(57)【要約】  送信機と受信機との間で音響信号を伝送するための装置が提供される。前記装置は、低周波電気信号を発生するための電気信号発生器を備える。前記装置はまた、前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器と、前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器と、を備える送信機を備える。前記装置はさらに、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える受信機を備え、前記音響信号は、前記受信機の方へ向けられたビームの形態をとる。
2021536716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機との間で音響信号を伝送するための装置であって、
低周波電気信号を発生するための電気信号発生器と、
前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器と、前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器と、を備える送信機と、
前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える受信機と、を備え、
前記音響信号は、前記受信機の方へ向けられたビームの形態をとる、装置。
【請求項２】
前記音響信号を低周波電気信号に変換するための、前記第２再帰反射器に隣接する第２電気音響変換器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、請求項１、２、４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記オープンキャビティからの前記音響信号を増幅して増幅音響信号を形成するための位相保存分布型増幅層を備える複合増幅器をさらに備え、前記分布型増幅層は、前記第１および第２再帰反射器を備える前記オープンキャビティの内側にあるか、または前記第１および第２再帰反射器を備える前記オープンキャビティに隣接してある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気で満たされたキャビティを備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、水で満たされたキャビティを備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイの一方または両方は、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１および第２再帰反射器ならびに前記位相保存分布型増幅層を備える前記オープンキャビティは、少なくとも１０であるＱ値を有する共振器である、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイのうちの少なくとも一方は、実質的に平坦な２Ｄアレイである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記受信機はパワー吸収層を備える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
整合受信機に音響信号を送信するための送信装置であって、
低周波電気信号を発生するための電気信号発生器と、
前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える送信機と、
前記送信機からの前記低周波電気信号を、前記オープンキャビティを通って前記受信機へと伝わる音響信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器と、
を備える、送信装置。
【請求項１５】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、請求項１４に記載の送信装置。
【請求項１６】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、請求項１４に記載の送信装置。
【請求項１７】
前記オープンキャビティからの前記音響信号を増幅して増幅音響信号を形成するための位相保存分布型増幅層を備える複合増幅器をさらに備え、前記分布型増幅層は、前記再帰反射器の内側にあるか、または前記再帰反射器に隣接してある、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項１８】
前記分布型増幅層は、複数のサブ波長増幅素子のアレイを備える、請求項１７に記載の送信装置。
【請求項１９】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項２０】
前記複数のサブ波長増幅素子は、音響信号を低周波電気信号に、またその逆に変換するための前記電気音響変換器を備える、請求項１８に記載の送信装置。
【請求項２１】
前記電気音響変換器は、圧電変換器、静磁型スピーカー、磁歪型変換器、ダイナミックスピーカー、静電型スピーカー、イオン伝導型スピーカー、熱音響型スピーカー、ロータリースピーカー、エアモーショントランスフォーマおよび磁性流体変換器からなる群から選択される１つ以上の装置を備える、請求項２０に記載の送信装置。
【請求項２２】
送信機からの音響信号を受信するための受信装置であって、
オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える受信機と、
前記オープンキャビティを通って伝わる音響信号を、前記受信機によって受信される低周波電気信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器と、
を備える、受信装置。
【請求項２３】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、請求項２２に記載の受信装置。
【請求項２４】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、請求項２２に記載の受信装置。
【請求項２５】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項２６】
前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、実質的に平坦な２Ｄアレイである、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項２７】
前記受信機はパワー吸収層を備える、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項２８】
前記再帰反射器は、サブ波長厚さを有するパターン化された構造を備える２Ｄメタサーフェスを備える、請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項２９】
前記再帰反射器は、複数のサブ波長素子のアレイを備え、
前記複数のサブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された少なくとも１つの材料の体積分布を備える、請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項３０】
請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の送信装置を動作させる工程を含む、方法。
【請求項３１】
請求項２２〜２９のいずれか１項に記載の受信装置を動作させる工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、音響信号の増幅のための開放でかつ動的に画定されたキャビティに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の技術、ネットワーク接続性、処理能力、利便性などの進歩は、例えばモバイル機器、携帯電話、タブレット、スマートカー、ウェアラブルデバイスなどの、相互接続デバイスの絶え間のない増加を支えている。一方、これらの進歩は新たな課題をもたらし、ネットワークオペレータおよびサードパーティサービスプロバイダが、ネットワーク接続されたデバイス間で効率的に信号を目標に向け、該信号を通信し、またはその他のやり方で該信号をやりとりする、新たな機会を生み出している。事実、無線信号伝送のための現代のアプローチはしばしば、例えばネットワークトラフィック、様々な媒体を通じた信号の伝搬、信号伝送に対するスペクトル／周波数制約などといった、複雑な条件および動的な要因を考慮に入れなければならない。
【０００３】
これらの課題の幾つかへの対処を試みる１つのアプローチは、ビームフォーミング、より具体的には、再帰反射器ベースのビームフォーミングおよび時間反転ビームフォーミングを含む。ビームフォーミングは一般に、指向性のある信号の送信または受信のためのセンサアレイで使用される、信号処理技術を指す。時間反転ビームフォーミングのための動作に関しては、受信機デバイスは、送信機デバイス（例えば、ビームフォーミングデバイス）によって受信される信号を、一時的に送信する。前記送信機またはビームフォーミングデバイスは、その放射素子（radiating elements）で振幅を測定して記録し、さらに振幅変調および位相変調を送信信号に加えて、該前に測定されて記録された場の振幅の位相共役信号を生成する。
【０００４】
超音波を含む、音響ビームフォーミングのための従来の技術は、電子走査アレイ（Electronically Scanned Arrays（ESA））としても知られる、変換器のフェーズドアレイ（phased arrays）を使用するが、非常に高価である。ＥＳＡは、各変換器素子の位相を定める精巧な制御ネットワークを使用し、各変換器素子に対する位相シフタ（phase shifter）を有する。より低コストの技術の開発が、依然、必要とされている。
【０００５】
ビームフォーミングのための技術および構造は、同時係属中の、２０１７年１０月２日に出願された「Ｔｉｍｅ  Ｒｅｖｅｒｓａｌ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ」という名称の米国特許出願第１５／７２２，９７３号、２０１８年１月１１日に出願された「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１５／８６８，２１５号、および２０１８年９月４日に出願された「Ｏｐｅｎ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｉｇｎａｌｓ」という名称の米国特許出願第１６／１２０，９７８号に開示されており、これらはすべて参照によって本明細書に援用される。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、送信機と受信機との間で音響信号を伝送するための装置が提供される。前記装置は、低周波電気信号を発生するための電気信号発生器を備える。前記装置はまた、前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器と、前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器と、を備える送信機を備える。前記装置はさらに、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える受信機を備え、前記音響信号は、前記受信機の方へ向けられたビームの形態をとる。
【０００７】
一実施形態では、第１端末と第２端末との間で音響信号を交換するための装置が提供される。前記装置は、低周波電気信号を発生するための電気信号発生器を備える、第１端末を備える。また、前記第１端末は、前記低周波電気信号を送信し、前記第２端末から返された該信号を受信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器を備える。前記第１端末はさらに、前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器を備える。前記装置はまた、該送信されたシード信号を返すための、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える、第２端末を備える。
【０００８】
他の実施形態では、整合受信機（matched receiver）に音響信号を送信するための送信装置が提供される。前記送信装置は、低周波電気信号を発生するための電気信号発生器を備える。前記送信装置はまた、前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える送信機を備える。前記送信装置はさらに、前記送信機からの前記低周波電気信号を、前記オープンキャビティを通って前記受信機へと伝わる音響信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器を備える。
【０００９】
さらに他の実施形態では、送信機からの音響信号を受信するための受信装置が提供される。前記装置は、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える受信機と、前記オープンキャビティを通って伝わる音響信号を、前記受信機によって受信される低周波電気信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器と、を備える。
【００１０】
さらなる実施形態では、複数のサブ波長素子のアレイを備える再帰反射器を設計するための方法が提供される。前記複数のサブ波長素子は、少なくとも１つの屈折材料の体積分布を含み、前記体積分布は、数値アルゴリズムを使用して計算される。
【００１１】
追加の実施形態および特徴は、以下の説明に部分的に記載されており、本明細書を検討すると当業者には明らかになるか、または開示された主題の実施によって学ばれ得る。本開示の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の一部を形成する、明細書の残りの部分および図面を参照することによって、実現され得る。
【００１２】
以下の図およびデータのグラフを参照することで、本明細書はより十分に理解されるだろう。それらは、本開示の様々な実施形態として提示されるものであり、本開示の範囲の完全な記載として解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態による、ターゲットへの信号またはパワーの伝送を示す簡略図である。
【図２】本開示の実施形態による、音響信号の増幅のための送信機および受信機としての２つの再帰反射器の間のオープンキャビティを含む、オープンキャビティシステムを示す。
【図３】本開示の実施形態による、音響信号の増幅のための、送信機としての可動再帰反射器と、受信機としての可動再帰反射器とを含む、オープンキャビティシステムを示す図である。
【図４】本開示の実施形態による、マルチパス非自由空間伝搬チャネルを含むオープンキャビティシステムを示す図である。
【図５】本開示の実施形態による、１つのユニットセルを含むオープンキャビティシステムの等価回路図である。
【図６】本開示の実施形態による、２つ以上のユニットセルを含むオープンキャビティシステムの等価回路図である。
【図７】本開示の実施形態による、偏波器フィルタおよびサーキュレータを加えた図５のユニットセルを含む、オープンキャビティシステムの等価回路図である。
【図８】本開示の実施形態による、送信機と受信機との間のオープンキャビティ内に反射境界を含むオープンキャビティシステムを示す。
【図９】本開示の実施形態による、弾性回折再帰反射器の一例を示す。
【図１０Ａ】本開示の実施形態による、利得パラメータが０．０１であり、減衰パラメータが０．０１である、第１再帰反射器および第２再帰反射器によって形成されたオープンキャビティのエネルギー密度分布（音響波強度に比例）の画像を示す。
【図１０Ｂ】本開示の実施形態による、利得パラメータが０．０３であり、減衰パラメータが０．０１である、第１再帰反射器および第２再帰反射器によって形成されたオープンキャビティのエネルギー密度分布（音響波強度に比例）の画像を示す。
【図１０Ｃ】本開示の実施形態による、利得パラメータが０．２２８であり、減衰パラメータが０．０１である、第１再帰反射器および第２再帰反射器によって形成されたオープンキャビティのエネルギー密度分布（音響波強度に比例）の画像を示す。
【図１０Ｄ】本開示の実施形態による、利得パラメータが０．４６２５であり、減衰パラメータが０．０１である、第１再帰反射器および第２再帰反射器によって形成されたオープンキャビティのエネルギー密度分布（音響波強度に比例）の画像を示す。
【図１１】本開示の実施形態による、再帰反射境界を伴う点源を示す。
【図１２】本開示の実施形態による、図１１の再帰反射境界によって生み出されたエネルギー密度分布の画像を示す。
【図１３】本開示の実施形態による、多数のユニットセルを含む再帰反射器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、以下の詳細な説明を、以下に記載される図面と併せて参照することによって理解され得る。説明を明確にするために、様々な図面における複数の特定の要素は、所定の縮尺で描かれていない場合があることに留意されたい。
【００１５】
（概要）
本開示は、オープンキャビティの第１端の送信機から前記オープンキャビティの第２端の受信機へ届けられる音響信号を増幅するための、開放でかつ動的に画定されたキャビティを含む、前記オープンキャビティシステムを提供する。前記第２端は、前記第１端の反対側にある。前記オープンキャビティの第１および第２端の各々は、固定されていてもよいし、または移動可能であってもよい。前記送信機は、前記オープンキャビティの前記第１端に第１再帰反射器を含んでもよい。前記オープンキャビティシステムは、前記送信機からの低周波電気信号を増幅する増幅器と、前記増幅器からの増幅電気信号を音響信号に変換する電気音響変換器と、を含む。前記増幅器は、前記オープンキャビティの内側に、例えば増幅メタマテリアルのような、（複数の）増幅素子を含む。前記受信機は、前記オープンキャビティの前記第２端に、第２再帰反射器を含んでもよい。前記受信機はまた、前記オープンキャビティ内にパワー吸収媒体を含んでもよい。前記オープンキャビティシステムは、音響信号を低周波電気信号に変換する電気音響変換器を含む。前記低周波電気信号は、前記パワー吸収媒体を通過してもよく、次いで、受信機によって受信される。前記第１および第２再帰反射器の各々は、再帰反射素子のアレイを含む。
