用于反射电磁波的装置和操作这样的装置的方法

技术领域

本公开涉及用于电磁波的发射和接收的技术。这种技术的应用的一个特定并且非排他性示例涉及天线中的波束对准。

背景技术

使用电磁波进行无线数据交换是众所周知的。

发明内容

示例性实施例涉及一种装置，包括被配置为反射电磁波的至少一个可移动反射表面和与至少一个可移动反射表面耦合的至少一个致动器，其中所述至少一个致动器被配置为至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面的运动。这有利地使得在反射所述电磁波时能够调制入射在所述至少一个可移动反射表面上的电磁波。

根据额外的示例性实施例，借助于所述调制，可以向反射电磁波提供信息，该信息可以例如由接收器(即，已经发射入射在所述至少一个可移动反射表面上的所述电磁波的收发器的接收器和/或另一接收器)来评估。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面被配置为反射3吉赫兹GHz或更高频率的电磁波和/或反射在毫米波范围内的电磁波。

表示为“毫米波”的电磁波是具有波长在1毫米mm至10mm范围内(对应频率在300GHz至30GHz之间的范围内)的电磁波。尽管一些实施例可能特别适合于调制和反射毫米波，但是根据实施例的原理也适用于频率高于或低于所述毫米波的电磁波。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器包括以下至少一项：压电元件、磁致伸缩元件、电活性模块(例如，包括电活性聚合物)、压电膜(例如，包括聚偏二氟乙烯PVDF的膜)。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面是所述至少一个致动器的表面，这产生了特别紧凑的设计。

根据额外的示例性实施例，所述装置包括具有所述至少一个反射表面的至少一个可移动反射器元件，其中所述致动器被配置为驱动所述至少一个可移动反射器元件和/或所述至少一个反射表面的运动。换言之，通过驱动例如所述至少一个可移动反射器元件的振荡，可以实现用于反射电磁波的所述至少一个反射表面的振荡。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个反射器元件包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

根据额外的示例性实施例，提供有被配置为反射所述电磁波的多个可移动反射表面。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器被配置为至少暂时性驱动所述多个可移动反射表面中的至少一个可移动反射表面的运动(例如，振荡)。

根据额外的示例性实施例，所述多个可移动反射表面可以根据多面体的多边形面(即，与其类似或相同地)来彼此相对地布置。例如，多个可移动反射表面可以布置在以下元件中的至少一个元件的虚拟表面上：长方体、八面体、截头八面体、二十面体、截头二十面体(“橄榄球形”)、五边形球形形状。这使得能够增加与三维(3D)空间中的电磁波的调制和反射有关的各向同性操作。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器被配置为至少暂时性驱动所述可移动反射表面中的多于一个可移动反射表面的运动(例如，振荡或非周期性运动)。

根据额外的示例性实施例，提供有多个致动器，其中所述多个致动器中的每个致动器被配置为至少暂时性驱动所述可移动反射表面中的至少一个可移动反射表面的运动(例如，振荡或非周期性运动)。

根据额外的示例性实施例，一个致动器可以被分配给一个或多个可移动反射表面和/或可移动反射器元件。

根据额外的示例性实施例，在所述至少一个可移动反射表面上提供一个或多个反射器元件。所述反射器元件可以增强所述至少一个反射表面的反射性质，特别是通过加宽用于入射电磁波的反射的有效横截面。根据额外的示例性实施例，所述反射器元件被配置为使得它们多次反射和/或衍射入射的电磁波。

根据额外的示例性实施例，在至少一个可移动反射表面上或在所述可移动反射表面中的相应(或甚至全部)可移动反射表面上提供一个或多个反射器元件。

根据额外的示例性实施例，不同可移动反射表面可以被提供有不同数目和/或不同类型的反射器元件。

根据额外的示例性实施例，一个或多个反射器元件可以包括以下元件中的至少一个元件：二面角反射器、球形后向反射器腔体、三面体反射器、多面体反射器。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件中的至少一个反射器元件包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等，例如，以金属板或片的形式)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

根据额外的示例性实施例，提供有被配置为向所述至少一个致动器施加控制信号的控制单元。

根据额外的示例性实施例，控制信号包括在0赫兹Hz至100兆赫兹MHz之间的范围内的至少一个频率分量。

根据额外的示例性实施例，控制信号包括在100Hz至10MHz之间的范围内的至少一个频率分量。根据额外的示例性实施例，控制信号包括在1000赫兹(1kHz)至1MHz之间的范围内的至少一个频率分量。

例如，控制信号的施加可以引起至少一个致动器改变其尺寸(长度、宽度、高度)中的至少一个尺寸，这使得能够移动附接到所述致动器和/或所述致动器的表面(例如，反射表面)的可移动反射器元件。这样，可以实现所述至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面的运动(例如，振荡)。

