリケーション４２１は、ボックス５３８に進むことによって処理を開始することができる。処理は、タイマーで開始されることができ、ループ内で継続的に実行されることができ、起こる様々なイベントによって開始されることができ、および／または様々な他の既知の方法によって開始されることができる。そして、ボックス５６２において、オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９からのメッセージの送信を聴取する。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、ソケット接続を開放して聴取することができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、所定のポート番号において到来するＴＣＰ／ＩＰソケット接続を聴取して受け入れた後、ＴＣＰ／ＩＰソケット上のパケットを聴取する。他の実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、ＵＤＰパケットについての所定のポート番号において聴取する。他の実施形態において、Ｒｅｓｔｆｕｌウェブサービス、ＳＯＡＰ、ＸＭＬ、ＨＴＴＰ ＰｏｓｔおよびＧｅｔ、ならびに様々な他の技術などのウェブベースの技術が使用可能である。ボックス５６５において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージが受信されたかどうかを検出すること、検出された場合にメッセージを受信すること、および検出されない場合には聴取し続けることを含む。例えば、メッセージは、装置の位置、装置についての固有識別子、データの様々な他の部分、ならびにデータをパッケージ、送信、およびアンパッケージするのに必要な任意のプロトコルまたは送信要素を含むことができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージが受信されるかまたはタイムアウトが発生するまで聴取する。他の実施形態において、ボックス５６５は、イベント駆動型であってもよく、割り込みおよび／または他の手段を介してメッセージを受信すると非同期に発生してもよい。他の実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、他のスレッドにおけるメッセージを処理している間に１つのスレッドにおいて送信を連続的に聴取する。
ボックス５６８において、オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９から受信したメッセージの処理を含む。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、到来メッセージ送信に対するマッピングデータフィールドなど、メッセージからデータを抽出し、メモリにおいて到来送信値を変数に変換することができる。ボックス５７１において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージから位置データおよび固有識別子を抽出および／または識別することを含む。ボックス５７４において、オペレーションアプリケーション４２１は、データストアに位置を記憶することを含む。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージを送信した検知装置４０９についての固有識別子に関連付けられた位置データ４３３において検知装置４０９の位置を記憶することができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、他のメッセージの聴取に戻る。他の実施形態において、処理は、メッセージの聴取を停止するのではなく、追加接続およびメッセージを聴取すると同時にメッセージを受信して処理する。
つぎに、図２７を参照すると、様々な実施形態にかかるオペレーションアプリケーション４２１（図２１）の一部の動作の１つの例を提供するフローチャートが示されている。図２７のフローチャートは、本願明細書に記載されるオペレーションアプリケーション４２１の一部の動作を実装するために使用されることができる多くの異なる種類の機能構成の例を単に提供するにすぎないことが理解される。代替として、図２７のフローチャートは、１つ以上の実施形態にかかるコンピューティング環境４０３（図２１）において実装される方法の要素の例を示すとみなすことができる。
１つの実施形態によれば、オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上の検知装置４０９から物理的パラメータデータを受信し、データストア４１８にデータを記憶する。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上の検知装置４０９に電力を供給する励起源４２４を介した誘導表面波の起動を開始する。オペレーションアプリケーション４２１は、１つ以上の検知装置４０９からの送信を聴取し、受信したメッセージを処理する。オペレーションアプリケーションは、受信したメッセージから１つ以上の物理的パラメータを抽出し、データストア４１８において固有識別子に関連付けられた物理的パラメータを記憶する。