【００１６】
音響信号は通常、無線周波数（radio frequency（RF））信号よりもはるかに小さい周波数を有し、一方、音響信号の波長は、ＲＦ信号の波長とほぼ同じであり得る。音響信号はとりわけ、空気、水、結晶質もしくは非晶質もしくは固体、またはプラズマなどの圧縮性媒体中を伝わる弾性波であり力学的な波動である。対照的に、ＲＦ信号は、いかなる媒体もない自由（空の）空間を伝わり得る電磁波である。音響波の伝搬を支える媒質の存在は、音響装置が記述されるときにはいつでも伴っている。
【００１７】
送信機からの音響信号は、受信機へと向けられ、受信機に送られる。オープンキャビティシステムは共振器として働き、大きなＱ値で送信機から受信機への集束ビーム（focused beam）をつくり出す。
【００１８】
いくつかの変形例では、信号はパワーを無線送信するために使用される。オープンキャビティシステムの主要な機能のうちの１つは、実質的なエネルギー密度で、オープンキャビティからエネルギーまたは信号を取り出すことができることである。該エネルギーの取り出しは、その大きいＱ値が著しく低減されないように、十分に遅くし得る。次いで、該エネルギーまたは信号を調整（rectify）し、ＤＣまたは低周波ＡＣ信号に変換し得る。
【００１９】
図１は、本開示の複数の実施形態による、ターゲットへの信号またはパワーの伝送を示す簡略図である。図１に示されるように、変換器システム１００は、サブ波長変換器素子のアレイを有する送信機１０２と、サブ波長変換器素子のアレイを有する受信機１０４と、を含む。システム１００はまた、例えば無人水中ビークルのような、標的となるターゲット１０６を含む。送信機１０２および受信機１０４は、標的となるターゲット１０６にパワーまたは信号を無線転送するように構成されている。前記受信機はオープンキャビティシステムを含むビームフォーミング受信機であってもよく、これはフェーズドアレイを含む受信機よりも著しく小さい重量を有する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、送信機１０２および受信機１０４は水中通信用のソナーであってもよい。
【００２１】
図２は、本開示の実施形態による、音響信号の増幅のための、送信機としての第１再帰反射器と、受信機としての第２再帰反射器との間にオープンキャビティを含む、オープンキャビティシステムである。図２に示すように、オープンキャビティシステム２００は、第１再帰反射器または送信機２０４と、第２再帰反射器または受信機２０６との間に、オープンキャビティ２０１を含む。再帰反射器２０４および２０６は、最小限の散乱で、信号をその源に反射して返すことができる。オープンキャビティ２０１は、第１および第２再帰反射器２０４および２０６によって、完全には囲まれていない。
【００２２】
また、オープンキャビティシステム２００は、送信機２０４または増幅器２０８からの低周波電気信号を音響信号に変換するために、低周波増幅器２０８の近くに第１電気音響変換器２０５を含む。オープンキャビティシステムはまた、受信機２０６またはパワー吸収媒体２１０によって受信される前に、音響信号を低周波電気信号に変換するために、パワー吸収媒体２１０の近くに第２電気音響変換器２１１を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、送信機１０２および受信機１０４は、再帰反射メタサーフェスから形成された、第１および第２再帰反射器２０４および２０６を含んでもよい。該再帰反射メタサーフェスは、半波長未満の複数の個々の構成要素を含み得る。該再帰反射メタサーフェスは、該波長よりも小さいユニットセルのアレイを含み得る、または、該波長よりも小さなピッチを有する、ユニットセルのアレイを含み得る。該小さなユニットセルは、所望の分解能で該フィールド分布を正確に得ることを可能にする。
【００２４】
オープンキャビティシステム２００は、オープンキャビティ２０１の一端（例えば送信機）から、オープンキャビティの反対端（例えば受信機）に音響信号を転送し得る。いくつかの実施形態では、音響信号は、パワーを無線送信するために使用される。いくつかの実施形態では、シード信号を含む音響信号は、低周波電気信号を含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は圧電変換器である。
【００２６】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器はダイナミックスピーカーである。
【００２７】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は磁歪型変換器（magnetostrictive transducer）である。
【００２８】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は静電型スピーカーである。
【００２９】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は静磁型スピーカーである。
【００３０】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器はイオン伝導型スピーカーである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は熱音響型スピーカーである。
【００３２】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器はロータリースピーカーである。
【００３３】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器はエアモーショントランスフォーマである。
【００３４】
いくつかの実施形態では、電気音響変換器は磁性流体変換器（ferrofluidic transducer）である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、第１および／または第２再帰反射器は再帰反射メタマテリアルから形成されてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第１および／または第２再帰反射器は、例えば異なる弾性特性を有する弾性材料の体積分布のような、再帰反射効果を提供するための幾何学的形状を有する人工的に構造化された材料の層を含む、弾性材料から形成されてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、第１再帰反射器は、複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第２再帰反射器は、複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを含んでもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイの一方または両方は、音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイの一方または両方は、音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、それぞれの素子の占める物理的面積を超える実効音響断面積（effective acoustic cross-section）により決定される実効開口面積（effective aperture area）を有する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、第１再帰反射器は再帰反射位相共役メタサーフェスを含んでもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、第２再帰反射器は再帰反射位相共役メタサーフェスを含んでもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第１および第２再帰反射器は、二次元（two-dimensional（2D））表面を有し、実質的に平坦で均一である。第１および第２再帰反射器の各々は、サブ波長厚さを有するパターン化された構造を備える２Ｄメタサーフェスを備える。
【００４４】
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイのうちの少なくとも一方は、実質的に平坦な２Ｄアレイである。
【００４５】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステム２００は、部分壁または側方再帰反射器を含んでもよい。送信機および受信機を含むオープンキャビティシステムは、反射媒体を含んでもよい。該反射媒体は、送信機と受信機との間のオープンキャビティを部分的に境界付け、送信機と受信機との間の波動の伝搬を助ける導波路として、少なくとも部分的に機能する。該反射媒体は、信号を受信機に向けるように構成され得る、送信機から受信機へのビームの経路に沿って調整器反射器(regulator reflector)および／または１つ以上の側方再帰反射器を含んでもよい。
【００４６】
再び図２を参照すると、オープンキャビティシステム２００は、送信機から受信機へ信号が向かうのを助けるために、該経路に沿って配置された、例えば１つ以上の側方再帰反射器、一般的な反射器、または固体材料などの、反射媒体２１４を任意に含んでもよい。いくつかの実施形態では、２つの再帰反射器２０４および２０６が互いに焦点を合わせるように設計されるとき、側方再帰反射器は必要ではない場合がある。
【００４７】
いくつかの実施形態では、反射媒体は壁を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、反射媒体は１列の木を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、通信信号は、自動ビームフォーミングを使用することによって、木々が密集して茂り、曲がりくねった道に沿った視線の向こうにある、ドローン（受信機）へと送られてもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、反射媒体は、送信機と受信機との間のオープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、送信機と受信機との間の波動の伝送を助ける導波路として、少なくとも部分的に機能する。送信機から受信機への該経路は非自由空間伝搬チャネルを含み、マルチパス（multipath）と呼ばれる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、単一のビーム（single beam）を含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、多ビーム（multiple beam）を含む。例えば、オープンキャビティシステムは、２つ以上の送信機からの信号を受信する１つの受信機を含んでもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、マルチパスビームを含む。
【００５４】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、受信機における、パワー密度ホットスポットを有する干渉パターンを含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、受信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む。
【００５６】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、送信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む。
【００５７】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティ内の信号の空間的局在化は、オープンキャビティの中央に焦点をもつ集束ビームを含む。
【００５８】
いくつかの実施形態では、受信機２０６が送信機２０４からのフラウンホーファー（Fraunhofer）距離よりも小さい距離にある。
【００５９】
いくつかの実施形態では、円形開口についてのフラウンホーファー距離は２Ｄ２／λである。ここで、Ｄは該開口の直径である。この距離は、該開口の遠方界領域を決定するために使用される。異なる直径の一対の送信開口および受信開口を参照する場合には、該送信機の第１の直径および該受信機の第２の直径のうち、より小さい値を使用して、２つの開口が互いの遠方界内にあるか否かを判定することになる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、受信機２０６はパッシブ（passive）であり、増幅音響信号に基づいて自動的に形成されたビームを受信するように構成される。
【００６１】
いくつかの実施形態では、音響信号は、１ｍｍ〜１ｍの範囲の波長を有する。
【００６２】
いくつかの実施形態では、音響信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数を有する。より大きな周波数の音響信号はより指向性が強く、より小さい周波数の音響信号はより指向性が弱い。送信機の中心周波数は、送信機と受信機との間の音響信号の伝送を最大化するために、その動作範囲から選択されてもよい。
【００６３】
音響信号の波長に対する送信機と受信機との断面寸法（cross-dimension）の比率は、光学装置の場合よりもはるかに小さい。光学装置においては、送信機は光学的波長（optical wavelength）に比べて巨大である。例えば、光学装置が光信号の波長の数百万倍であるように、光学キャビティは、幅がセンチメートル、長さがメートルまたは数百メートルであり得る。対照的に、音響装置の場合には、送信機は波長と同等である。例えば、波長が１０ｃｍ〜１ｍｍの音響信号では、送信機はミリメートルまたはセンチメートルの大きさであり得る。
【００６４】
いくつかの実施形態では、第１および第２再帰反射器のそれぞれは、音響信号の波長の１００倍未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、第１および第２再帰反射器のそれぞれは、音響信号の波長の５０倍未満の直径を有する。
【００６５】
いくつかの実施形態では、第１および第２再帰反射器のそれぞれは、音響信号の波長の１０倍未満の直径を有する。
【００６６】
音響信号は水中を伝わり得る。例えば、周波数が１ｋＨｚ未満の場合、音響信号は減衰することなく、水中を約１０００ｋｍ進み得る。しかしながら、無線周波数（ＲＦ）信号では、周波数が１ＭＨｚの場合に１ｍ未満進み得るといったように、ＲＦ信号は水中でほとんど吸収される。
【００６７】
いくつかの実施形態では、音響信号は音響パワーを無線送信するために使用される。
【００６８】
いくつかの実施形態では、音響信号は符号化された情報を無線送信するために使用される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、音響信号はオープンキャビティ内部の伝搬チャネルの諸特性を感知するために使用される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、音響信号はオープンキャビティの少なくとも一部を遠隔的に画像化するために使用される。
【００７１】
（低周波増幅器およびパワー吸収層）
再び図２を参照すると、オープンキャビティシステム２００はまた、信号発生器２０２からのシード信号を増幅できる増幅器２０８を含んでもよい。増幅器２０８は、非線形増幅素子のサブ波長アレイを含む増幅メタマテリアルから形成されてもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態では、低周波増幅器２０８は、増幅低周波電気信号を形成するために、信号発生器２０２からの低周波シード信号を増幅するための位相保存増幅器を含む、複合増幅器であってもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、送信機２０４は、位相保存増幅器２０８と一体化していてもよい。いくつかの実施形態では、低周波増幅器２０８は、オープンキャビティの内側にあってもよく、送信メタサーフェスまたは送信機２０４に近接していてもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、位相保存増幅器は、シード信号２０３の振幅を増幅し、整合受信機に送信される増幅信号２０９を形成するために、メタマテリアルを含んでもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態では、位相保存増幅器は、第１および第２再帰反射器の内側にあるか、または、第１および第２再帰反射器に隣接してある、分布型増幅層（distributed amplification layer）を含んでもよい。
【００７６】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は、アクティブメタマテリアルを含む。
【００７７】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は、サブ波長増幅素子のアレイを含む。
【００７８】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは、サブ波長増幅素子のそれぞれが、音響信号を低周波電気信号に、またその逆に変換するための、電気音響変換器を有するように、変換器のアレイを含んでもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態では、サブ波長増幅素子は（複数の）トランジスタを含んでもよい。
【００８０】
いくつかの実施形態では、サブ波長増幅素子は（複数の）パッケージ化された増幅器モジュールを含む。
【００８１】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は送信機の近くにある。