根据额外的示例性实施例，致动器可以被配置为至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面的除所述振荡之外的其他类型的运动(例如，非周期性运动)。

根据额外的示例性实施例，控制信号用于调制在所述至少一个反射表面处反射的电磁波。换言之，所述至少一个可移动反射表面可以用于机械调制在所述至少一个可移动反射表面处反射的电磁波。

根据额外的示例性实施例，控制信号的电平可以根据预定位序列来改变，这使得能够根据所述位序列来调制在所述至少一个可移动反射表面处反射的电磁波。

根据额外的示例性实施例，如果提供有多于一个的致动器(例如，用于驱动不同反射表面)，则所述控制单元被配置为至少暂时性地向不同致动器施加不同控制信号。这样，不同调制模式可以被施加到不同致动器。根据额外的示例性实施例，不同调制模式可以被施加到可以被定向在不同空间方向上(例如，关于其表面法线向量)的多个可移动反射表面中的不同可移动反射表面。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面包括光伏元件，该光伏元件使得能够从所述可移动反射表面获取电能(“太阳能收集”)，从而有助于该装置的能量自主。根据额外的示例性实施例，由所述光伏元件获取的电能可以用于控制所述至少一个致动器，和/或用于向该装置的任何组件(例如，控制单元)供电。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件包括光伏元件或由光伏元件制成，例如，(玻璃)密封的太阳能电池。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件可以包括除光伏元件以外的至少一个有源元件，使得除了入射电磁波的调制和反射，还可以由所述反射器元件提供其他功能。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器被配置为至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面的周期性运动或振荡。

额外的示例性实施例的特征在于一种操作装置(特别是根据实施例的装置)的方法，该装置包括被配置为反射电磁波的至少一个可移动反射表面和与至少一个可移动反射表面耦合的至少一个致动器，其中所述方法包括：借助于所述致动器至少暂时性驱动所述至少一个反射表面的运动。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面的周期性运动或振荡。

根据额外的示例性实施例，也可以借助于所述致动器至少暂时性提供所述至少一个反射表面的其他形式的运动或位移、特别是非周期性运动。

根据额外的示例性实施例，所述方法还包括机械调制在所述至少一个可移动反射表面处反射的电磁波。根据额外的示例性实施例，所述振荡可以根据位序列来改变(例如，激活或停用)。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的至少一个装置可以用于调制电磁波。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的至少一个装置可以用于调制电磁波，其中从不同空间方向入射的不同组的电磁波由所述装置不同地调制(例如，通过提供不同控制信号来驱动与所述不同空间方向相关联的相应可移动反射表面)。

额外的示例性实施例的特征在于一种无线电设备，该无线电设备包括用于与至少一个额外的设备进行无线数据交换(例如，发射和/或接收)的无线电接口，其中所述无线电设备包括根据实施例的至少一个装置。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备可以包括具有用于与所述至少一个额外的设备进行无线数据交换的发射器和/或接收器和/或收发器(组合的发射器和接收器)的无线电接口。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备可以是路由器和/或基站、特别是用于蜂窝通信系统的基站、和/或移动无线电设备。

根据额外的示例性实施例，所述无线电接口被配置为借助于具有3吉赫兹GHz或更高频率的电磁波和/或在毫米波范围内的电磁波与所述至少一个额外的设备进行无线数据交换。尽管无线电设备的一些实施例可能特别适合于使用毫米波进行通信，但是根据实施例的原理也适用于使用与毫米波相比具有更高或更低频率的电磁波的无线电设备。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的所述至少一个装置优选地布置在所述无线电设备的外表面上。

额外的示例性实施例的特征在于一种无线电设备，该无线电设备包括：被配置为经由具有第一波束特性的天线系统向根据实施例的装置发射电磁波的发射器；被配置为从所述装置接收反射调制电磁波的接收器，其中所述无线电设备被配置为根据所述接收的反射调制电磁波来确定用于所述天线系统的第二波束特性。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备被配置为使用所述第二波束特性执行向所述装置(和/或所述装置附接到的设备或包括所述装置的设备)的额外的数据传输。根据额外的示例性实施例，所述无线电设备被配置为基于所述接收的反射信号借助于到达方向(DOA)分析来确定所述第二波束特性。

额外的示例性实施例的特征在于一种无线电系统，该无线电系统包括根据一些实施例的无线电设备和至少一个额外的无线电设备。根据额外的示例性实施例，所述额外的无线电设备可以是包括至少一个装置的无线电设备和/或根据一些实施例的无线电设备。

额外的示例性实施例的特征在于一种操作根据实施例的无线电系统的方法，所述方法包括：经由具有第一波束特性的天线系统从所述额外的无线电设备向所述无线电设备发射第一信号，由所述无线电设备机械调制和反射所述第一信号的至少一部分。