ボックス５７７において、オペレーションアプリケーション４２１は、ボックス５３８に進むことによって処理を開始することができる。処理は、タイマーで開始されることができ、ループ内で継続的に実行されることができ、起こる様々なイベントによって開始されることができ、および／または様々な他の既知の方法によって開始されることができる。つぎに、ボックス５８０において、オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９からのメッセージの送信を聴取する。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、ソケット接続を開放して送信を聴取することができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、所定のポート番号において到来するＴＣＰ／ＩＰソケット接続を聴取して受け入れた後、ＴＣＰ／ＩＰソケット上のパケットを聴取する。他の実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、ＵＤＰパケットについての所定のポート番号において聴取する。他の実施形態において、Ｒｅｓｔｆｕｌウェブサービス、ＳＯＡＰ、ＸＭＬ、ＨＴＴＰ ＰｏｓｔおよびＧｅｔ、ならびに様々な他の技術などのウェブベースの技術が使用可能である。ボックス５８３において、オペレーションアプリケーションは、メッセージが受信されたかどうかを検出すること、検出された場合にメッセージを受信すること、ボックス５８３に進むこと（例えば、はい）、または検出されない場合（例えば、いいえ）にはボックス５８０に進むことによって聴取し続けることを含む。メッセージは、測定値、測定値の編集、生センサデータ、１つ以上の映像、１つ以上の画像、またはデータの様々な他の部分、およびデータをパッケージ、送信、およびアンパッケージするのに必要な任意のプロトコルまたは送信要素を含むことができる本願明細書に記載されるような物理的パラメータセンサに関連するデータを含むことができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージが受信されるかまたはタイムアウトが発生するまで聴取する。他の実施形態において、ボックス５８３は、イベント駆動型であってもよく、割り込みおよび／または他の手段を介してメッセージを受信すると非同期に発生してもよい。他の実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、他のスレッドにおけるメッセージを処理している間に１つのスレッドにおいて送信を連続的に聴取する。
ボックス５８６において、オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９から受信したメッセージを処理する。検知装置４０９は、物理的パラメータを測定することができ、オペレーションアプリケーション４２１に対して物理的パラメータ測定値を送信することができる。オペレーションアプリケーション４２１は、検知装置４０９からのメッセージを処理し、ボックス５８９に進むことができる。ボックス５８９において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージからのデータおよび送信検知装置４０９についての固有識別子を抽出する。ボックス５９２において、オペレーションアプリケーション４２１は、送信検知装置４０９に関連付けられたパラメータデータ４３０（図２１）におけるデータを記憶する。例えば、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージを送信した検知装置４０９ｃについての固有識別子に関連付けられたデータストア４１８に検知装置４０９ｃからのデータを記憶することができる。いくつかの実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、他のメッセージの聴取に戻る。他の実施形態において、オペレーションアプリケーション４２１は、メッセージの聴取を停止するのではなく、追加接続およびメッセージを聴取すると同時にメッセージを受信して処理する。
図２８を参照すると、本開示の実施形態にかかる、コンピューティング環境４０３（図２１）において使用されるコンピューティング装置、コンピューティング装置４５７（図２２Ｂおよび図２２Ｃ）、コンピューティング装置４７２（図２２Ｄ）およびコンピューティング装置４９３（図２３）などのコンピューティング装置６４３の概略ブロック図が示されている。コンピューティング環境４０３は、１つ以上のコンピューティング装置６４３を含む。各コンピューティング装置６４３は、例えば、双方ともローカルインターフェース６５８に結合されているプロセッサ６４６およびメモリ６５５を有する少なくとも１つのプロセッサ回路を含む。この目的のために、各コンピューティング装置６４３は、例えば、少なくとも１つのサーバコンピュータまたは同様の装置を備えることができる。ローカルインターフェース６５８は、例えば、理解することができるように、付随するアドレス／制御バスまたは他のバス構造を有するデータバスを備えることができる。
メモリ６５５に記憶されているものは、データおよびプロセッサ６４６によって実行可能ないくつかのコンポーネントの双方である。具体的には、メモリ６５５に記憶されかつプロセッサ６４６によって実行可能なものは、コンピューティング装置４５７、４７２および４９３上で実行されるオペレーションアプリケーション４２１およびアプリケーション、ならびに潜在的に他のアプリケーションである。また、メモリ６５５に記憶されるものは、データストア４１８（図２１）および他のデータとすることができる。さらに、オペレーティングシステムは、メモリ６５５に記憶されかつプロセッサ６４６によって実行可能とすることができる。
理解することができるように、メモリ６５５に記憶されかつプロセッサ６４６によって実行可能な他のアプリケーションが存在することができることが理解される。本願明細書において記載される任意のコンポーネントがソフトウェアの形態で実装される場合、複数のプログラミング言語のいずれかは、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、オブジェクティブＣ、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｐｅｒｌ、ＰＨＰ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）、Ｐｙｔｈｏｎ（登録商標）、Ｒｕｂｙ、Ｆｌａｓｈ（登録商標）、または他のプログラミング言語などを使用することができる。
