具体实施方式

本公开内容描述了用于配置超材料收发器、超材料设备或其他适用的可调信号转换系统的操作的改进的技术。具体而言，本公开内容描述了用于在宽频率范围内操作的改进的可调信号转换系统、用于控制可调信号转换系统以在宽频率范围内操作的技术以及用于设计和制造能够在宽频率范围内操作的可调信号转换系统的技术。此外，本公开内容描述了用于在宽频率范围内提供全动态波束形成的改进的可调信号转换系统、用于控制可调信号转换系统以在宽频率范围内提供全动态波束形成的技术以及用于设计和制造能够在宽频率范围内提供完全动态的波束形成的可调信号转换系统的技术。值得注意的是，本文公开的技术可以用于各种应用中，例如无线通信、加热、无线电力传输、远场定向射束、3D层析成像，RADAR等。尽管本文中更详细地讨论了某些应用，但是这种讨论是出于解释的目的，而不是加以限制。

例如，可以在通信网络环境中采用许多上述应用。在这种情况下，通信网络是通过用于在诸如计算机、工作站、移动设备、传感器等的终端节点或终端设备之间传输数据的通信链路和网段互连的设备或节点的地理分布集合。有很多可用的网络类型，范围从局域网(LAN)到广域网(WAN)。LAN通常通过位于同一基本物理位置(例如建筑物或校园)的专用私人通信链路连接节点。另一方面，WAN通常通过远程通信链路连接地理上分散的节点，例如公共运营商电话线、光路(optical lightpath)、同步光网络(SONET)、同步数字体系(SDH)链路，或电力线通信(PLC)，例如IEEE 61334、IEEE P1901.2等。此外，移动自组织网络(MANET)是一种无线自组织网络，其通常被认为是通过无线链路(其联合形成一个任意拓扑)连接的移动路由(及相关主机)的自配置网络。

智能对象网络(特别是例如传感器网络)是具有空间分布的自治设备(例如传感器、致动器等)的特定类型的网络，该自治设备可协作地监视不同位置的物理或环境条件，例如，能源/功率消耗、资源消耗(例如，用于高级计量基础设施或“AMI”应用的水/气/等)温度、压力、振动、声音、辐射、运动、污染物等。其他类型的智能对象包括执行器，其例如负责打开/关闭发动机或执行任何其他操作。传感器网络作为一种智能对象网络，通常是共享媒体网络，例如无线或PLC网络。也就是说，除了一个或多个传感器之外，传感器网络中的每个传感器设备(节点)通常可以配备有无线电收发器或其他通信端口，例如PLC，微控制器，以及能源，例如电池。通常，智能对象网络被认为是现场局域网(FAN)、邻域网(NAN)等。通常，智能对象节点(例如传感器)的大小和成本约束会导致对资源(例如能源、内存、计算速度和带宽)的相应约束。

可以与本文公开的实施方案一起使用的一些基础设施已经是可用的，例如通用计算机、RF收发器、计算机编程工具和技术、数字存储介质和通信网络。计算设备可以包括处理器，例如微处理器、微控制器、逻辑电路等。处理器可以包括专用处理设备，例如ASIC、PAL、PLA、PLD、FPGA或其他定制或可编程设备。计算设备还可包括计算机可读存储设备，例如非易失性存储器、静态RAM、动态RAM、ROM、CD-ROM、磁盘、磁带、磁存储器、光存储器、闪存或其他计算机可读存储介质。

某些实施方案的各个方面可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现。如本文所使用的，软件模块或组件可以包括位于计算机可读存储介质之内或之上的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。软件模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可以被组织为执行一个或多个任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。

在某些实施方案中，特定的软件模块可以包括存储在计算机可读存储介质的不同位置中的不同的指令，这些指令一起实现模块的所描述的功能。实际上，模块可以包括单个指令或许多指令，并且可以分布在多个不同的代码段，分布在不同的程序中以及跨多个计算机可读存储介质分布。一些实施方案可以在分布式计算环境中实践，在该分布式计算环境中，任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。

通过参考附图将最好地理解本公开的实施方案，其中，相似的部分始终由相似的数字表示。如本文的附图中总体上描述和示出的，所公开的实施方案的部件可以以多种不同的配置来布置和设计。此外，与一实施方案相关联的特征、结构和操作可以适用于结合另一实施方案描述的特征、结构或操作或与之组合。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免使本公开的各方面不清楚。

因此，本公开的系统和方法的实施方案的以下详细描述并非旨在限制所要求保护的本公开的范围，而仅表示可能的实施方案。另外，方法的步骤不必一定以任何特定的顺序执行，甚至不必顺序地执行，也不必仅将步骤执行一次。