根据额外的示例性实施例，所述第一信号可以包括脉冲压缩线性频率调制(PC-LFM)信号。

根据额外的示例性实施例，所述方法还可以包括额外的无线电设备借助于根据实施例的装置来接收已经由所述无线电设备机械调制和反射的反射信号。

根据额外的示例性实施例，所述方法还可以包括额外的无线电设备基于所述接收的反射信号来执行到达方向(DOA)分析。

根据额外的示例性实施例，所述方法还可以包括额外的无线电设备执行到所述无线电设备的无线数据传输，其中额外的无线电设备的天线系统的天线特性是根据所述DOA分析而配置的。根据额外的示例性实施例，所述额外的无线电设备可以包括具有(电和/或机械)可控波束图型(诸如一维均匀线性阵列(ULA)或二维均匀矩形阵列(URA))的天线系统。

根据额外的示例性实施例，基于所述DOA分析，所述额外的无线电设备可以配置其天线特性、特别是波束方向图，使得主瓣或波束被指向所述无线电设备。这样，额外的无线电设备可以立即开始向根据实施例的无线电设备的定向数据传输，即，使用指向所述无线电设备的方向的天线波束。

从属权利要求提供了额外的有利实施例。

附图说明

在下面的详细描述中参考附图给出说明性实施例的额外的特征、方面和优点，在附图中：

图1示意性地示出了根据示例性实施例的装置的侧视图，

图2示意性地示出了根据额外的示例性实施例的致动器的简化框图，

图3示意性地示出了根据额外的示例性实施例的装置的侧视图，

图4A示意性地示出了根据额外的示例性实施例的装置的侧视图，

图4B示意性地示出了根据图4A的装置的俯视图，

图5A、图5B、图5C分别示意性地示出了根据额外的示例性实施例的装置的透视图，

图6A、图6B、图6C分别示意性地示出了根据额外的示例性实施例的反射器元件，

图7示意性地示出了根据额外的示例性实施例的无线电系统的简化框图，

图8示意性地示出了根据额外的示例性实施例的信号，

图9示意性地示出了根据额外的示例性实施例的参数和信号，

图10A示意性地示出了根据额外的示例性实施例的信号空间，

图10B示意性地示出了根据额外的示例性实施例的信号空间，

图11示意性地示出了根据示例性实施例的方法的简化流程图，

图12示意性地示出了根据额外的示例性实施例的方法的简化流程图，以及

图13示意性地示出了根据额外的示例性实施例的方法的简化流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据示例性实施例的装置100的侧视图。装置100包括：被配置为反射入射电磁波A1的至少一个可移动反射表面110以及与至少一个可移动反射表面110耦合的至少一个致动器120，其中所述至少一个致动器120被配置为至少暂时性驱动所述至少一个可移动反射表面110的运动(例如，振荡A2)(或由所述致动器120启用的任何其他类型的运动)。为此，致动器120可以至少暂时性提供有控制信号CS。这有利地使得能够调制入射在所述至少一个反射表面110上的电磁波A1并且因此反射所述电磁波作为调制反射电磁波A'。

根据额外的示例性实施例，借助于所述调制，可以向反射电磁波A1'提供信息，该信息可以例如由接收器(图1中未示出)(即，已经发射入射在所述至少一个可移动反射表面110上的所述电磁波A1的收发器的接收器和/或另一接收器)来评估。

图11示意性地示出了根据示例性实施例的方法的简化流程图。在步骤200中，致动器120(图1)驱动所述可移动反射表面110的振荡(或通常，任何类型的运动)。在后续可选步骤202中，致动器120不再驱动所述振荡(或所述运动)。备选地，在可选步骤202中，可以提供另一种类型的振荡(例如，具有不同频率)或运动。

备选地或除了至少暂时性驱动所述振荡，还可以借助于所述致动器120至少暂时性提供所述至少一个可移动反射表面110的其他形式的运动或位移、特别是非周期性运动。

根据额外的示例性实施例，所述方法还包括机械调制在所述至少一个可移动反射表面110处反射的电磁波A1、A1'(图1)。根据额外的示例性实施例，可以根据位序列来改变(例如，激活或停用)所述振荡。下面参考图9进一步说明与这种位序列有关的细节。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的至少一个装置可以用于调制电磁波，例如，通过执行以上参考图11说明的步骤200和/或202。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面110被配置为反射具有3吉赫兹GHz或更高频率的电磁波A1和/或反射在毫米波范围内的电磁波A1。

表示为“毫米波”的电磁波是波长在1毫米mm至10mm范围内(对应频率在300GHz至30GHz之间的范围内)的电磁波。尽管一些实施例可能特别适合于调制和反射毫米波A1，但是根据实施例的原理也适用于频率高于或低于所述毫米波的电磁波。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面110包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