複数のソフトウェアコンポーネントがメモリ６５５に記憶され、プロセッサ６４６によって実行可能である。この点において、用語「実行可能」は、プロセッサ６４６によって最終的に実行可能な形態であるプログラムファイルを意味する。実行可能プログラムの例は、例えば、メモリ６５５のランダムアクセス部にロード可能な形態でマシンコードに変換されかつプロセッサ６４６によって実行されることができるコンパイルされたプログラム、メモリ６５５のランダムアクセス部にロード可能なオブジェクトコードなどの適切な形式で表すことができかつプロセッサ６４６によって実行可能なソースコード、またはプロセッサ６４６によって実行されることになるメモリ６５５のランダムアクセス部において命令を生成するように他の実行可能プログラムによって解釈されることができるソースコードなどとすることができる。実行可能プログラムは、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ、ソリッドステート・ドライブ、ＵＳＢフラッシュ・ドライブ、メモリカード、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、または他のメモリコンポーネントを含むメモリ６５５の任意の部分またはコンポーネントに記憶されることができる。
メモリ６５５は、揮発性および不揮発性メモリの双方およびデータ記憶コンポーネントを含むものとして本願明細書において定義される。揮発性コンポーネントは、電力喪失時にデータ値を保持しないものである。不揮発性コンポーネントは、電力喪失時にデータを保持するものである。それゆえに、メモリ６５５は、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク・ドライブ、ソリッドステート・ドライブ、ＵＳＢフラッシュ・ドライブ、メモリカード・リーダを介してアクセスされるメモリカード、フロッピーディスク・ドライブを介してアクセスされるフロッピーディスク、光ディスクドライブを介してアクセスされる光ディスク、適切なテープドライブを介してアクセスされる磁気テープ、および／または他のメモリコンポーネント、またはこれらのメモリコンポーネントのうちの任意の２つ以上の組み合わせを含むことができる。さらに、ＲＡＭは、例えば、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、または磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）および他のそのような装置を含むことができる。ＲＯＭは、例えば、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、または他の同様のメモリ装置を含むことができる。
また、プロセッサ６４６は、複数のプロセッサ６４６を表すことができ、および／または、複数のプロセッサコアおよびメモリ６５５は、それぞれ並列処理回路において動作する複数のメモリ６５５を表すことができる。そのような場合、ローカルインターフェース６５８は、複数のプロセッサ６４６のうちのいずれか２つの間、任意のプロセッサ６４６とメモリ６５５のうちのいずれかとの間、またはメモリ６５５のいずれか２つの間などの通信を容易とする適切なネットワークとすることができる。ローカルインターフェース６５８は、例えば、ロードバランシングを実行することを含むこの通信を調整するように設計された追加のシステムを備えることができる。プロセッサ６４６は、電気的または他のいくつかの利用可能な構成とすることができる。
オペレーションアプリケーション４２１およびアプリケーションは、コンピューティング装置４５７、４７２、および４９３上で実行されるが、本願明細書に記載された他の様々なシステムは、その代替はまた、専用ハードウェアまたはソフトウェア／汎用ハードウェアおよび専用ハードウェアの組み合わせで具現化されることができるように、上述したような汎用ハードウェアによって実行されるソフトウェアまたはコードで具現化されることができる。専用ハードウェアで具現化される場合、それぞれは、複数の技術のいずれかまたは組み合わせを使用する回路またはステートマシンとして実現されることができる。これらの技術は、限定されるものではないが、１つ以上のデータ信号の適用時に様々な論理機能を実現するための論理ゲートを有する離散論理回路、適切な論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または他のコンポーネントなどを含むことができる。そのような技術は、一般に、当業者によって周知であり、したがって、本願明細書においては詳細に記載されない。
図２５、図２６、および図２７のフローチャートは、オペレーションアプリケーション４２１の一部の実装の機能および動作を示している。ソフトウェアで具現化される場合、各ブロックは、特定の論理機能を実現するためのプログラム命令を含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を表すことができる。プログラム命令は、コンピュータシステムまたは他のシステムにおけるプロセッサ６４６などの適切な実行システムによって認識可能な数値命令を含むプログラミング言語またはマシンコードで記述された人間が読み取り可能なステートメントを含むソースコードの形態で具現化されることができる。マシンコードは、ソースコードなどから変換されることができる。ハードウェアで具現化される場合、各ブロックは、指定された論理機能を実装するための回路または複数の相互接続された回路を表すことができる。
図２５、図２６、および図２７のフローチャートは、特定の実行順序を示しているが、実行順序は、示されているものと異なってもよいことが理解される。例えば、２つ以上のブロックの実行順序は、示された順序に対してスクランブルされることができる。また、図２５、図２６、および図２７において連続的に示される２つ以上のブロックは、同時にまたは部分的に同時に実行されてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、図２５、図２６、および図２７に示されるブロックのうちの１つ以上は、スキップまたは省略されてもよい。さらに、任意数のカウンタ、状態変数、警告セマフォ、またはメッセージは、向上したユーティリティ、会計、性能測定、またはトラブルシューティング補助提供の目的のために、本願明細書に記載された論理フローに追加される可能性がある。全てのそのような変形は、本開示の範囲内であることが理解される。