【００８２】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は送信機と構造的に一体化している。
【００８３】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は、複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイと、構造的に一体化している。
【００８４】
いくつかの実施形態では、分布型増幅層は、利得を制御するためのアクティブ再帰反射メタマテリアルを含む複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイと、構造的に一体化している。
【００８５】
いくつかの実施形態では、第１アレイの複数のサブ波長再帰反射素子の各々は、増幅素子と構造的に一体化している。
【００８６】
いくつかの実施形態では、受信機２０６はパワー吸収層２１０を備える。
【００８７】
いくつかの実施形態では、パワー吸収層は、第２再帰反射器に隣接している。
【００８８】
いくつかの実施形態では、パワー吸収層は、第２再帰反射器と構造的に一体化している。
【００８９】
（大きなＱ値をもつ共振器）
シード信号を増幅するために十分な利得を与えるのに十分大きなＱ値を有する音響モードが存在し得る。該モードは、音響場が飽和点（saturation point）まで励起（pump）されることを可能にする。飽和点は、利得を供給する増幅器の飽和によって定義される。
【００９０】
再び図２を参照すると、オープンキャビティシステム２００はまた、低周波増幅器２０８に結合された適応利得制御器（adaptive gain controller）２１２を含んでもよい。オープンキャビティシステム２００はまた、増幅器２０８からのパワーを監視するためのパワーセンサ２１６を含んでもよい。適応利得制御器２１２は、オープンキャビティシステムの最大伝達（maximum transfer）を改善するために、利得が監視され、動的に変更されることを可能にする。例えば、利得は、増幅器２０８に隣接する、または、増幅器２０８と一体化したパワーセンサ２１６からのパワー推定値に基づいて、動的に増加または減少し得る。
【００９１】
いくつかの実施形態では、増幅器２０８はチューナブルであり、自動モード同期（automatic mode locking）を容易にする複数の固定利得曲線（fixed gain curve）を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステム２００は、増幅器２０８が与えるように構成された、複数のあらかじめ設計されたまたは固定の利得曲線のうちの１つを動的に選択する利得曲線制御器（gain curve controller）を含んでもよい。該複数のあらかじめ設計されたまたは固定の利得曲線は、入射パワーの関数として増幅率（amplification ratio）を有し得る。あらかじめ設計された曲線は平坦でないこともあり得る。あらかじめ設計された利得曲線は、飽和点を超えると利得が減少し始める該飽和点を有し得る。また、あらかじめ設計された利得曲線は、モード同期を容易にする。増幅器２０８は、利得がパワーの関数として減少し、該利得が同じ比率で増幅し続けることのないように、設計され得る。
【００９２】
オープンキャビティシステム２００は、レーザーシステムのように機能する。だが、オープンキャビティシステム２００は、通常のレーザーキャビティが必要とするような側壁を、全ては必要としない。オープンキャビティシステム２００は、最大のＱ値を有する最良のモードを選択し得る。信号発生器２０２からの音響シード信号２０３は、音響場が自己閉じ込め（self-confined）になるように、オープンキャビティシステム２００内で共振し得る。例えば、送信機２０４と受信機２０６との間のオープンキャビティ２０１は、最大のＱ値を有する最良のモードを、非常に大きな組のモードから選択することを可能にする。最良のモードでは、シード信号２０３から変換された音響信号は次第に増大して飽和に至ることができ、他の全てのモードは次第に減衰するか、または、消滅する。同期は、あらかじめ設計された利得曲線で自動的に起こる。
【００９３】
オープンキャビティシステムの送信機は、受信機に向かってさまざまな方向にビームをランダムに射出し得る。いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間の伝送において、いくらかの信号またはエネルギーが失われ得る。
【００９４】
送信機と受信機との間の信号の伝送は、オープンキャビティ内の信号の多重残響（multiple reverberations）によって強められる。これは、オープンキャビティ内部のパワーフラックス密度の増加を引き起こす。
【００９５】
オープンキャビティシステムは、第１および第２再帰反射器と位相保存分布型増幅層との間にオープンキャビティを含み、共振器である。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは少なくとも１０であるＱ値を有する。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは少なくとも２０であるＱ値を有する。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは少なくとも３０であるＱ値を有する。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは少なくとも４０であるＱ値を有する。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは少なくとも５０であるＱ値を有する。
【００９６】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティは、例えば木々の茂った道および都会のジャングルなどの、送信機から受信機への信号伝搬を遮るマルチパス環境を含む。
【００９７】
いくつかの実施形態では、オープンキャビティは、送信機から受信機への信号伝搬を助けるための導波路として、例えば１つの再帰反射器および／または通常の反射器などの、反射媒体を含む。
【００９８】
いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも１０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも２０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも３０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも４０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも５０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも６０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも７０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも８０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも９０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射媒体は少なくとも９５パーセントの反射率を有する。
【００９９】
（時間反転ビームフォーミング）
いくつかの実施形態では、送信機は、デュアル送受信モードで動作し、時間反転ビームフォーミングを達成するために、音響信号を同時に受信および送信するように構成される。
【０１００】
時間反転ビームフォーミングは、（複数の）放射素子または送信機に適用される位相を決定する受信機の位置からの信号を使用する。送信機での受信信号に対する位相は、受信機の位置に基づいて決定され、そして、位相共役信号を生成し、送信し得る。位相共役とは、得られた場が反転した伝搬方向を持つが、その振幅と位相は保たれるような、波動場の物理的変換である。
【０１０１】
広範囲の適応ビームフォーミングの応用が考えられ、広範囲の適応ビームフォーミングの応用は、本明細書に記載されるビームフォーミング技術を用いて可能となる。例えば、幾つかの実施形態では、ビームフォーミングは、１つ以上の反射性、屈折性、または略散乱性の物体を含む、マルチパス伝搬チャネルを含み得る。マルチパス伝搬チャネルのモデルは、例えばＡＮＳＹＳ  ＨＦＳＳ、ＣＯＭＳＯＬ  ＲＦ、ＣＳＴ  ＭＷＳなどを含む、多種多様なシミュレーションソフトウェアパッケージのいずれかを使用してシミュレーションし得る。
【０１０２】
オープンキャビティシステムでは、受信メタサーフェスまたは受信機上に、パッシブにビームが形成される。ビームフォーミングは、受信信号の位相を使用して自動的に達成される。オープンキャビティシステムのビームフォーミングはパッシブな方式で行われ、その結果、オープンキャビティシステムは、送信機および受信機のそれぞれの個々の素子を制御するための、いかなる複雑なネットワークも必要とせず、また、各変換器素子のためのいかなる位相シフト素子も必要としない。
【０１０３】
オープンキャビティシステムは、音響信号を確実に伝送し得る。オープンキャビティシステムは、いかなるデジタル位相シフトシステムも必要としない。したがって、オープンキャビティシステムは低複雑性で低コストである。
【０１０４】
オープンキャビティシステムは本質的に安全である。伝搬チャネル内に何かが出現し、信号伝送またはエネルギー伝送を妨げた場合、オープンキャビティシステムは自動的に停止する。オープンキャビティシステムでは、送信機は、動作するために適切な整合受信機を必要とする。言い換えれば、送信機は、整合受信機から良質のフィードバックを受信しなければ動作できない。
【０１０５】
（可動送信機および可動受信機）
いくつかの実施形態では、受信機および送信機は、互いに対して、または、基準物体に対して、移動可能であるように構成される。いくつかの実施形態では、受信機および送信機は、互いに対して、または、基準物体に対して、向きづけ可能である。
【０１０６】
図３は、本開示の実施形態による、音響信号の増幅のための可動送信機３０４および可動受信機３０６を含むオープンキャビティシステムを図示する。オープンキャビティシステム３００は、送信機３０４に結合された低周波電気信号の信号発生器と、送信機３０４から送信された低周波電気信号を増幅するための増幅器３０８と、を含む。オープンキャビティシステム３００はまた、低周波電気信号を音響信号に変換するための、増幅器３０８に隣接する第１電気音響変換器３１２と、音響信号を受信機３０６によって受信される低周波電気信号に変換するための第２電気音響変換器とを含む。図３に示すように、送信機または第１再帰反射器３０４に垂直な中心軸３１０からθの角度で、受信機または第２再帰反射器３０６が向きづけられ得るよう、受信機または第２再帰反射器３０６は、移動可能または回転可能であり得る。また、送信機３０４および増幅器３０８、そして電気音響変換器３１２および３１４は、移動可能であるように構成されてもよい。受信機または第２再帰反射器３０６は、送信機または第１再帰反射器に対して調整可能な角度を有する。
【０１０７】
図３に示されるように、本開示のオープンキャビティシステム３００は、従来の静的なクローズドキャビティ内における２つのミラーとは異なり、互いに向かい合う必要のない、２つの再帰反射器３０４および３０６を含んでもよい。オープンキャビティシステムの２つの再帰反射器は、従来の静的なクローズドキャビティまたはレーザーシステムとは異なり、大きなＱ値を失うことなく、十分遠く離れて配置され得る。例えばレーザーシステムのような、従来の静的なクローズドキャビティでは、二つのミラーが互いに向かい合う。（複数の）通常の反射器は、十分に離して配置されたとき、大きいＱ値が減少または失われ得る。
【０１０８】
オープンキャビティシステム３００は、望ましくないモードで同期を開始した場合、利得を低下させ得、または再帰反射器３０６を再び向きづけし得る。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、受信機または第２再帰反射器は、自由に移動可能または回転可能である。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、受信機または第２再帰反射器は、所定の位置に固定される。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、送信機または第１再帰反射器は、自由に移動可能または回転可能である。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、送信機または第１再帰反射器は、所定の位置に固定される。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、空気を含む領域と、液体材料で満たされた領域と、を含む。音響信号は、送信機と受信機との間の、液体で満たされた領域を通過する。
【０１１４】
図４は、本開示の実施形態による、マルチパス非自由空間伝搬チャネルを含むオープンキャビティシステムを示す図である。図４に示すように、オープンキャビティシステム４００は、送信機２０４と、送信機２０４に隣接する、低周波電気信号を音響信号に変換するための第１電気音響変換器２０５と、を含む。また、オープンキャビティシステム４００は、受信機２０６と、音響信号を低周波電気信号に変換するための第２電気音響変換器２１１と、を含む。また、オープンキャビティシステム４００は、第１および第２電気音響変換器２０５および２１１の間に、オープンキャビティ４０１を含む。オープンキャビティ４０１は、例えばトンネルまたは洞のような、水で満たされた領域４０４を含み得る。第１電気音響変換器２０５からの音響信号は、水で満たされた領域４０４を通り、第２電気音響変換器２１１、次いで、受信機２０６に到達する。オープンキャビティ４０１はまた、音響信号を反射する固体材料４０６を含み得る。
【０１１５】
マルチパス非自由空間伝搬チャネルは、空気、水、および固体材料を含んでもよい。また、オープンキャビティシステムは、図２に示されるように、側方再帰反射器および側面反射器を含んでもよい。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、空気で満たされたキャビティを含む。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、該空気で満たされたキャビティは、空気で満たされたトンネルを含む。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、水で満たされたキャビティを含む。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、該水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中の洞を含む。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、該水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中のトンネルを含む。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、気体で満たされた少なくとも１つの領域と、液体で満たされた少なくとも１つの領域とを備える。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、固体材料によって少なくとも部分的に境界付けられている。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、該固体材料は、送信機と受信機との間のオープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、送信機と受信機との間の波動の伝搬を助ける導波路として、少なくとも部分的に機能する。
【０１２４】
（パワーコンバイナ）
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長増幅素子は、シード信号をオープンキャビティの反対端から返る、入ってくる信号と結合した後、該結合信号を増幅するように構成されたパワーコンバイナを含んでもよい。
【０１２５】
図５は、本開示の実施形態による、ユニットセルを含むオープンキャビティシステムの等価回路図である。図に示すように、オープンキャビティシステム５００は、シード信号５１２をパワーコンバイナ５０４に供給する信号発生器５０２を含み、パワーコンバイナ５０４は、増幅器５０６に結合される。該シード信号は、低周波電気信号である。パワーコンバイナ５０４は、信号発生器５０２からのシード信号５１２を、増幅器５０６により増幅される電気信号と結合する。該電気信号は、電気音響変換器により音響信号から変換される。該音響信号は、マルチパス非自由空間伝搬チャネルを通って進み得る。
【０１２６】
オープンキャビティシステム５００が作動した初めのときには、シード信号５１２は強くはない。シード信号５１２は、電気音響変換器によって音響信号に変換される。シード信号５１２が増幅メタマテリアルまたは増幅器５０６を通って増幅されるように、該音響信号は、電気音響変換器５１０と受信機（図５に示さず）との間を、複数回、前後に伝搬しなければならない。シード信号５１２の振幅は、オープンキャビティ内で増加し始め、増幅電気信号５１４を形成する。増幅電気信号５１４は、オープンキャビティの一端の送信機へと、該オープンキャビティの反対端の受信機から返る。パワーコンバイナ５０４は、シード信号５１２を増幅信号５１４と結合して、結合信号５１６を生成する。パワーコンバイナ５０４から出力される結合電気信号５１６が飽和点に達しモード同期となったとき、該シード信号が結合信号５１６の位相をあまり歪めないように、シード信号５１２は、該増幅信号と比較して非常に弱い。
【０１２７】