装置100可以被布置在目标系统10的表面10a上和/或附接到目标系统10的表面10a。根据额外的示例性实施例，目标系统10可以是可以希望在其反射入射电磁波同时根据实施例的原理来调制所述入射电磁波的任何物体或设备10(移动的或固定的)。

根据一些示例性实施例，设备10可以是包括用于与至少一个额外的设备(图1中未示出)进行无线数据交换(例如，发射和/或接收)的无线电接口12的无线电设备。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备10可以包括具有用于与所述至少一个额外的设备进行无线数据交换的发射器和/或接收器和/或收发器(组合的发射器和接收器)的无线电接口12。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备10可以是路由器和/或基站、特别是用于蜂窝通信系统的基站、和/或移动无线电设备。

图2示意性地示出了根据额外的示例性实施例的致动器120a。例如，图1的致动器120可以包括图2的配置120a。致动器120a包括以下至少一项：压电元件1202、磁致伸缩元件1204、电活性模块1206(例如，包括电活性聚合物)、压电膜1208(例如，包括聚偏二氟乙烯PVDF的膜)。

可选地，可以提供控制单元150以用于将所述控制信号CS施加到致动器120a。例如，在压电元件1202的情况下，控制信号CS可以包括电压、优选地是随时间变化的电压。

返回图1，根据额外的示例性实施例，所述至少一个可移动反射表面110是所述至少一个致动器120的可移动表面，这产生了特别紧凑的设计。

根据额外的示例性实施例，参见图3的装置100a，所述装置100a包括具有至少一个反射表面110a的至少一个可移动反射器元件130，其中所述致动器120b被配置为驱动所述至少一个可移动反射器元件130和/或所述至少一个反射表面110a的振荡或任何其他类型的运动A4。换言之，通过驱动所述至少一个反射器元件130的振荡，可以实现用于反射电磁波A3、A3'的所述至少一个反射表面110a的振荡。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个反射器元件130包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

图4A示意性地示出了根据额外的示例性实施例的装置100b的侧视图，并且图4B示意性地示出了所述装置100b的俯视图。装置100b包括在图4A中共同用附图标记120c表示的五个致动器120c1、120c2、120c3、120c4、120c5。可移动反射表面110a(或具有反射表面110a的反射器元件)布置在致动器120c之上并且因此可以如上所述移动(例如，在振荡A4的意义上)以实现入射电磁波A3的机械调制，从而获取机械调制电磁波A3'。

根据额外的示例性实施例，在所述至少一个反射表面110a上提供有一个或多个反射器元件140。所述反射器元件140可以增强所述至少一个反射表面110a的反射特性，特别是通过加宽用于入射电磁波的反射的有效横截面。

下面参考图6进一步提供与反射器元件140有关的更多细节。

根据额外的示例性实施例，提供了被配置为反射所述电磁波的多个可移动反射表面。在这点上，图5A示出了具有基本长方体形状的装置100c，其中两个表面110a、110b是可移动反射表面，每个表面可以被致动以进行振荡和/或任何其他类型的运动以单独地(通过相应致动器120，参见图1)或共同地(通过公共致动器)调制入射电磁波(参见反平行箭头)。

图12示意性地示出了根据示例性实施例的方法的简化流程图。在步骤210中，与所述第一反射表面110a相关联的第一致动器(未示出)驱动所述第一可移动反射表面110a的振荡(或通常，任何类型的运动)。在另一可选步骤212中，与所述第二反射表面110b相关联的额外的致动器(未示出)驱动所述第二可移动反射表面110b的振荡(或通常，任何类型的运动)。示例性步骤210、212也可以以另一顺序执行或同时执行。根据额外的示例性实施例，例如，也可以周期性地重复所述步骤210、212中的至少一个步骤。

图5B示出了根据额外的示例性实施例的具有截头八面体形状的装置100d，其中与图5A相似，提供有两个可致动反射表面。根据额外的实施例，任何其他数目的可致动反射表面也是可能的。

图5C示出了根据额外的示例性实施例的具有截头二十面体形状的装置100e，其中提供有一个或多个可致动反射表面。

如上所述，根据额外的示例性实施例，所述至少一个致动器120、120c(图1、图4A、图4B)被配置为至少暂时性驱动所述反射表面110a、110b(图5A)中的多于一个的反射表面的振荡(或任何其他运动)。

根据额外的示例性实施例，提供有多个致动器(未示出)，其中所述多个致动器中的每个致动器被配置为至少暂时性驱动所述可移动反射表面110a、110b中的至少一个可移动反射表面的振荡。

根据额外的示例性实施例，一个致动器可以被分配给一个或多个可移动反射表面和/或可移动反射器元件。

图5A至5C的实施例或通常具有多于一个反射表面的任何装置(其中不同的表面指向不同空间方向)使得能够进行特定的各向同性操作，例如，这适用于其中通信节点在3D空间和时间中移动的游戏和汽车行业中的快速移动的对象和应用。