また、ソフトウェアまたはコードを含むコンピューティング装置４５７、４７２、および４９３上で実行されるオペレーションアプリケーション４２１およびアプリケーションを含む本願明細書に記載された任意のロジックまたはアプリケーションは、例えばコンピュータシステムまたは他のシステムにおけるプロセッサ６４６などの命令実行システムによってまたはそれに関連して使用するために持続性コンピュータ読み取り可能な媒体に具現化されることができる。この意味において、ロジックは、例えば、コンピュータ読み取り可能な媒体からフェッチされることができかつ命令実行システムによって実行可能な命令および宣言を含むステートメントを含むことができる。本開示の文脈において、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システムによってまたはそれに関連して使用するための本願明細書に記載されたロジックまたはアプリケーションを含む、記憶する、または維持することができる任意の媒体とすることができる。
コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、磁気、光、または半導体媒体などの多くの物理的媒体のいずれかを含むことができる。適切なコンピュータ読み取り可能な媒体のより具体的な例は、限定されるものではないが、磁気テープ、磁気フロッピーディスク、磁気ハードドライブ、メモリカード、ソリッドステート・ドライブ、ＵＳＢフラッシュ・ドライブ、または光ディスクを含むであろう。また、コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）およびダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、または磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）を含むランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）とすることができる。さらに、コンピュータ読み取り可能な媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、または他の種類のメモリ装置とすることができる。
さらに、コンピューティング装置４５７、４７２、および４９３上で実行されるオペレーションアプリケーション４２１およびアプリケーションを含む本願明細書に記載された任意のロジックまたはアプリケーションは、様々な方法で実装されて構成されることができる。例えば、記載される１つ以上のアプリケーションは、単一のアプリケーションのモジュールまたはコンポーネントとして実装されることができる。さらに、本願明細書に記載された１つ以上のアプリケーションは、共有または別個のコンピューティング装置またはそれらの組み合わせで実行されてもよい。例えば、本願明細書に記載された複数のアプリケーションは、同一のコンピューティング装置６４３または同一のコンピューティング環境４０３における複数のコンピューティング装置において実行することができる。さらに、「アプリケーション」、「サービス」、「システム、「エンジン」、「モジュール」などの用語は交換可能であり、限定することを意図するものではないことが理解される。
語句「Ｘ、Ｙ、またはＺの少なくとも１つ」などの離接語は、具体的に明記されない限り、項目、用語などが、Ｘ、Ｙ、またはＺのいずれかまたはそれらの任意の組み合わせ（例えば、Ｘ、Ｙ、および／またはＺ）とすることができることを提示するために一般に使用されるような文脈によって理解される。それゆえに、そのような離接語は、それぞれ存在するように、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、またはＺのうちの少なくとも１つを特定の実施形態が必要とすることを暗示するようには一般に意図されず、また暗示するべきではない。
本開示の上述した実施形態は、単に本開示の原理の明確な理解のために記載された実装の可能な例にすぎないことが強調されるべきである。本開示の精神および原理から実質的に逸脱することなく、上述した実施形態に対して多くの変形例および変更例がなされることができる。全てのそのような変更例および変形例は、本開示の範囲内で本願明細書に含まれかつ以下の特許請求の範囲によって保護されるように意図される。

Claims (20)

  1. 陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波から電気エネルギを取得するように構成された誘導表面波受信構造と、
    前記誘導表面波受信構造に結合された物理的パラメータセンサであって、前記物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定するように構成された物理的パラメータセンサと、
    前記誘導表面波受信構造に結合されかつ前記物理的パラメータセンサに通信可能に結合された無線周波数送信機であって、物理的パラメータ測定値を取得し、無線ネットワークを介して前記物理的パラメータ測定値を送信するように構成された無線周波数送信機と、を備える、装置。
  2. 前記物理的パラメータセンサおよび前記無線周波数送信機が、前記誘導表面波を生成する誘導表面導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記誘導表面波受信構造が、さらに、
    損失性導電性媒体にわたって隆起した帯電端子と、
    前記帯電端子と前記損失性導電性媒体との間に結合された受信機ネットワークであって、前記誘導表面波と関連付けられたウェーブチルト角（Ψ）に整合する位相遅れ（Φ）を有し、前記ウェーブチルト角（Ψ）が、前記受信構造の近傍における前記損失性導電性媒体の特性に少なくとも部分的に基づいている、受信機ネットワークとを備える、請求項１または請求項２に記載の装置。