オープンキャビティシステム５００はまた、デュアルモードで動作する電気音響変換器５１０への単一経路上の双方向通信を可能にする、送受切換器５０８を含む。デュアルモードは、送信機が同時に信号を送信しかつ受信することを可能にする。送受切換器５０８は、パワーコンバイナ５０４に結合される。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステム５００は、送受切換器５０８とパワーコンバイナ５０４との間に結合された低雑音増幅器（low noise amplifier（LNA））５１８を、任意に含んでもよい。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは任意に、パワー増幅器５０６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、オープンキャビティシステムは、ＬＮＡ５１８とパワー増幅器５０６との両方を含んでもよい。
【０１２８】
図６は、本開示の実施形態による、２つ以上のユニットセルを含むオープンキャビティシステムの等価回路図である。図示のように、オープンキャビティシステム６００は、第１パワーコンバイナ５０４Ａにシード信号５１２を供給する信号発生器５０２を含む。第１パワーコンバイナ５０４Ａは、第１増幅器５０６Ａに結合される。オープンキャビティシステム６００はまた、第１電気音響変換器５１０Ａへの単一経路上の双方向通信を可能にする第１送受切換器５０８Ａを含む、第１ユニットセルを含む。
【０１２９】
また、オープンキャビティシステム６００は、シード信号５１２を信号発生器５０２から第２パワーコンバイナ５０４Ｂに供給する第２ユニットセルを含む。第２パワーコンバイナ５０４Ｂは、第２増幅器５０６Ｂに結合される。オープンキャビティシステム６００はまた、第２電気音響変換器５１０Ｂへの単一経路上の双方向通信を可能にする第２送受切換器５０８Ｂを含む。第１パワーコンバイナ５０４Ａは、シード信号５１２を増幅信号５１４Ａと結合して、結合信号５１６Ａを生成する。第２パワーコンバイナ５０４Ｂは、シード信号５１２と増幅信号５１４Ｂとを結合して、結合信号５１６Ｂを生成する。該オープンキャビティシステムはより多くのユニットセルを含み得ることを、当業者は認めるだろう。
【０１３０】
（サーキュレータ）
オープンキャビティシステムは、送信モードおよび受信モードを含むデュアルモードにおいて、サーキュレータおよび一対のダイオードを含んでもよい。該サーキュレータは、信号が送信機で同時に送信され、かつ、受信され得る時間反転ビームフォーミングを可能にする。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる音響信号を出ていく増幅音響信号から分離するように構成された３ポートサーキュレータを含んでもよい。複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる音響信号を出ていく増幅音響信号から分離するように構成された（複数の）ダイオードを含んでもよい。
【０１３２】
該３ポートサーキュレータは、ポート１〜３の３つのポートを含む、非線形ＲＦ装置である。ポート１は、ポート２には流れ得るが、ポート３には流れないエネルギーの入口となるポートである。ポート３を通って入ってきたエネルギーは、ポート１にのみ流れて入っていき、送信機に戻り得る。ポート２で受信された信号は、増幅され、ポート３に送られ得る。
【０１３３】
図７は、本開示の実施形態による、偏波器フィルタおよびサーキュレータを加えたユニットセルを含む、図５のオープンキャビティシステムの等価回路図である。図７に示されるように、オープンキャビティシステム７００は、パワーコンバイナ５０４にシード信号５１２を供給する信号発生器５０２を含んでもよい。パワーコンバイナ５０４は、増幅器５０６に結合される。また、オープンキャビティシステム７００は、時間反転ビームフォーミングのためのデュアルモードにおいて、電気音響変換器５１０への単一経路上の双方向通信を可能にする送受切換器５０８を含む。送受切換器５０８は増幅器５０６に結合される。
【０１３４】
オープンキャビティシステム７００は、任意選択でアイソレータ７０６を含んでもよい。送受切換器５０８は任意選択で、アイソレータまたはサーキュレータ７０６に結合されてもよい。サーキュレータ７０６を任意選択で通過し得、次いで、パワーコンバイナ５０４でシード信号５１２と結合される、電気音響変換器５１０で受信される増幅信号７０８。いくつかの実施形態では、送受切換器５０８はサーキュレータ送受切換器である。
【０１３５】
（反射境界）
いくつかの実施形態では、オープンキャビティは送信機と受信機との間に、例えば特に木の幹または枝、ならびに、小さな建物などといった、部分的な障害物を含んでもよい。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、該反射媒体は金属を含む。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、該反射媒体はフェンスを含む。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間のオープンキャビティは、反射境界または反射面を含む。反射境界または反射面は、送信機と受信機との間の全ての可能な伝搬経路を遮り得る。オープンキャビティにおける残響は、反射境界または反射面によって遮蔽された領域内への伝送を強めるのに、非常に有用であることが分かる。それは、例えば、土壌または岩石といった、伝導性のわずかな固体の薄い層を通り抜ける。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、送信機と受信機との間の信号の伝送は、オープンキャビティ内の信号の多重残響によって強められる。これは、オープンキャビティ内部のパワーフラックス密度の増加を生じさせる。
【０１４０】
図８は、本開示の実施形態による、オープンキャビティ内の反射境界を示す。図示のように、オープンキャビティシステム８００は、送信機８０２と受信機８０４との間に反射境界８０６を含む。反射境界８０６は、それが送信機８０２からの信号を遮るように、反射性を有する。しかし、Ｑ値が大きいため、送信機からの信号は、反射境界の存在下の信号の多重残響から、受信機８０４に送信され得る。
【０１４１】
図８に示すように、オープンキャビティシステム８００は、例えば特に、（複数の）木８０８、（複数の）小さな建物８１０、（複数の）フェンス、または（複数の）壁などといった、反射媒体を含んでもよい。送信機からの、反射媒体または反射境界へ、そして受信機へのビームは、マルチパスビーム（multipath beam）と呼ばれる。
【０１４２】
いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも１０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも２０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも３０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも４０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも５０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも６０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも７０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも８０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも９０パーセントの反射率を有する。いくつかの変形例では、反射境界は少なくとも９５パーセントの反射率を有する。
【０１４３】
（回折再帰反射器）
回折再帰反射器の（複数の）実施形態は、数値最適化アプローチを用いて設計され、実装されてもよい。従来のコンセントレータ（放物面鏡など）は上述したように、理論的最大値の１０〜３０％のコンセントレーション係数（concentration factor）を有する。したがって、本明細書に記載される設計アプローチに従って数値的に最適化される非結像回折音響学素子(non-imaging diffractive acoustics)を使用してなされるべき多くの改良がある。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、回折再帰反射器は全弾性構造（all-elastic structure）であり、数値最適化技術は、該構造内の弾性材料の分布を決定するために使用される。図９は、表面上に（例えば、３Ｄプリンティングによって）配置された材料の縦断面プロファイル（elevation profile）を有する、メタサーフェスの例を示す。該縦断プロファイルは、目的関数（cost function）に基づいて最適化され得る。例示的な実例が図９に示されている。図９は、縦断面または厚さプロファイル９０６を有する弾性回折再帰反射器９０２を示す。この実施形態では、回折再帰反射器９０２は、可変厚さの弾性層として実装され、大地面（ground plane）の上部に配置される。
【０１４５】
弾性回折再帰反射器の厚さプロファイル９０６は、形状最適化アルゴリズムによって決定されてもよい。厚さプロファイル９０６は、（開口上の位置の関数としての厚さプロファイルのサブ波長離散化、例えば、約λ／１０、λ／５、またはλ／３以下の長さスケールでの離散化に対応する）一組の独立した制御変数として扱われる。そして、該アルゴリズムは制御変数のうちの１つに対して小さな摂動を用い、順波動伝搬問題(forward wave propagation problem)を解いて、最適化目標（goal）または目的関数における対応する小さな変化を決定する。
【０１４６】
このようにして、このアルゴリズムは、目的関数の勾配（すなわち感度ベクトル（sensitivity vector））を計算し、標準的なニュートン法（standard Newton）、減速ニュートン法（damped Newton）、共役勾配法、または他の勾配法系の非線形ソルバを反復して進行し、任意選択で、最大厚さについての選択された制約条件のもとで行われる。いくつかのアプローチでは、感度ベクトルは、（厚さプロファイルのＮ項離散化に対して）Ｎ個の順波動伝搬問題を解くことによってではなく、代わりに、感度ベクトル全体を生成する単一の随伴問題を解くことによって得られる。例えば、本明細中に参照により援用される、米国特許出願公開第２０１６／０２６１０４９号（以下、「Ｄｒｉｓｃｏｌｌ」）を参照されたい。
【０１４７】
反復最適化アルゴリズムは、終了許容値（termination tolerances）または条件が満たされるまで続く。終了条件を感度ベクトルのあるノルム（例えば、Ｌ１またはＬ２ノルム）に課すことができ、その場合、最適化アルゴリズムは収束することが保証される。あるいは、終了条件を目的関数のスカラー値に不等式として課すことができるが、その場合、該アルゴリズムは課された条件を満たすことができないことがある。このため、該終了条件は通常、感度ベクトルに適用され、最適化目的関数の最終値は、入力値ではなく、該アルゴリズムの出力値とされる。
【０１４８】
目的関数の最終値が特定の許容値を下回ることが求められる応用では、そのような出力結果を生成できなかった最適化ループは、異なる初期推測値（initial guess）で繰り返され得る。再帰反射器の理論的最大性能に関する上述の式は、達成可能な許容値の評価を教え得る。１つ以上の最適化ループは、１つ以上のそれぞれの初期推測値に対して実行し得、そのようなループは完全に独立しており、分散コンピューティングによって、並行して計算し得る。初期推測値は例えば、材料の周期的配列（回折格子）を含み得る。より正確な初期推測値は、小さな適応開口（adaptive aperture）に焦点をもたらす、標準的な回折フレネルレンズの厚さプロファイルであり得る。
【０１４９】
目的関数は、該再帰反射器の１つ以上の受け角度（acceptance angle）に対する、試験構成によって得られるコンセントレーションの質を示す任意の関数であり得る。例えば、目的関数は選択された一組の受け角度にわたって平均化された、開口能率（aperture efficiency）（すなわち、大きな開口に入射するパワーのうち、小さな開口で受ける割合）であり得る。この例では、小さな開口は大きな開口に対して係数４でスケールダウンされ、これは（２Ｄシナリオでは）４の圧縮係数（compression factor）に、または、（３Ｄシナリオでは）１６の圧縮係数に対応する。それにより、約１４°という理論的に最大の受け角度が得られる。厚さプロファイル９０６は、０°、３°、および６°で入射する放射に対する平均開口能率を最適化して得られ、これらの入射角での全波シミュレーションで、５６％、５１％、および３１％の開口能率を得る。
【０１５０】
形状最適化は、製造プロセスに入力され得る厚さプロファイル９０６に対する指示を与える。様々な厚さの弾性層は、弾性材料の平坦なスラブを機械加工することによって（例えば、標準的なＣＮＣ技術を使用して）、成形可能な材料を所望の形状に鋳造することによって、または３Ｄプリンティングによって、容易に製造し得る。１つのアプローチでは、３Ｄプリンティングはシングルマテリアル３Ｄプリンタ（single-material 3D printer）で行われ、厚さプロファイルの「谷」には材料がない。別のアプローチでは、３Ｄプリンティングは、厚さプロファイル未満のボクセルについては第１弾性材料を印刷し、厚さプロファイルを超えるボクセルについては第２弾性材料を印刷する、マルチマテリアル３Ｄプリンタ（multi-material 3D printer）で、構造についてあらかじめ選択された（例えば、開口全体にわたる最大の厚さに対応する）全高まで、行われる。
【０１５１】
マルチマテリアル３Ｄプリンティングプロセスは例えば、空隙または張り出しを有する、より複雑な全弾性構造を実装するために使用することができる。したがって、いくつかのアプローチでは、数値最適化アプローチは、単に上記のような形状についてではなく、該回折再帰反射器構造に対して指示された体積の範囲内で３Ｄプリンティングされた材料のバイナリ（またはｋ個の異なる材料についてのｋ項(k-ary)）分布について最適化することによって進行し得ることが理解されよう。例えば、制御変数は、該再帰反射器のサブ波長ボクセルに対する弾性パラメータの値、または、平滑化されたステップ関数のパラメータであり得、該制御変数は、どの材料が各ボクセルを満たすかを指示する。例えば、Ｄｒｉｓｃｏｌｌ（上で引用）を参照されたい（特に、誘電材料分布のバイナリ様相（binary aspect）を表す平滑化されたヘビサイド関数で、誘電メタマテリアルを最適化することを説明している）。
【０１５２】
（変調再帰反射器）
いくつかの実施形態では、第１端末と第２端末との間で音響信号を交換するための装置は、受信機に向けられたビームの形でシード信号を送信し、該第２端末から返された該信号を受信するために、オープンキャビティの一端に、複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器を備える第１端末を含んでもよい。また、該装置は、該送信されたシード信号を返すために、該オープンキャビティの反対端に、複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える第２端末を含んでもよい。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、第１および／または第２再帰反射器は、例えば異なる弾性材料の体積分布などの、再帰反射効果を提供するための幾何学的形状を有する、人工的に構造化された材料の層を含む弾性材料から形成されてもよい。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、第２再帰反射器は、変調再帰反射器である。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、受信機は再送信機として機能し得る。該受信機は、変調再帰反射器である。該変調再帰反射器の様式（modality）は、低パワー移動端末（例えば、受信機）から高パワーステーション（例えば、送信機）への情報伝達を可能にする。該受信機は、該変調再帰反射器によって変調された信号を、該送信機に再送信して返す。
【０１５６】
いくつかの実施形態では、変調再帰反射器は複数のサブ波長素子の変調アレイを含む。ここで、該サブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された、少なくとも１つの材料の体積分布を含む。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長素子の変調アレイは、反射波の強度を変調する。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長素子の変調アレイは、反射波の位相を変調する。
