[发明专利]用于定向放大声学信号的开放式腔体系统

说明书

提供了一种用于在传输器和接收器之间传输声学信号的装置。该装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。该装置还包括传输器，该传输器包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列，以用于传输低频电信号；以及与第一回射器相邻的第一电声换能器，以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置进一步包括包含第二回射器的接收器，该第二回射器在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，并且声学信号为导向接收器的波束形式。

技术领域

本公开涉及用于放大声学信号的开放且动态限定的腔体。

背景技术

现代技术、网络连接性、处理能力、便利性等方面的进步支持了越来越多的互连设备，例如移动设备、手机、平板电脑(tablet)、智能汽车、可穿戴设备等。这些进步继而为网络运营商和第三方服务提供商在网络设备之间有效地瞄准、通信或以其他方式交换信号提出了新挑战并创造了新机遇。实际上，现代的无线信号传输方法通常必须考虑复杂的条件和动态因素，例如网络流量、通过各种媒介的信号传播、信号传输的频谱/频率限制等。

尝试解决这些挑战中的一些的一种方法包括波束成形，更具体地是基于回射器的波束成形和时间反转波束成形。波束成形通常是指在传感器阵列中用于定向信号传输或接收的信号处理技术。关于用于时间反转波束成形的操作，接收器设备临时传输由传输器设备(例如，波束成形设备)接收到的信号。传输器或波束成形设备在其辐射元件处测量并记录振幅，并进一步将振幅和相位调制应用于传输信号以产生具有先前测量和记录的场振幅的相位共轭信号。

包括超声、波束成形在内的常规声学技术使用非常昂贵的换能器的相控阵列，也称为电子扫描阵列(ESA)。ESA使用复杂的控制网络，其定义每个换能器元件的相位，并且还具有用于每个换能器元件的移相器。仍然需要开发较低成本的技术。

用于波束成形的技术和结构被公开在于2017年10月2日提交的题为“TimeReversal Beamforming Techniques with Metamaterial Antennas”的共同未决的美国申请号15/722,973、于2018年1月11日提交的题为“Diffractive Concentrator Structures”的美国申请号15/868,215以及于2018年9月4日提交的题为“Open Cavity System forDirected Amplification of Radio Frequency Signals”的美国申请No.16/120,978中，所述美国申请全部通过引用并入本文。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种用于在传输器和接收器之间传输声学信号的装置。该装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。该装置还包括传输器，该传输器包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列以用于传输低频电信号；以及与第一回射器相邻的第一电声换能器以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置进一步包括接收器，该接收器包含在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列，声学信号为导向接收器的波束的形式。

在一个实施方案中，提供了一种用于在第一端子和第二端子之间交换声学信号的装置。该装置包括第一端子，该第一端子包括用于生成低频电信号的电信号发生器。第一端子还包括第一回射器，其在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的第一阵列以用于传输低频电信号并接收从第二端子返回的信号。第一端子进一步包括与第一回射器相邻的第一电声换能器以用于将低频电信号转换成声学信号。该装置还包括第二端子，该第二端子包括第二回射器，其在开放式腔体的相对端具有亚波长回射元件的第二阵列以用于返回所传输的种子信号。

在另一实施方案中，提供了一种用于将声学信号传输到匹配的接收器的传输装置。传输装置包括用于生成低频电信号的电信号发生器。传输装置还包括具有回射器的传输器，该回射器在开放式腔体的一端具有亚波长回射元件的阵列以用于传输低频电信号。传输装置进一步包括与回射器相邻的电声换能器以用于将来自传输器的低频电信号转换成通过开放式腔体传播到接收器的声学信号。