根据额外的示例性实施例，参见图6A、图6B、图6C，在所述至少一个反射表面110a上提供有一个或多个反射器元件(也参见图4A的附图标记140)。所述反射器元件可以增强所述至少一个反射表面的反射特性，特别是通过加宽用于入射电磁波的反射的有效横截面。根据额外的示例性实施例，所述反射器元件被配置为使得它们多次反射和/或衍射入射的电磁波。

在这点上，图6A示意性地示出了二面角反射器1402的侧视图，图6B示意性地示出了球形后向反射器腔体1404的侧视图，图6C示意性地示出了三面体反射器1406的透视图。图6A、图6B、图6C的各个箭头示例性地示出了反射电磁波的路径以示出反射器元件的效果。

根据额外的示例性实施例，如果提供有多于一个的反射表面110a、110b(图5A)，则可以在至少一个反射表面110a、110b上或在所述反射表面中的各个(或甚至全部)反射表面上提供一个或多个反射器元件。

根据额外的示例性实施例，不同反射表面110a、110b可以设置有不同数目和/或不同类型的反射器元件1402、1404、1406。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件140、1402、1404、1406中的至少一个反射器元件包括以下组件中的至少一项：导电材料、金属(例如，铝、铜、银、金等，例如，以金属板或片的形式)、具有导电表面的电隔离材料(例如，带有导电涂层(例如，金属涂层)的玻璃和/或塑料材料，例如塑料板)。

根据额外的示例性实施例，由控制单元150提供的控制信号CS(图1、2)包括在0赫兹(Hz)至100兆赫兹(MHz)之间的范围内的至少一个频率分量。

根据额外的示例性实施例，控制信号CS包括在100Hz至10MHz之间的范围内的至少一个频率分量。根据额外的示例性实施例，控制信号CS包括在1000赫兹(1kHz)至1MHz之间的范围内的至少一个频率分量。

例如，控制信号CS的施加可以引起至少一个致动器120(图1)改变其尺寸(长度、宽度、高度)中的至少一项，这使得能够移动(参见双箭头A2)附接到所述致动器和/或所述致动器120的表面110(例如，反射表面)的反射器元件。

根据额外的示例性实施例，致动器120(或多个致动器120c中的至少一个致动器)可以被配置为至少暂时性驱动所述至少一个反射表面的除所述振荡之外的其他类型的运动(例如，非周期性运动)。

根据额外的示例性实施例，控制信号CS(图1)用于调制在所述至少一个反射表面110处反射的电磁波A1、A1'。换言之，所述至少一个反射表面110可以用于机械调制在所述至少一个反射表面110处反射的电磁波A1、A1'。

根据额外的示例性实施例，所述至少一个反射表面110(图1)包括光伏元件，该光伏元件使得能够从所述反射表面获取电能(“太阳能收集”)。根据额外的示例性实施例，由所述光伏元件获取的电能可以用于控制所述至少一个致动器，和/或用于向该装置的任何组件(例如，控制单元150)供电。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件130(图3)包括光伏元件或由光伏元件制成，例如，(玻璃)密封的太阳能电池。

根据额外的示例性实施例，所述反射器元件130可以包括除光伏元件之外的至少一个有源元件，使得除了入射电磁波的调制和反射，所述反射器元件130还可以提供其他功能。

额外的示例性实施例的特征在于一种无线电设备10(图7)，该无线电设备10包括用于与至少一个额外的无线电设备20进行无线数据交换(例如，发射和/或接收)的无线电接口12，其中所述无线电设备10包括根据实施例的至少一个装置100。无线电设备10可以形成包括无线电设备10和至少一个额外的无线电设备20的无线电系统1000的一部分。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备10可以包括无线电接口12，该无线电接口12具有用于与所述至少一个额外的设备20进行无线数据交换的发射器和/或接收器和/或收发器(组合的发射器和接收器)。

根据额外的示例性实施例，所述无线电设备可以是路由器和/或基站、特别是用于蜂窝通信系统的基站、和/或移动无线电设备。

根据额外的示例性实施例，所述无线电接口12被配置为借助于具有3吉赫兹GHz或更高频率的电磁波和/或在毫米波范围内的电磁波与所述至少一个额外的设备20进行无线数据交换。尽管无线电设备的一些实施例可能特别适合于使用毫米波进行通信，但是根据实施例的原理也适用于使用与毫米波相比具有更高或更低频率的电磁波的无线电设备。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的所述至少一个装置100优选地布置在所述无线电设备10的外表面10a(图7)上。在无线电设备10处也可以提供具有与上面说明的装置100、100a、100b、100c、100d、100e相同或相似的配置的额外的装置100_1、100_2、100_3。