【０１５９】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長素子の変調アレイは、該アレイのパーティションの電気機械的作動によって変調を達成する。例えば、１つの層は、基板に対して、または別の層に対して移動し得る。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長素子の変調アレイは、該アレイに広がる電気活性材料（electroactive material）層の電気的刺激によって変調を達成する。該電気活性材料は、半導体材料、液晶材料、電気活性ポリマー、圧電材料、強誘電性材料、磁歪材料、電気粘性流体、刺激応答性ゲルおよびチューナブルメタマテリアル（tunable metamaterial）からなる群から選択される材料を含む。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、該第１再帰反射器は、変調再帰反射器である。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、送信機からの音響信号を受信するための装置が提供される。該装置は、開放共振器の反対端における整合送信機からの音響信号を受信するために、該開放共振器の移動端にサブ波長再帰反射メタサーフェス素子のアレイを有する再帰反射器を含む受信機を備える。ここで、該受信機は、該整合送信機から送信された該音響信号から、ビームを形成するように構成される。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、該再帰反射器は複数のサブ波長素子のアレイを含む。ここで、該複数のサブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された、少なくとも１つの材料の体積分布を含む。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、該体積分布の少なくとも１つの材料は、屈折（部分的に透明の）材料を含む。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、該体積分布の少なくとも１つの材料は、部分的に反射性を有する材料を含む。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、該体積分布は、１次元または２次元でパターン化された、少なくとも１つのパターン化された層を含む。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、該体積分布は、自由形状製造（free-form manufacturing）、付加製造、または３Ｄプリンティングによってつくり出される。該付加製造は、ステレオリソグラフィー、マイクロリソグラフィー、ナノリソグラフィー、溶融物堆積法、選択的レーザー焼結法、直接金属レーザー焼結法、物理蒸着、化学蒸着およびナノデポジションのうちの１つ以上である。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、該体積分布は、除去製造（加工）によってつくり出される。いくつかの態様では、該除去製造は、ターニング加工、ボーリング加工、ドリル加工、ミーリング加工、ブローチ加工、のこ引き加工、シェーピング加工、プレーニング加工（シェーピング加工）、リーミング加工、タッピング加工またはウォータージェット加工を含む力学的な（従来の）機械加工プロセスのうちの１つ以上である。いくつかの態様では、該除去製造は、放電加工、電解加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工、レーザービーム加工、レーザーアブレーション、光化学加工（photochemical machining）、エッチングおよび超音波加工のうちの１つ以上である。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、該複数のサブ波長素子のアレイは、基板上に位置する。該基板は部分的に反射性を有する。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、複数のサブ波長素子のアレイを含む再帰反射器を設計するための方法が提供される。該複数のサブ波長素子は、少なくとも１つの屈折材料の体積分布を含む。ここで、該体積分布は、数値アルゴリズムを使用して計算される。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、該数値アルゴリズムは、順モデルおよび逆問題ソルバを含む。
【０１７２】
いくつかの実施形態では、該順モデルは、該再帰反射器の試験設計の数値シミュレーションである。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、該逆問題ソルバは非線形問題ソルバである。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、該逆問題ソルバは最適化問題ソルバである。
【０１７５】
シミュレーションのために、該設計プロセスは、多数の方向に入射平面波のような多数の照射パターンを適用し、その後、例えば該メタサーフェスの後方散乱断面積（モノスタティックレーダ断面積としても知られる）のような、ある性能指数を最大化することを含む。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、該最適化問題ソルバは、該再帰反射器の性能指数に関して定式化された最適化目的関数を使用する。
【０１７７】
いくつかの実施形態では、該再帰反射器の性能指数は、該再帰反射器の後方散乱断面積である。
【０１７８】
いくつかの実施形態では、該再帰反射器の性能指数は、該再帰反射器のモノスタティックレーダ断面積である。
【０１７９】
いくつかの実施形態では、該順モデルは、一定範囲の波数ベクトルから指定された波数ベクトルを有する平面波によって照射される再帰反射器の試験設計の数値モデルを含む。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、該波数ベクトルの範囲は、該再帰反射器に対する該平面波のさまざまな向きに対応する波数ベクトルを含む。
【０１８１】
いくつかの実施形態では、該波数ベクトルの範囲は、該平面波のさまざまな周波数に対応する波数ベクトルを含む。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、該逆問題ソルバは、少なくとも部分的に変換音響設計法（transformation acoustics design method）に基づいている。
【０１８３】
いくつかの実施形態では、該少なくとも１つの材料の該体積分布は、体積屈折率分布型（Gradient Index of Refraction（GRIN））レンズに対応する。該ＧＲＩＮレンズは、屈折率の分布が不均一な屈折レンズである。
【０１８４】
いくつかの実施形態では、体積（ＧＲＩＮ）レンズに対応する体積分布は、少なくとも部分的に変換音響設計法を使用して計算される。
【０１８５】
いくつかの実施形態では、体積（ＧＲＩＮ）レンズに対応する体積分布は、変換音響設計方法と、異なる形状の体積（ＧＲＩＮ）レンズに対する既知の解とを使用して、少なくとも部分的に計算される。変換音響学（Transformation acoustics）は、例えばマクスウェル‐ルネベルグレンズ（または他の任意のレンズまたは装置）などの、既知の波動操作装置（wave-manipulating device）の設計から開始し、該装置の体積上の量を、変換音響理論を用いて特性が計算されるメタマテリアル分布で置き換えることによって、（設計段階で）該装置の形状を変換することを可能にする技術である。
【０１８６】
（実施例）
いくつかの実施形態では、音響増幅器は、該再帰反射境界に隣接して、または、該再帰反射境界と一体化して、追加されてもよい。該音響増幅器または増幅メタマテリアルは、屈折波の虚部によってモデル化され得、増幅に対応し得る。
【０１８７】
該音響信号は、任意の所望の放射パターンによって規定され得る、空間的に変調された（ビームフォームド）信号である。本出願における「ビーム」という用語は、ペンシルビーム、集束ビーム、マルチパスビームおよびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない、パワー分布の任意の２次元または３次元空間局在化を指している。図１０Ａ〜１０Ｄに示す画像は、第１再帰反射器と第２再帰反射器との間のオープンキャビティにおける音響波の視覚的伝搬を表す。該音響波の伝搬は、ヘルムホルツ方程式を用いてシミュレートされている。図１０Ａ〜１０Ｄでは、左側の細い縦の矩形は、送信機または第１再帰反射器を表し、右側にある対称的に配置された矩形は、受信機または第２再帰反射器に対応している。
【０１８８】
図１０Ａは、第１再帰反射器および第２再帰反射器によって形成されたオープンキャビティの、エネルギー密度分布（音響波強度に比例）の一部を示す。該送信機および受信機は、等しい大きさ（例えば、直径）、例えば、動作周波数で５波長であり、該送信機および受信機の２倍の大きさまたは直径である、１０波長離れている。この数値シミュレーションは、２つの再帰反射器によって形成されたオープンキャビティにおける自動ビームフォーミングの概念を示すのに役立つ。送信機は、位相共役境界としてモデル化される再帰反射メタサーフェス（矩形領域１００２の左側の垂直境界）と、矩形領域として示される増幅（利得）領域１００２と、を含む。同様に、受信機は、位相共役境界としてモデル化された再帰反射メタサーフェス（矩形領域１００４の右側の垂直境界）と、該再帰反射メタサーフェスの前部の吸収（パワー受け）領域１００４と、を含む。増幅領域１００２および吸収領域１００４は共に、１波長の厚さである。このシミュレーションで用いた利得パラメータは０．０１である。吸収パラメータは０．０１である。該送信機と受信機との間のオープンキャビティは、自由空間を含んでいる。
【０１８９】
図１０Ｂは、図１０Ａで示したのと同じシステムを示す。ただし、利得パラメータが０．０３で動作している。
【０１９０】
図１０Ｃは、図１０Ａに示したシステムと構造が類似したシステムを示す。ただし、送信機および受信機の直径がより大きく（１０波長）、伝送距離がより長い（４０波長、つまり送信機の直径の４倍）。送信機における増幅層の利得パラメータは０．２２８である。受信機における吸収層の減衰パラメータは０．０１である。
【０１９１】
図１０Ｄは、図１０Ｃで示したのと同じシステムを示す。ただし、利得パラメータが０．４６２５で動作している。
【０１９２】
図１１は、本開示の（複数の）実施形態による、パッシブビームフォーマとして機能する再帰反射境界を示す図である。図示のように、システム１１００は、点源１１０４の右側面に、再帰反射境界１１０２または再帰反射器を含む。他の全ての境界は開いており、放射は、該右側面の再帰反射境界を除く、他の全ての側面を通過し得る。図示のように、入射信号１１０６は点源１１０４から放射し、該再帰反射器は、該再帰反射境界によって、信号１１０８を点源１１０４に反射して返す。
【０１９３】
いくつかの実施形態において、該再帰反射器は、湾曲しておらず、平坦な表面を有する。該再帰反射器は完全に平坦で均一である。いくつかの実施形態では、該再帰反射器は、メタマテリアルの薄い層を含む、２Ｄ再帰反射メタサーフェスを含む。該メタマテリアルは、ユニットセルまたはメタサーフェス素子のアレイを含む。
【０１９４】
図１２は、再帰反射メタサーフェスを使用したビームフォーミングの概念を示す。該画像中の分布は、該再帰反射器を位相共役境界としてモデル化するシミュレーションにより得られた音響波エネルギー密度を表す。該シミュレーションは、放射源として点源１１０４（枠の中心にある）を使用する。図１２に示されるように、再帰反射境界１１０２に向かい、当たる放射の一部は、点源１１０４に向かって再帰反射して返され、はっきりとした集束ビーム状のエネルギー分布を形成する。該ビームの鞍点（およびエネルギー密度のピーク）１２０６は、点源１１０４とほぼ同じ位置にあることが示されている。これは、ビームフォーミングが再帰反射境界１１０２により自動的であることを示す。再帰反射境界１１０２に当たる音響エネルギーの全ては、ビームフォーミング開口として働く再帰反射境界１１０２から、点源１１０４に向かって戻っていく。
【０１９５】
シミュレーションでは、再帰反射境界１１０２は、正のＫベクトルをフリップ（反転）し、該正のＫベクトルを負のＫベクトルに変化させる。該再帰反射器は、通常の反射器とは異なる。例えば、該通常の反射器は、Ｋベクトルの表面に平行なＫベクトルの垂直成分のみをフリップするが、該通常の反射器の表面に平行なＫベクトルの成分は保存される。しかし、再帰反射境界１１０２は、通常の反射器とは劇的に異なるようにＫベクトルを変化させる。具体的には、再帰反射境界１１０２の表面に平行なＫベクトルの成分の符号および再帰反射境界１１０２の表面に垂直なＫベクトルの成分の符号を変化させ、その結果、再帰反射境界１１０２は、再帰反射境界１１０２からの反射の結果として、Ｋベクトル全体がその方向を反転することとなる。
【０１９６】
周波数領域では、再帰反射は、それが入射場のすべてのフーリエ（平面波）成分に適用されるとすれば、時間反転と等価である。また、該平面波の位相（そのアイコナールとも呼ばれる）は、伝搬路長（propagation path length）を乗じたＫベクトルに等しい。いくつかの実施形態では、該再帰反射メタサーフェスは、位相共役メタサーフェスとして実装されてもよい。該平面波の共役は、Ｋベクトルをフリップすることと同じである。
【０１９７】
図１３は、本開示の実施形態による、多数のユニットセルを含む再帰反射器を示す。図示したように、再帰反射器１３００は、平坦な２Ｄ構成で配置された多数のユニットセル１３０２を含んでもよい。
【０１９８】
従って、本明細書に記載される技術は、メタマテリアル構成要素を有するビームフォーミング信号のための効率的な技術を提供する。ソースデバイスとターゲットデバイスとの間のビームフォーミング信号を提供する例示的な実施形態を図示および説明してきたが、本明細書の実施形態の精神および範囲の中で、他のさまざまな適合および修正を行われ得ることを理解されたい。例えば、該複数の実施形態は、特定のオープンキャビティシステムの構成または構成要素を伴う形で、本明細書に図示されおよび説明されてきた。しかしながら、該複数の実施形態は、より広義には、そのような構成または構成要素には限定されるものではなく、実際には、当業者が理解するように、任意の数の、装置および同様の構成を伴って、利用されてもよい。したがって、１つの実施形態に関連する特徴、構造、および働きは、本開示の別の実施形態と共に説明された特徴、構造、もしくは働きに適用可能であり得るか、または、本開示の別の実施形態と共に説明された特徴、構造、もしくは働きに組み合わされ得ることが理解される。さらに、多くの場合、周知の構造、材料、または働きは、本開示の態様を不明瞭にすることを回避するために、詳細には図示されず、または説明されていない。
【０１９９】
本明細書中で引用される任意の範囲は包括的である。本明細書を通して使用される「実質的に」および「約」という用語は、小さな変動を記述し、説明するために使用される。例えば、それらの用語は、±５％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、±０．０５％以下、等を指し得る。
【０２００】
本発明の態様は、以下の番号付けられた条項に記載される。
【０２０１】
１．送信機と受信機との間で音響信号を伝送するための装置であって、
低周波電気信号を発生するための電気信号発生器と、
前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器と、前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器と、を備える送信機と、
前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える受信機と、を備え、
前記音響信号は、前記受信機の方へ向けられたビームの形態をとる、装置。
【０２０２】
２．前記音響信号を低周波電気信号に変換するための、前記第２再帰反射器に隣接する第２電気音響変換器をさらに備える、条項１に記載の装置。
【０２０３】
３．前記第１電気音響変換器は、圧電変換器である、条項１に記載の装置。
【０２０４】
４．前記第１電気音響変換器は、ダイナミックスピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２０５】
５．前記第１電気音響変換器は、磁歪型変換器である、条項１に記載の装置。
【０２０６】
６．前記第１電気音響変換器は、静電型スピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２０７】
７．前記第１電気音響変換器は、静磁型スピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２０８】
８．前記第１電気音響変換器は、イオン伝導型スピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２０９】
９．前記第１電気音響変換器は、熱音響型スピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２１０】
１０．前記第１電気音響変換器は、ロータリースピーカーである、条項１に記載の装置。
【０２１１】
１１．前記第１電気音響変換器は、エアモーショントランスフォーマである、条項１に記載の装置。
【０２１２】
１２．前記第１電気音響変換器は、磁性流体変換器である、条項１に記載の装置。
【０２１３】
１３．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、条項１に記載の装置。
【０２１４】
１４．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、条項１に記載の装置。
【０２１５】
１５．受信機および送信機は、互いに対して、または、基準物体に対して、移動可能であるように構成される、条項１に記載の装置。
【０２１６】
１６．受信機および送信機は、互いに対して、または、基準物体に対して、向きづけ可能である、条項１に記載の装置。
【０２１７】
１７．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、条項１に記載の装置。
【０２１８】
１８．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、条項１に記載の装置。
【０２１９】
１９．前記オープンキャビティからの前記音響信号を増幅して増幅音響信号を形成するための位相保存分布型増幅層を備える複合増幅器をさらに備え、前記分布型増幅層は、前記第１および第２再帰反射器を備える前記オープンキャビティの内側にあるか、または前記第１および第２再帰反射器を備える前記オープンキャビティに隣接してある、条項１に記載の装置。
【０２２０】
２０．前記分布型増幅層は、アクティブ音響メタマテリアルを備える、条項１９に記載の装置。
【０２２１】
２１．前記分布型増幅層は、複数のサブ波長増幅素子のアレイを備える、条項１９に記載の装置。
【０２２２】
２２．前記複数のサブ波長増幅素子のそれぞれは、音響信号を低周波電気信号に、またその逆に変換するための電気音響変換器を有する、条項２１に記載の装置。
【０２２３】
２３．前記電気音響変換器は、圧電変換器、静磁型スピーカー、磁歪型変換器、ダイナミックスピーカー、静電型スピーカー、イオン伝導型スピーカー、熱音響型スピーカー、ロータリースピーカー、エアモーショントランスフォーマおよび磁性流体変換器からなる群から選択される１つ以上を備える、条項２２に記載の装置。