  4. 前記誘導表面波受信構造が、磁気コイル、線形プローブ、または同調共振器のうちの少なくとも１つを備える、請求項１または請求項２に記載の装置。
  5. さらに、前記誘導表面波受信構造に通信可能に結合され、前記物理的パラメータセンサおよび前記無線周波数送信機に接続されたコンピューティング装置であって、前記物理的パラメータセンサから前記物理的パラメータ測定値を取得し、前記物理的パラメータ測定値を含むメッセージを形成し、前記無線周波数送信機を介して前記メッセージを送信するように構成されているコンピューティング装置を備える、請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４に記載の装置。
  6. 前記コンピューティング装置が、前記誘導表面波を生成する誘導導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験される、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または請求項５に記載の装置。
  7. 前記物理的パラメータセンサが、さらに、光、温度、水分、降雨量、降雪量、雨の存在、雪の存在、湿度、風速、風向、雲の高さ、波の高さ、心拍数、血圧、場所、または物質の存在のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、または請求項６に記載の装置。
  8. さらに、前記誘導表面波受信構造に結合された電源回路を備え、前記電源回路が、電力整流器と、コンデンサとを備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、または請求項７に記載の装置。
  9. さらに、前記誘導表面波受信構造に結合された電源回路を備え、前記電源回路が、バッテリを備える、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、または請求項７に記載の装置。
  10. 陸上の媒体に沿って移動する誘導表面波を送信するように構成された誘導表面導波路プローブと、
    電気的負荷に結合された誘導表面波受信構造を備える検知装置とを備え、前記誘導表面波受信構造が、前記誘導表面波から電気エネルギを取得するように構成されており、前記電気的負荷が、前記誘導表面波を生成する誘導導波路プローブに結合された励起源において負荷として経験され、
    電気的負荷が、
    物理的パラメータセンサに対してローカルな物理的環境に関連する物理的パラメータを測定するように構成された物理的パラメータセンサと、
    前記物理的パラメータセンサに通信可能に結合され、無線ネットワークを介して物理的パラメータ測定値を送信するように構成された無線周波数送信機とを含む、システム。
  11. 前記電気的負荷が、さらに、前記物理的パラメータセンサおよび前記無線周波数送信機に通信可能に結合されたコンピューティング装置を備え、前記コンピューティング装置が、前記物理的パラメータセンサから前記物理的パラメータ測定値を取得し、前記物理的パラメータ測定値を含むメッセージを形成し、前記無線周波数送信機に前記メッセージを送信させるように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記物理的パラメータセンサが、さらに、光、温度、水分、降雨量、降雪量、雨の存在、雪の存在、湿度、風速、風向、雲の高さ、波の高さ、心拍数、血圧、場所、または物質の存在のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記誘導表面導波路プローブが、損失性導電性媒体の入射の複素ブルースター角（θｉ，Ｂ）において入射波面を合成する少なくとも１つの結果として得られる場を生成するように構成された前記損失性導電性媒体上に隆起した帯電端子を備える、請求項１０、請求項１１、または請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記帯電端子が、複数の帯電端子のうちの１つを備える、請求項１３に記載のシステム。
  15. さらに、前記帯電端子に電気的に結合された給電ネットワークを備え、前記給電ネットワークが、前記誘導表面導波路プローブの近傍の前記損失性導電性媒体と関連付けられた入射の複素ブルースター角（θｉ，Ｂ）と関連付けられたウェーブチルト角（Ψ）に整合する位相遅れ（Φ）を提供する、請求項１３に記載のシステム。
  16. 誘導表面波受信構造を使用して誘導表面波として電気エネルギを受信することと、
    前記誘導表面波受信構造に結合された電気的負荷に電気エネルギを供給することであって、前記電気的負荷が位置三角測量回路および無線周波数送信機を備え、前記位置三角測量回路が前記無線周波数送信機に通信可能に結合されることと、
    少なくとも３つのソースから前記位置三角測量回路において複数の無線送信を受信することと、
    前記複数の無線送信の少なくとも一部に基づいて前記位置三角測量回路における位置装置の位置を判定することとを備える、方法。
  17. さらに、前記無線周波数送信機または前記誘導表面波受信構造のうちの少なくとも１つを介して前記位置を送信することを備える、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記少なくとも３つのソースのいずれかが、ＧＰＳ衛星または位置ＲＦ送信機のうちの少なくとも１つを備える、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
  19. さらに、
    インターネット接続を介して遠隔サーバから前記少なくとも３つのソースの軌道情報を受信することと、
    前記少なくとも３つのソースの軌道情報の一部に基づいて前記位置装置の前記位置の識別を初期化することとを備える、請求項１６、請求項１７、または請求項１８に記載の方法。
  20. 前記軌道情報が、暦データ、基準位置データ、および少なくとも１つの基準時間を備える、請求項１９に記載の方法。
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