额外的无线电设备20可以是具有发射器22和接收器24以及天线系统26的常规无线电设备，该天线系统26例如可以由发射器22和接收器24使用。根据额外的示例性实施例，所述额外的无线电设备20可以是根据实施例的无线电设备，即，还包括根据实施例的至少一个装置(未示出)。

额外的示例性实施例的特征在于一种操作无线电系统1000的方法，也参见图13的流程图。作为第一步骤220(图13)，该方法包括从所述额外的无线电设备20向所述无线电设备10发射电磁波A1的第一信号(图7)，由所述无线电设备10(或其装置100分别)反射并且因此机械调制(图13的步骤222)所述第一信号A1的至少一部分，从而获取反射调制信号A1'。

可选地，所述方法还可以包括步骤224(图13)：在额外的无线电设备20的接收器24处接收反射调制信号A1'。

进一步可选地，所述方法可以包括步骤226，即，额外的无线电设备20基于所述接收的反射信号A1'来执行到达方向(DOA)分析。

根据额外的示例性实施例，所述第一信号A1可以包括脉冲压缩线性频率调制(PC-LFM)信号，其示例由图8的曲线C2示出。根据额外的示例性实施例，所述PC-LFM信号C2可以通过根据图8的曲线C1的锯齿信号调制载波信号的频率来获取(即，对于每个脉冲从低频到高频)。例如，对于60GHz频带中的传输信号，这样的脉冲可以包括7GHz的扫频。作为曲线C1的替代，可以使用一系列向上锯齿脉冲(如C1所示)和向下锯齿脉冲(未示出)，从而使所述脉冲的频率增加并且随后降低。另外，图8示出了根据额外的实施例的用于PC-LFM脉冲的示例性样本窗口SW。

根据额外的示例性实施例，所述方法还可以包括额外的无线电设备20(图7)，执行向所述无线电设备10的无线数据传输，其中额外的无线电设备20的天线系统26的天线特性是根据所述DOA分析而配置的。根据额外的示例性实施例，所述额外的无线电设备20可以包括具有(电和/或机械)可控波束图型(诸如一维均匀线性阵列(ULA)或二维均匀矩形阵列(URA))的天线系统26。

根据额外的示例性实施例，基于所述DOA分析，所述额外的无线电设备20可以配置其天线系统26的天线特性、特别是波束图型，使得主瓣或波束被指向所述无线电设备10。这样，额外的无线电设备20可以立即开始向根据实施例的无线电设备10的定向数据传输，即，使用指向所述无线电设备10的方向的天线波束。

根据额外的示例性实施例，假定在系统1000(图7)的初始状态下，对于从所述额外的无线电设备20向所述无线电设备10发射电磁波A1的第一信号(图7)的所述步骤220(图13)，无线电设备10相对于额外的无线电设备20的位置是未知的或不够精确的，则考虑到缺乏关于无线电设备20的位置的知识，可以使用具有相对较低方向性的第一天线特性或波束方向图。一旦在所述额外的无线电设备20处接收到调制反射信号A1'，参见步骤222，则可以在步骤224中由额外的无线电设备20执行DOA分析，从而获取关于无线电设备10相对于额外的无线电设备20的相对位置的知识。之后，即，对于向所述无线电设备10的额外的传输，可以将具有相对较高方向性的第二天线特性或波束方向图用于天线系统26，其中主波束可以精确地指向所述无线电设备10。这样，可以执行从额外的无线电设备20到无线电设备10的无线数据传输的高效波束设置。一旦波束设置完成，就可以在设备10、20之间执行常规数据传输。为此，设备10、20可以使用其发射器和/或接收器和/或收发器。

根据额外的示例性实施例，一旦波束设置完成，装置100被至少暂时性停用，以便不干扰所述常规数据传输。然而，根据额外的示例性实施例，装置100可以优选地周期性地被用于执行额外的波束设置，即，以补偿设备10、20等的漂移效应和/或相对运动。这些实施例对于精确和高效的天线对准特别有用。

根据额外的示例性实施例，用于致动器120的控制信号CS(图1)的电平可以根据预定位序列而改变，这使得能够根据所述位序列来调制在所述至少一个反射表面110处反射的电磁波A1(图1)。在这点上，图9示例性地在第一行R1中示出了这种位序列的位索引，在第二行R2中示出了指示与电磁波A1(图1)相关联的发射信号的周期性频率变化的锯齿信号，图9的第三行R3包括可以用作机械调制序列以调制由所述反射表面110反射的电磁波A1的示例性位序列。例如，控制信号CS的信号电平可以从图9的行R3的位序列中导出。