【０２２４】
２４．前記複数のサブ波長増幅素子は、複数のトランジスタを備える、条項２１に記載の装置。
【０２２５】
２５．前記複数のサブ波長増幅素子は、複数のパッケージ化された増幅器モジュールを備える、条項２１に記載の装置。
【０２２６】
２６．前記分布型増幅層は、前記送信機に隣接している、条項１９に記載の装置。
【０２２７】
２７．前記分布型増幅層は、前記送信機と構造的に一体化している、条項１９に記載の装置。
【０２２８】
２８．前記分布型増幅層は、前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイと構造的に一体化している、条項２７に記載の装置。
【０２２９】
２９．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイと構造的に一体化した前記分布型増幅層は、利得を制御するためのアクティブ再帰反射音響メタマテリアルを備える、条項２８に記載の装置。
【０２３０】
３０．前記第１アレイの前記複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、増幅素子と構造的に一体化している、条項２８に記載の装置。
【０２３１】
３１．前記複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる電気信号を出ていく電気信号から分離するように構成された３ポートサーキュレータを備える、条項２１に記載の装置。
【０２３２】
３２．前記複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる電気信号を出ていく電気信号から分離するように構成された複数のダイオードを備える、条項２１に記載の装置。
【０２３３】
３３．前記複数のサブ波長増幅素子は、前記オープンキャビティから返り、前記第１音響変換器によって変換された前記入ってくる電気信号と、シード電気信号とを結合するように構成されたパワーコンバイナを備える、条項２１に記載の装置。
【０２３４】
３４．前記位相保存分布型増幅層は、音響信号の増幅のための音響メタマテリアル利得媒質を備える、条項１９に記載の装置。
【０２３５】
３５．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイのそれぞれは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１に記載の装置。
【０２３６】
３６．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイのそれぞれは、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１に記載の装置。
【０２３７】
３７．前記音響信号は、１ｍｍ〜１ｍの範囲の波長を有する、条項１に記載の装置。
【０２３８】
３８．前記音響信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数を有する、条項１に記載の装置。
【０２３９】
３９．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気で満たされたキャビティを備える、条項１に記載の装置。
【０２４０】
４０．前記空気で満たされたキャビティは、空気で満たされたトンネルを備える、条項３９に記載の装置。
【０２４１】
４１．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、水で満たされたキャビティを備える、条項１に記載の装置。
【０２４２】
４２．前記水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中の洞を備える、条項４１に記載の装置。
【０２４３】
４３．前記水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中のトンネルを備える、条項４１に記載の装置。
【０２４４】
４４．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、気体で満たされた少なくとも１つの領域と、液体で満たされた少なくとも１つの領域とを備える、条項１に記載の装置。
【０２４５】
４５．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、固体材料によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１に記載の装置。
【０２４６】
４６．前記固体材料は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝搬を助ける導波路として、少なくとも部分的に機能する、条項４５に記載の装置。
【０２４７】
４７．前記音響信号は、音響パワーを無線送信するために使用される、条項１に記載の装置。
【０２４８】
４８．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイの一方または両方は、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１に記載の装置。
【０２４９】
４９．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイの一方または両方は、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１に記載の装置。
【０２５０】
５０．前記複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、前記それぞれの素子の占める物理的面積を超える実効音響断面積により決定される実効開口面積を有する、条項１に記載の装置。
【０２５１】
５１．前記第１および第２の複数の再帰反射器のそれぞれは、前記音響信号の波長の１０倍未満の直径を有する、条項１に記載の装置。
【０２５２】
５２．前記第１および第２の複数の再帰反射器のそれぞれは、前記音響信号の波長の１００倍未満の直径を有する、条項１に記載の装置。
【０２５３】
５３．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、反射媒体によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１に記載の装置。
【０２５４】
５４．前記反射媒体は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝送を助ける導波路として少なくとも部分的に機能する、条項５３に記載の装置。
【０２５５】
５５．前記反射媒体は金属を含む、条項５３に記載の装置。
【０２５６】
５６．前記反射媒体はフェンスを含む、条項５３に記載の装置。
【０２５７】
５７．前記反射媒体は壁を含む、条項５３に記載の装置。
【０２５８】
５８．前記反射媒体は１列の木を含む、条項５３に記載の装置。
【０２５９】
５９．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気を含む領域と、液体材料で満たされた領域と、を含み、前記音響信号は、前記送信機と前記受信機との間の前記液体で満たされた領域を通過する、条項１に記載の装置。
【０２６０】
６０．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、単一のビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６１】
６１．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、複数のビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６２】
６２．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、マルチパスビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６３】
６３．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機におけるパワー密度ホットスポットを有する干渉パターンを含む、条項１に記載の装置。
【０２６４】
６４．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６５】
６５．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記送信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６６】
６６．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記オープンキャビティの中央に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１に記載の装置。
【０２６７】
６７．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは反射境界を含み、前記反射境界は、前記送信機と前記受信機との間のすべての可能な伝搬経路を遮る、条項１に記載の装置。
【０２６８】
６８．前記送信機と前記受信機との間の信号伝送は、前記オープンキャビティ内の信号の多重残響によって強められ、前記オープンキャビティ内部のパワーフラックス密度の増加を生じる、条項６７に記載の装置。
【０２６９】
６９．前記音響信号は、音響パワーを無線送信するために使用される、条項１に記載の装置。
【０２７０】
７０．前記音響信号は、符号化された情報を無線送信するために使用される、条項１に記載の装置。
【０２７１】
７１．前記音響信号は、前記オープンキャビティ内部の前記伝搬チャネルの諸特性を感知するために使用される、条項１に記載の装置。
【０２７２】
７２．前記音響信号は、前記オープンキャビティの少なくとも一部を遠隔的に画像化するために使用される、条項１に記載の装置。
【０２７３】
７３．前記送信機の前記中心周波数は、前記送信機と前記受信機との間の音響信号の伝送を最大化するために、その動作範囲から選択される、条項１に記載の装置。
【０２７４】
７４．前記第２再帰反射器は、前記第１再帰反射器とは反対の位置にある、条項１に記載の装置。
【０２７５】
７５．前記第２再帰反射器は、前記第１再帰反射器に対して調整可能な角度を有する、条項１に記載の装置。
【０２７６】
７６．前記第１および前記第２再帰反射器ならびに前記位相保存分布型増幅層を含む前記オープンキャビティは、少なくとも１０であるＱ値を有する共振器である、条項１９に記載の装置。
【０２７７】
７７．前記増幅器は、前記利得に対する非線形の入力パワー依存性を有する、条項１９に記載の装置。
【０２７８】
７８．前記増幅音響信号は、前記オープンキャビティから前記増幅層に入射する音響信号と同じ位相を有する、条項１９に記載の装置。
【０２７９】
７９．前記増幅器は、前記送信機と一体化している、条項１９に記載の装置。
【０２８０】
８０．前記増幅器は、前記送信機に隣接している、条項１９に記載の装置。
【０２８１】
８１．前記増幅器に隣接する、または前記増幅器と一体化したパワーセンサからのパワー推定値に基づいて、前記増幅器の振幅利得を動的に増加または減少させるための適応利得制御器をさらに備える、条項１９に記載の装置。
【０２８２】
８２．前記増幅器に隣接する、または前記増幅器と一体化したパワーセンサからのパワー推定値に基づいて、前記送信機および／または前記受信機の向きを動的に変化させるための適応利得制御器をさらに備える、条項１に記載の装置。
【０２８３】
８３．前記増幅器はチューナブルであり、自動モード同期を容易にする複数の固定利得曲線を生成するように構成されている、条項１９に記載の装置。
【０２８４】
８４．前記増幅器が提供するように構成された前記複数の固定利得曲線のうちの１つを動的に選択する利得曲線制御器をさらに含む、条項８３に記載の装置。
【０２８５】
８５．前記複数のサブ波長再帰反射素子の第１および第２アレイのうちの少なくとも一方は、実質的に平坦な２Ｄアレイである、条項１に記載の装置。
【０２８６】
８６．前記受信機は、前記送信機からフラウンホーファー距離未満の距離にある、条項１に記載の装置。
【０２８７】
８７．円形開口についてのフラウンホーファー距離は２Ｄ２／λであり、ここで、Ｄは前記送信機の第１の直径および前記受信機の第２の直径のうち、より小さい方の値である、条項８６の装置。
【０２８８】
８８．前記受信機はパッシブであり、前記増幅音響信号に基づいて自動的に形成されたビームを受信するように構成されている、条項１９に記載の装置。
【０２８９】
８９．前記受信機はパワー吸収層を備える、条項１に記載の装置。
【０２９０】
９０．前記パワー吸収層は、前記第２再帰反射器に隣接している、条項８９に記載の装置。
【０２９１】
９１．前記パワー吸収層は、前記第２再帰反射器と構造的に一体化している、条項８９に記載の装置。
【０２９２】
９２．前記シード信号を発生するための信号発生器をさらに備える、条項１に記載の装置。
【０２９３】
９３．前記第１および第２再帰反射器のそれぞれは、サブ波長厚さを有するパターン化された構造を備える２Ｄメタサーフェスを備える、条項１に記載の装置。
【０２９４】
９４．前記信号を前記受信機に向けるために、前記送信機から前記受信機への前記ビームの経路に沿って１つ以上の側方再帰反射器をさらに備える、条項１に記載の装置。
【０２９５】
９５．前記送信機はデュアル送受信モードで動作し、時間反転ビームフォーミングを達成するために、音響信号を同時に送信および受信するように構成される、条項１に記載の装置。
【０２９６】
９６．シード信号の振幅を増幅し、整合受信機に送信される増幅信号を形成するために、メタマテリアルを含む位相保存増幅器を前記送信機の近くに備える、条項１に記載の装置。
【０２９７】
９７．第１端末と第２端末との間で音響信号を交換するための装置であって、
低周波電気信号を発生するための電気信号発生器と、
前記低周波電気信号を送信し、前記第２端末から返された該信号を受信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子の第１アレイを有する第１再帰反射器と、
前記低周波電気信号を音響信号に変換するための、前記第１再帰反射器に隣接する第１電気音響変換器と、
を備える第１端末と、
該送信されたシード信号を返すための、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子の第２アレイを有する第２再帰反射器を備える第２端末と、
を備える、装置。
【０２９８】
９８．前記音響信号を低周波電気信号に変換するための、前記第２再帰反射器に隣接する第２電気音響変換器をさらに備える、条項９７に記載の装置。
【０２９９】
９９．前記第１電気音響変換器は、圧電変換器である、条項９７に記載の装置。
【０３００】
１００．前記第１電気音響変換器は、ダイナミックスピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０１】
１０１．前記第１電気音響変換器は、磁歪型変換器である、条項９７に記載の装置。
【０３０２】
１０２．前記第１電気音響変換器は、静電型スピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０３】
１０３．前記第１電気音響変換器は、静磁型スピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０４】
１０４．前記第１電気音響変換器は、イオン伝導型スピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０５】
１０５．前記第１電気音響変換器は、熱音響型スピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０６】
１０６．前記第１電気音響変換器は、ロータリースピーカーである、条項９７に記載の装置。
【０３０７】
１０７．前記第１電気音響変換器は、エアモーショントランスフォーマである、条項９７に記載の装置。
【０３０８】
１０８．前記電気音響変換器は、磁性流体変換器である、条項９７に記載の装置。
【０３０９】
１０９．前記第２再帰反射器は、変調再帰反射器である、条項９７に記載の装置。
【０３１０】
１１０．前記変調再帰反射器は、複数のサブ波長素子の変調アレイを備え、前記複数のサブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された少なくとも１つの材料の体積分布を備える、条項１０９に記載の装置。
【０３１１】
１１１．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、該反射波の強度を変調する、条項１１０に記載の装置。
【０３１２】
１１２．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、該反射波の位相を変調する、条項１１０に記載の装置。
【０３１３】
１１３．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、前記アレイのパーティションの電気機械的作動によって変調を達成する、条項１１０に記載の装置。
【０３１４】
１１４．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、前記アレイに広がる電気活性材料層の電気的刺激によって変調を達成する、条項１１０に記載の装置。
【０３１５】
１１５．前記電気活性材料は、半導体材料、液晶材料、電気活性ポリマー、圧電材料、強誘電性材料、磁歪材料、電気粘性流体、刺激応答性ゲルおよびチューナブルメタマテリアルからなる群から選択される材料を含む、条項１１４に記載の装置。
【０３１６】
１１６．前記第１再帰反射器は、変調再帰反射器である、条項９７に記載の装置。
【０３１７】
１１７．前記音響信号は、音響パワーを無線送信するために使用される、条項９７に記載の装置。
【０３１８】
１１８．整合受信機に音響信号を送信するための送信装置であって、
低周波電気信号を発生するための電気信号発生器と、