根据额外的示例性实施例，如果提供有多于一个的致动器(例如，用于驱动不同反射表面110a、110b，参见例如图5A)，则所述控制单元150(图2)被配置为向所述不同致动器至少暂时性施加不同控制信号。这样，不同调制模式(例如，类似于图9的R3的不同位模式)可以被施加到不同致动器。根据额外的示例性实施例，不同调制模式可以被施加到可以被定向在不同空间方向上(例如，关于其表面法线向量)的多个反射表面中的不同反射表面。因此，可以由额外的无线电设备20导出与根据实施例的装置相对于额外的无线电设备20的取向有关的信息。

根据额外的示例性实施例，根据实施例的至少一个装置100、100a、……、100e可以用于调制电磁波，其中从不同空间方向入射的不同组的电磁波被所述装置不同地调制(例如，通过提供不同控制信号来驱动与所述不同空间方向相关联的相应反射表面)。

根据实施例的原理可以有利地与毫米波(mm波)信号A1、A1'一起使用。由于mm波通信系统通常需要在通信节点之间聚焦波束，以便维持高吞吐量通信(由于与较低RF(射频)频率相比，mm波频率经历较高自由空间路径损耗并且在物体周围绕射的能力较小)，根据实施例的原理可以有利地与这样的(和其他)系统一起使用，以实现高效且精确的波束设置。

通过应用根据实施例的原理，可以改善mm波系统中的波束设置和管理的挑战性任务。

在一些mm波系统中，波束成形主要通过在两个节点(在3D空间中)之间的协议级控制(即，媒体访问控制(MAC))来实现。简而言之，两个节点可以电子控制其波束以最大化其信噪比。由于来回反馈，这是一个漫长的过程，其中波束设置时间约为数百毫秒。这样的系统的波束设置的开销对于动态场景尤其有问题，诸如室内移动人员或者甚至更快移动的物体(诸如汽车、骑自行车的人等)。

在这点上，根据实施例的原理使得能够进行高效的波束设置，而无需用于波束设置的MAC层通信开销。如上面已经参考图7说明的，考虑具有两个节点或希望经由mm波进行通信的无线电设备10、20的无线电系统1000，设备20可以首先传输入射在设备10上的mm波信号A1。设备10包括根据实施例的装置100，该装置100具有由致动器120机械调制的反射表面110(图1)，使得设备20处的天线系统26(例如，多天线感测接收器)可以标识信号A1的反射回波A1'(图7)。可以在设备20处从反射信号A1'中推断到达方向(DOA)，并且设备20可以立即开始mm波发射，以基于来自DOA分析的知识使用指向该方向的波束进行向设备10数据通信。

与MAC相反，通过使用物理层(PHY)的本地感测来支持和进行定向采集，示例性实施例通过以一定数量级减少波束设置开销来提供优于这样的mm波系统(例如，IEEE802.11ad)的明显优势。

示例性实施例的另一优点是基于诸如压电膜、电活性聚合物或磁致伸缩致动器等智能材料以紧凑的形状因数施加致动器120，以使得能够在装置100的反射表面110上进行机械调制。具体地，根据额外的示例性实施例，可以通过使用压电材料来提供振动的反射表面110，所述压电材料可以在微秒或毫秒的时间尺度上共振，从而为给定装置或这样的装置的至少一个反射表面110、110a、110b产生唯一的调制序列。

根据额外的示例性实施例，与mm波通信有关的基础设施(例如，路由器、基站或移动网络发射器/接收器或任何其他设备10、20)可以配备有根据实施例的至少一个装置，例如，包括单个或多个有源振荡/振动反射表面110、110a、110b。根据额外的示例性实施例，当前正在获取能量效率的基于压电的换能器可以用作(一个或多个)致动器120，并且控制电路150(图2)可以包括一个或多个压电驱动器集成电路(IC)，从而提供了一种节能的方式来机械地刺激相对较大的物理表面110。

根据额外的示例性实施例，借助于所述致动器120(图1)，反射表面110可以被致动，使得例如π/2相位偏移(例如，在60GHz时为1.25mm)可以在微秒或毫秒的时间尺度上被施加在入射的电磁波A1(图1)上。反射表面110的这种高效的机械调制将进而调制信号A1，例如，mm波雷达信号，以使反射回波A1'具有独特特征。上面已经参考图9说明了根据额外的示例性实施例的调制序列。在这点上，假定设备10、20之间的完美同步，则在每个重复间隔中，位值(参见图9的R3行)指示设备10的装置100的反射表面110(图1)将施加在来自设备20的入射信号A1上的机械相位。因此，被反射回设备20的反射A1'将用这样的机械相位进行调制。

根据额外的示例性实施例，接收器24(图7)可以被配置为快速采样基带信号，以便捕获脉冲的同样快速的宽带调制，参见图8的曲线C2。这样，在不失一般性的情况下，可以假定在锯齿信号C1(图8)的斜坡上升期间，设备10、20相对于彼此的相对速度的影响可以忽略不计，即，静止。根据额外的示例性实施例，然后可以由设备20的接收器24在如图10A所示的所谓的慢时间中进行多普勒效应的推断。注意，在图10A中，水平轴表示快时间轴，垂直轴表示慢速时间轴。根据额外的示例性实施例，通过使用快时间和慢时间处理，接收器24可以解耦范围和范围速率(即，速度)歧义。当考虑多天线系统26(图7)时，图10A的慢时间和快时间处理的2D矩阵变成如图10B所示的所谓的立方体，其中轴x1表示空间采样(由于多天线系统)，轴x2表示快时间轴，轴a3表示慢时间轴。

根据额外的示例性实施例，接收器24可以执行目标检测，目标检测例如涉及范围、多普勒(范围速率)和到达方向(DOA)的多维搜索。如果目标在一个维度(诸如范围)上含糊不清，则接收器24仍可以通过考虑其他检测维度来分离目标。

根据额外的示例性实施例，额外的无线电设备20可以基于所接收的反射信号A1'来在慢时间内执行信号分析以确定无线电设备10在范围r和方位角θ处的存在，例如，假定一维均匀线性阵列(ULA)26。根据额外的示例性实施例，另外，利用示例性代码“11010011”的慢时间多普勒分析将导致反映机械振动的峰值，这是因为该位序列已经由设备10的装置100用于调制信号A1。

根据额外的示例性实施例，在不能假定设备10、20之间的同步的一般情况下，异步搜索可以被视为类似于GPS(全球定位系统)技术的代码获取问题。

根据额外的示例性实施例，取决于用于该装置的目标系统10、20的类型，可以选择用于控制致动器120以及因此控制至少一个反射表面110(图1)的运动(特别是振荡)的控制信号CS的特征参数。例如，对于室内环境，假定人类运动相对较慢，可以选择100微秒或者甚至毫秒级的锯齿形脉冲(图9，R2行)，而对于诸如汽车或其他车辆等快速移动的物体，则可以选择微秒持续时间的齿脉冲和相应的用于精确估计的快速压电致动器。

根据额外的示例性实施例，提供信号A1的发射器22(图7)和由振荡表面110表示的调制器通常可以具有不同长度的序列。根据额外的示例性实施例，发射器22可以具有向上和/或向下脉冲的序列。

根据额外的示例性实施例，可以通过提供额外的可选的装置100_1、100_2、100_3来增强无线电设备10(图7)，每个装置提供不同调制的表面110(图1)，例如，使用不同位序列R3(图9)。可以将设备10的检测到的表面从设备20(已经通过分析反射信号A1'而执行检测)通信到设备10，例如，以指示设备20相对于设备10的方向。

根据额外的示例性实施例，以上参考图7说明的过程可以是互惠的，使得设备10可以通过设置在设备20的相应表面上的装置(未示出)经由机械调制来确定设备20的方向。

根据额外的示例性实施例，单个发射A1可以被多个装置100反射，并且每个装置的方向可以通过对与每个装置相关联的唯一调制序列进行解调来独立地确定。根据额外的实施例，提供发射A1的设备和接收反射调制信号A1'的设备可以是相同或不同的设备。

根据额外的示例性实施例，如果提供了多个装置100和/或多个设备10、20执行如以上关于图7、13说明的检测，则所有装置和/或设备的相对位置(例如，相对于具有先前已知位置的一组设备)可以使用本领域中已知的到达角定位技术来确定。

说明书和附图仅示出示例性实施例的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出尽管未在本文中明确描述或示出但体现本发明的原理并且被包括在其精神和范围内的各种布置。此外，本文中列举的所有示例原则上明确地旨在仅用于教导目的，以帮助读者理解示例性实施例的原理和发明人为进一步发展本领域所做出的构思，并且应当理解为没有对这些具体叙述的示例和条件的任何限制。此外，本文中引用原理、方面和实施例及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其等同形式。

本领域技术人员应当理解，本文中的任何框图表示体现示例性实施例的说明性电路的概念图。类似地，将理解的是，任何流程图、流程图、状态转变图、伪代码等都表示各种过程，这些过程可以基本上在计算机可读介质中表示并且可以由计算机或处理器执行，无论这样的计算机或处理器是否明确示出。

本领域技术人员将容易认识到，各种所述方法的步骤可以由编程的计算机执行和/或控制。本文中，一些实施例还旨在涵盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，该程序存储设备是机器或计算机可读的并且对指令的机器可执行或计算机可执行程序进行编码，其中所述指令执行所述方法的步骤中的一些或全部步骤。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带等磁存储介质、硬盘驱动器、或光学可读数字数据存储介质。实施例还旨在涵盖被编程为执行所述方法的所述步骤的计算机。