前記低周波電気信号を送信するための、オープンキャビティの一端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える送信機と、
前記送信機からの前記低周波電気信号を、前記オープンキャビティを通って前記受信機へと伝わる音響信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器と、
を備える、送信装置。
【０３１９】
１１９．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３２０】
１２０．前記送信機は、基準物体に対して移動可能であるように構成されている、条項１１８に記載の送信装置。
【０３２１】
１２１．前記送信機は、基準物体に対して向きづけ可能である、条項１１８に記載の送信装置。
【０３２２】
１２２．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３２３】
１２３．前記オープンキャビティからの前記音響信号を増幅して増幅音響信号を形成するための位相保存分布型増幅層を備える複合増幅器をさらに備え、前記分布型増幅層は、前記再帰反射器の内側にあるか、または前記再帰反射器に隣接してある、条項１１８に記載の送信装置。
【０３２４】
１２４．前記分布型増幅層は、アクティブメタマテリアルを備える、条項１２３に記載の送信装置。
【０３２５】
１２５．前記分布型増幅層は、複数のサブ波長増幅素子のアレイを含む、条項１２３に記載の送信装置。
【０３２６】
１２６．前記複数のサブ波長増幅素子は、複数のトランジスタを含む、条項１２５に記載の送信装置。
【０３２７】
１２７．前記複数のサブ波長増幅素子は、複数のパッケージ化された増幅器モジュールを備える、条項１２４に記載の送信装置。
【０３２８】
１２８．前記分布型増幅層は、前記送信機に隣接している、条項１２３に記載の送信装置。
【０３２９】
１２９．前記分布型増幅層は、前記送信機と構造的に一体化している、条項１２３に記載の送信装置。
【０３３０】
１３０．前記分布型増幅層は、前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイと構造的に一体化している、条項１２９に記載の送信装置。
【０３３１】
１３１．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイと構造的に一体化した前記分布型増幅層は、利得を制御するためのアクティブ再帰反射メタマテリアルを含む、条項１３０に記載の送信装置。
【０３３２】
１３２．前記アレイの前記複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、増幅素子と構造的に一体化している、条項１３０に記載の送信装置。
【０３３３】
１３３．前記複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる電気信号を出ていく電気信号から分離するように構成された３ポートサーキュレータを備える、条項１２５に記載の送信装置。
【０３３４】
１３４．前記複数のサブ波長増幅素子は、入ってくる電気信号を出ていく電気信号から分離するように構成された複数のダイオードを備える、条項１２５に記載の送信装置。
【０３３５】
１３５．前記複数のサブ波長増幅素子は、前記オープンキャビティから返り、前記第１音響変換器によって変換された前記入ってくる電気信号と、シード信号とを結合するように構成されたパワーコンバイナを備える、条項１２５に記載の送信装置。
【０３３６】
１３６．前記位相保存分布型増幅層は、音響信号の増幅のための音響メタマテリアル利得媒質を含む、条項１２３に記載の送信装置。
【０３３７】
１３７．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３３８】
１３８．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３３９】
１３９．前記音響信号は、１ｍｍ〜１ｍの範囲の波長を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４０】
１４０．前記音響信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４１】
１４１．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気で満たされたキャビティを備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４２】
１４２．前記空気で満たされたキャビティは、空気で満たされたトンネルを備える、条項１４１に記載の送信装置。
【０３４３】
１４３．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、水で満たされたキャビティを備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４４】
１４４．前記水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中の洞を備える、条項１４３に記載の送信装置。
【０３４５】
１４５．前記充填で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中のトンネルを備える、条項１４４に記載の送信装置。
【０３４６】
１４６．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、気体で満たされた少なくとも１つの領域と、液体で満たされた少なくとも１つの領域と、を備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４７】
１４７．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、固体材料によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１１８に記載の送信装置。
【０３４８】
１４８．前記固体材料は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝搬を助ける導波路として、少なくとも部分的に機能する、条項１４７に記載の送信装置。
【０３４９】
１４９．前記音響信号は、音響パワーを無線送信するために使用される、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５０】
１５０．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５１】
１５１．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５２】
１５２．前記複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、前記それぞれの素子の占める物理的面積を超える実効音響断面積により決定される実効開口面積を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５３】
１５３．前記再帰反射器は、前記音響信号の波長の１０倍未満の直径を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５４】
１５４．前記再帰反射器は、前記音響信号の波長の１００倍未満の直径を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５５】
１５５．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、反射媒体によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１１８に記載の送信装置。
【０３５６】
１５６．前記反射媒体は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝送を助ける導波路として少なくとも部分的に機能する、条項１５５に記載の送信装置。
【０３５７】
１５７．前記反射媒体は金属を含む、条項１５５に記載の送信装置。
【０３５８】
１５８．前記反射媒体はフェンスを含む、条項１５５に記載の送信装置。
【０３５９】
１５９．前記反射媒体は壁を含む、条項１５５に記載の送信装置。
【０３６０】
１６０．前記反射媒体は１列の木を含む、条項１５５に記載の送信装置。
【０３６１】
１６１．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気を含む領域と、液体材料で満たされた領域と、を含み、前記音響信号は、前記送信機と前記受信機との間の前記液体で満たされた領域を通過する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６２】
１６２．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、単一のビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６３】
１６３．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、複数のビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６４】
１６４．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、マルチパスビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６５】
１６５．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機におけるパワー密度ホットスポットを有する干渉パターンを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６６】
１６６．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６７】
１６７．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記送信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６８】
１６８．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記オープンキャビティの中央に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１１８に記載の送信装置。
【０３６９】
１６９．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは反射境界を含み、前記反射境界は、前記送信機と前記受信機との間のすべての可能な伝搬経路を遮る、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７０】
１７０．前記送信機と前記受信機との間の信号伝送は、前記オープンキャビティ内の信号の多重残響によって強められ、前記オープンキャビティ内部のパワーフラックス密度の増加を生じる、条項１６９に記載の送信装置。
【０３７１】
１７１．前記音響信号は、符号化された情報を無線送信するために使用される、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７２】
１７２．前記音響信号は、前記オープンキャビティ内部の前記伝搬チャネルの諸特性を感知するために使用される、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７３】
１７３．前記音響信号は、前記オープンキャビティの少なくとも一部を遠隔的に画像化するために使用される、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７４】
１７４．前記送信機の前記中心周波数は、前記送信機と前記受信機との間の音響信号の伝送を最大化するために、その動作範囲から選択される、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７５】
１７５．前記再帰反射器は、前記受信機に対して調整可能な角度を有する、条項１１８に記載の送信装置。
【０３７６】
１７６．前記増幅器は、前記利得に対する非線形の入力パワー依存性を有する、条項１２３に記載の送信装置。
【０３７７】
１７７．前記増幅音響信号は、前記オープンキャビティから前記増幅層に入射する音響信号と同じ位相を有する、条項１２３に記載の送信装置。
【０３７８】
１７８．前記増幅器は、前記送信機と一体化している、条項１２３に記載の送信装置。
【０３７９】
１７９．前記増幅器は、前記送信機に隣接している、条項１２３に記載の送信装置。
【０３８０】
１８０．前記増幅器に隣接する、または前記増幅器と一体化したパワーセンサからのパワー推定値に基づいて、前記増幅器の振幅利得を動的に増加または減少させるための適応利得制御器をさらに備える、条項１２３に記載の送信装置。
【０３８１】
１８１．前記増幅器に隣接するか、または前記増幅器と一体化したパワーセンサからのパワー推定値に基づいて、前記送信機および／または前記受信機の向きを動的に変化させるための適応利得制御器をさらに備える、条項１１８に記載の送信装置。
【０３８２】
１８２．前記増幅器はチューナブルであり、自動モード同期を容易にする複数の固定利得曲線を生成するように構成されている、条項１２３に記載の送信装置。
【０３８３】
１８３．前記増幅器が提供するように構成された前記複数の固定利得曲線のうちの１つを動的に選択する利得曲線制御器をさらに含む、条項１８２に記載の送信装置。
【０３８４】
１８４．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、実質的に平坦な２Ｄアレイである、条項１１８に記載の送信装置。
【０３８５】
１８５．前記送信機は、前記受信機からフラウンホーファー距離未満の距離にある、条項１１８に記載の送信装置。
【０３８６】
１８６．円形開口についてのフラウンホーファー距離は２Ｄ２／λであり、ここで、Ｄは前記送信機の第１の直径および前記受信機の第２の直径のうち、より小さい方の値である、条項１８５に記載の送信装置。
【０３８７】
１８７．前記受信機はパッシブであり、前記増幅音響信号に基づいて自動的に形成されたビームを受信するように構成されている、条項１１８に記載の送信装置。
【０３８８】
１８８．前記複数のサブ波長増幅素子は、音響信号を低周波電気信号に、またその逆に変換するための電気音響変換器を備える、条項１２５に記載の送信装置。
【０３８９】
１８９．前記電気音響変換器は、圧電変換器、静磁型スピーカー、磁歪型変換器、ダイナミックスピーカー、静電型スピーカー、イオン伝導型スピーカー、熱音響型スピーカー、ロータリースピーカー、エアモーショントランスフォーマおよび磁性流体変換器からなる群から選択される１つ以上の装置を備える、条項１８８に記載の送信装置。
【０３９０】
１９０．送信機からの音響信号を受信するための受信装置であって、前記オープンキャビティの反対端における複数のサブ波長再帰反射素子のアレイを有する再帰反射器を備える受信機と、前記オープンキャビティを通って伝わる音響信号を、前記受信機によって受信される低周波電気信号に変換するための、前記再帰反射器に隣接する電気音響変換器と、を備える、受信装置。
【０３９１】
１９２．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射回折メタサーフェスを備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９２】
１９３．前記受信機は、基準物体に対して移動可能であるように構成されている、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９３】
１９４．前記受信機は、基準物体に対して向きづけ可能である、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９４】
１９５．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、再帰反射位相共役メタサーフェスを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９５】
１９６．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９６】
１９７．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９７】
１９８．前記音響信号は、１ｍｍ〜１ｍの範囲の波長を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９８】
１９９．前記音響信号は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０３９９】
２００．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気で満たされたキャビティを備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４００】
２０１．前記空気で満たされたキャビティは、空気で満たされたトンネルを備える、条項２００に記載の受信装置。
【０４０１】
２０２．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、水で満たされたキャビティを備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４０２】
２０３．前記水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中の洞を備える、条項２０２に記載の受信装置。
【０４０３】
２０４．前記水で満たされたキャビティは、水で満たされた、または水中のトンネルを備える、条項２０２に記載の受信装置。
【０４０４】
２０５．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、気体で満たされた少なくとも１つの領域と、液体で満たされた少なくとも１つの領域と、を備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４０５】
２０６．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、固体材料によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１９０に記載の受信装置。
【０４０６】
２０７．前記固体材料は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝搬を助ける導波路として少なくとも部分的に機能する、条項２０６に記載の受信装置。
【０４０７】
２０８．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の平均中心間素子間隔を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４０８】
２０９．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、前記音響信号の波長の半分以下の、２つの隣り合う再帰反射素子間の平均エッジ間素子間隔を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４０９】
２１０．前記複数のサブ波長再帰反射素子のそれぞれは、前記それぞれの素子の占める物理的面積を超える実効音響断面積により決定される実効開口面積を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４１０】
２１１．前記再帰反射器は、前記音響信号の波長の１０倍未満の直径を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４１１】
２１２．前記再帰反射器は、前記音響信号の波長の１００倍未満の直径を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４１２】
２１３．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、反射媒体によって少なくとも部分的に境界付けられている、条項１９０に記載の受信装置。
【０４１３】
２１４．前記反射媒体は、前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティを少なくとも部分的に境界付け、前記送信機と前記受信機との間の波動の伝送を助ける導波路として少なくとも部分的に機能する、条項２１３に記載の受信装置。
【０４１４】
２１５．前記反射媒体は金属を含む、条項２１３に記載の受信装置。
【０４１５】
２１６．前記反射媒体はフェンスを含む、条項２１３に記載の受信装置。
【０４１６】
２１７．前記反射媒体は壁を含む、条項２１３に記載の受信装置。
【０４１７】
２１８．前記反射媒体は１列の木を含む、条項２１３に記載の受信装置。
【０４１８】
２１９．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは、空気を含む領域と、液体材料で満たされた領域と、を含み、前記音響信号は、前記送信機と前記受信機との間の前記液体で満たされた領域を通過する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４１９】
２２０．前記電気音響変換器は、圧電変換器である、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２０】
２２１．前記電気音響変換器は、ダイナミックスピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２１】
２２２．前記電気音響変換器は、磁歪型変換器である、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２２】
２２３．前記電気音響変換器は、静電型スピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２３】
２２４．前記電気音響変換器は、静磁型スピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２４】
２２５．前記電気音響変換器は、イオン伝導型スピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２５】
２２６．前記電気音響変換器は、熱音響型スピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２６】
２２７．前記電気音響変換器は、ロータリースピーカーである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２７】
２２８．前記電気音響変換器は、エアモーショントランスフォーマである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２８】
２２９．前記電気音響変換器は、磁性流体変換器である、条項１９０に記載の受信装置。
【０４２９】
２３０．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、単一のビームを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３０】
２３１．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、複数のビームを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３１】
２３２．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、マルチパスビームを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３２】
２３３．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機におけるパワー密度ホットスポットを有する干渉パターンを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３３】
２３４．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記受信機の近傍に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３４】
２３５．前記オープンキャビティ内の前記信号の空間的局在化は、前記オープンキャビティの中央に焦点をもつ集束ビームを含む、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３５】
２３６．前記送信機と前記受信機との間の前記オープンキャビティは反射境界を含み、前記反射境界は、前記送信機と前記受信機との間のすべての可能な伝搬経路を遮る、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３６】
２３７．前記送信機と前記受信機との間の信号伝送は、前記オープンキャビティ内の信号の多重残響によって強められ、前記オープンキャビティ内部のパワーフラックス密度の増加を生じる、条項２３６に記載の受信装置。
【０４３７】
２３８．前記音響信号は、音響パワーを無線送信するために使用される、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３８】
２３９．前記音響信号は、符号化された情報を無線送信するために使用される、条項１９０に記載の受信装置。
【０４３９】
２４０．前記音響信号は、前記オープンキャビティ内部の前記伝搬チャネルの諸特性を感知するために使用される、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４０】
２４１．前記音響信号は、前記オープンキャビティの少なくとも一部を遠隔的に画像化するために使用される、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４１】
２４２．前記受信機は、前記送信機とは反対の位置にある、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４２】
２４３．前記再帰反射器は、前記送信機に対して調整可能な角度を有する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４３】
２４４．前記複数のサブ波長再帰反射素子のアレイは、実質的に平坦な２Ｄアレイである、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４４】
２４５．前記受信機は、前記送信機からフラウンホーファー距離未満の距離にある、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４５】
２４６．円形開口についてのフラウンホーファー距離は２Ｄ２／λであり、ここで、Ｄは前記送信機の第１の直径および前記受信機の第２の直径のうち、より小さい方の値である、条項２４５に記載の受信装置。
【０４４６】
２４７．前記受信機はパッシブであり、前記増幅音響信号に基づいて自動的に形成されたビームを受信するように構成されている、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４７】
２４８．前記受信機は、パワー吸収層を備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４４８】
２４９．前記パワー吸収層は、前記再帰反射器に隣接している、条項２４８に記載の受信装置。
【０４４９】
２５０．前記パワー吸収層は、前記再帰反射器と構造的に一体化している、条項２４８に記載の受信装置。
【０４５０】
２５１．前記再帰反射器は、サブ波長厚さを有するパターン化された構造を備える２Ｄメタサーフェスを備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４５１】
２５２．前記信号を前記受信機に向けるために、前記送信機から前記受信機への前記ビームの経路に沿って１つ以上の側方再帰反射器をさらに備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４５２】
２５３．前記再帰反射器は、複数のサブ波長素子のアレイを備え、前記複数のサブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された少なくとも１つの材料の体積分布を備える、条項１９０に記載の受信装置。
【０４５３】
２５４．前記体積分布の前記少なくとも１つの材料は、屈折（部分的に透明の）材料を含む、条項２５３に記載の受信装置。
【０４５４】
２５５．前記体積分布の前記少なくとも１つの材料は、部分反射材料を含む、条項２５３に記載の受信装置。
【０４５５】
２５６．前記体積分布は、１次元または２次元でパターン化された、少なくとも１つのパターン化された層を備える、条項２５３に記載の受信装置。
【０４５６】
２５７．前記体積分布は、自由形状製造によってつくり出される、条項２５３に記載の受信装置。
【０４５７】
２５８．前記体積分布は、付加製造または３Ｄプリンティングによってつくり出される、条項２５３に記載の受信装置。
【０４５８】
２５９．前記付加製造は、ステレオリソグラフィー、マイクロリソグラフィー、ナノリソグラフィー、溶融物堆積法、選択的レーザー焼結法、直接金属レーザー焼結法、物理蒸着、化学蒸着およびナノデポジションのうちの１つ以上である、条項２５８に記載の受信装置。
【０４５９】
２６０．前記体積分布は、除去製造（加工）によって作成される、条項２５３に記載の受信装置。
【０４６０】
２６１．前記除去製造は、ターニング加工、ボーリング加工、ドリル加工、ミーリング加工、ブローチ加工、のこ引き加工、シェーピング加工、プレーニング加工、リーミング加工、タッピング加工またはウォータージェット加工を含む、力学的な（従来の）機械加工プロセスのうちの１つ以上である、条項２６０に記載の受信装置。
【０４６１】
２６２．前記除去製造は、放電加工、電解加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工、レーザービーム加工、レーザーアブレーション、光化学加工、エッチングおよび超音波加工のうちの１つ以上である、条項２６０に記載の受信装置。
【０４６２】
２６３．前記再帰反射器は、変調再帰反射器である、条項１９０に記載の受信装置。
【０４６３】
２６４．前記受信機は、前記変調再帰反射器によって変調された信号を、前記送信機に再送信して返す、条項２６３に記載の受信装置。
【０４６４】
２６５．前記変調再帰反射器は、複数のサブ波長素子の変調アレイを備え、前記複数のサブ波長素子は、ある範囲の入射角に対して再帰反射挙動を達成するように構成された少なくとも１つの材料の体積分布を備える、条項２６３に記載の受信装置。
【０４６５】
２６６．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、該反射波の強度を変調する、条項２６５に記載の受信装置。
【０４６６】
２６７．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、該反射波の位相を変調する、条項２６５に記載の受信装置。
【０４６７】
２６８．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、前記アレイのパーティションの電気機械的作動によって変調を達成する、条項２６５に記載の受信装置。
【０４６８】
２６９．前記複数のサブ波長素子の変調アレイは、前記アレイに広がる電気活性材料層の電気的刺激によって変調を達成する、条項２６５に記載の受信装置。
【０４６９】
２７０．前記複数のサブ波長素子のアレイは、基板上に位置する、条項１９０に記載の受信装置。
【０４７０】
２７１．前記基板は、部分的に反射性を有する、条項２７０に記載の受信装置。
【０４７１】
２７２．複数のサブ波長素子のアレイを備える再帰反射器を設計する方法であって、前記複数のサブ波長素子は、少なくとも１つの屈折材料の体積分布を含み、前記体積分布は、数値アルゴリズムを使用して計算される、方法。
【０４７２】
２７３．前記数値アルゴリズムは、順モデルおよび逆問題ソルバを含む、条項２７２に記載の方法。
【０４７３】
２７４．前記順モデルは、前記再帰反射器の試験設計の数値シミュレーションである、条項２７３に記載の方法。
【０４７４】
２７５．前記逆問題ソルバは、非線形問題ソルバである、条項２７４に記載の方法。
【０４７５】
２７６．前記逆問題ソルバは、最適化問題ソルバである、条項２７４に記載の方法。
【０４７６】
２７７．前記最適化問題ソルバは、前記再帰反射器の性能指数に関して定式化された最適化目的関数を使用する、条項２７６に記載の方法。
【０４７７】
２７８．前記再帰反射器の性能指数は、前記再帰反射器の後方散乱断面積である、条項２７７に記載の方法。
【０４７８】
２７９．前記再帰反射器の性能指数は、前記再帰反射器のモノスタティックレーダ断面積である、条項２７７に記載の方法。
【０４７９】
２８０．前記順モデルは、一定範囲の波数ベクトルから指定された波数ベクトルを有する平面波によって照射される再帰反射器の試験設計の数値モデルを含む、条項２７４に記載の方法。
【０４８０】
２８１．前記波数ベクトルの範囲は、前記再帰反射器に対する前記平面波のさまざまな向きに対応する波数ベクトルを含む、条項２８０に記載の方法。
【０４８１】
２８２．前記波数ベクトルの範囲は、前記平面波のさまざまな周波数に対応する波数ベクトルを含む、条項２８０に記載の方法。
【０４８２】
２８３．前記逆問題ソルバは、少なくとも部分的に変換音響設計法に基づくものである、条項２７６に記載の方法。
【０４８３】
２８４．前記少なくとも１つの材料の前記体積分布は、体積（ＧＲＩＮ）レンズに対応するものである、条項２７２に記載の方法。
【０４８４】
２８５．前記体積（ＧＲＩＮ）レンズに対応する体積分布は、少なくとも部分的に変換音響設計法を用いて計算される、条項２７２に記載の方法。
【０４８５】
２８６．前記体積（ＧＲＩＮ）レンズに対応する体積分布は、変換音響設計法と、異なる形状の体積（ＧＲＩＮ）レンズに対する既知の解とを使用して、少なくとも部分的に計算される、条項２７２に記載の方法。
【０４８６】
いくつかの実施形態を説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなく、様々な修正、代替構成および均等物が使用され得ることを、当業者は認めるだろう。さらに、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるため、多くの周知のプロセスおよび要素が記載されていない。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【０４８７】
ここに開示された実施形態が、限定ではなく例として教示するものであることを、当業者ならば理解するだろう。したがって、上記の説明に含まれる、または、添付の図面に示される事項は、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味では解釈されるべきではない。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載されるすべての包括的および特定的な特徴、ならびに、言語の問題として、間に位置するものと言い得る、本方法およびシステムの範囲に係るすべての言明を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2021536716.tif 000013
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
2021536716.tif 000015
【図１１】
2021536716.tif 000016
【図１２】
2021536716.tif 000017
【図１３】
2021536716.tif 000018
【国際調査報告】
2021536716.tif 000019
2021536716.tif 000020
2021536716.tif 000021