在某些实施方案中，用于发送或接收信号的装置包括信号转换系统。信号转换系统包括相互作用的晶胞的布置。每个晶胞具有可调节的一个或多个可调参数，以实现所述晶胞在一个或多个工作频率中的每个频率下的一个或多个可调阻抗值。可利用相互作用的矩阵描述相互作用的晶胞的布置内的晶胞的相互作用，该相互作用的矩阵大致独立于晶胞的可调阻抗值。

在多种实施方案中，一种定制用于发送或接收信号的信号转换系统的方法包括：针对所述信号识别所述信号转换系统的一个或多个目标辐射图。此外，可以根据所述一个或多个目标辐射图调节在形成所述信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的所述晶胞的一个或多个可调参数。所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值。在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值。

在某些实施方案中，一种用于制造用于发送或接收信号的信号转换系统的方法包括：选择信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的晶胞的一个或多个可调参数。所述一个或多个可调参数能够调节以实现每个晶胞在一个或多个操作频率中的每一个下的一个或多个可调阻抗值。在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值。此外，可以根据为所述信号转换系统选择的所述晶胞的所述一个或多个可调参数来制造所述信号转换系统。

图1示出了示例性通信网络100的示意性框图，该示例性通信网络100包括通过一个或多个链路105(其表示各种通信方法)互连的各种节点/设备200(下面参照图2更详细地描述)。例如，链路105可以是有线链路或共享媒体(例如，无线链路、PLC链路等)，其中某些节点200，例如路由器、传感器、基站、用户设备等，可以基于距离、信号强度、当前操作状态、位置等与其他节点200进行通信。

信号140表示使用预定义的网络通信协议，例如某些已知的有线协议、无线协议(例如，IEEE Std.802.15.4、等)、PLC协议或其他适当的共享媒体协议，通过通信网络100在设备/节点之间发送的业务和/或消息(例如，数据包)。在这种情况下，协议由成组的规则组成，这些规则限定节点之间的相互作用方式。此外，信号140可以表示根据本文描述的改进的波束形成技术发射的无线信号。

本领域技术人员将理解，在计算机网络中可以使用任何数量的节点、设备、链路等，并且本文所示的视图是为了简化。另外，本领域技术人员将进一步理解，尽管网络100被示出为具有连接到网络的节点/设备，但是这种网络仅是示例性说明，并不意味着限制本公开。

图2示出了通过例如通信网络100之类的通信网络通信的示例性网络设备/节点的示意性框图。如图所示，示例性网络设备包括源设备200s和目标设备200t。源设备200s和目标设备200t可以是用于发送和接收信号的适用的信号转换系统，例如本文描述的信号转换系统。如上所述，尽管示出的设备显示为被配置成在特定环境中进行操作，但是示出这些设备是出于讨论而非限制的目的，此外，应当理解，本文描述的改进的波束形成技术可以被在各种环境中进行操作的任何数量的设备采用，如本领域技术人员所理解的。

源设备200s和目标设备200t包括支持例如通过网络100进行信号交换的类似和/或互补的硬件/软件部件。如图所示，源设备200s和目标设备200t包括通过系统总线250s/250t互连的一个或多个网络接口210s/210t、至少一个处理器220s/220t，以及存储器240s/240t。

网络接口210s/210t容纳用于例如通过耦合到通信网络100的链路传送数据的机械、电气和信令机构和电路。例如，网络接口210s/210t可以被配置成使用各种不同的通信协议在各种类型的无线通信信道上发射和/或接收数据，如将在本文讨论的。网络接口210s/210t可以包括超材料部件，诸如超材料收发器、可调谐超材料元件(例如，编码器)等等。具体地，网络接口210s/210t可以包括一个或多个具有可变阻抗的亚波长收发器元件，如将在下面更详细地讨论的。

存储器240s/240t包括可由处理器220s/220t寻址的多个存储位置，例如数据结构245s/245t。以这种方式，处理器220s/220t包括适于执行软件程序和操纵数据结构245/245t的必要的元件或逻辑。

操作系统242s/242t(其一部分通常驻留在存储器240s/240t中(并由处理器220s/220t执行))尤其是通过调用在设备上执行的支持软件过程和/或服务的操作来在功能上组织各个设备。例如，这些软件过程和/或服务包括支持多输入多输出(MIMO)通信的操作、编码/解码符号、空间处理(例如，预编码符号等)、调制、解调、转换、放大、滤波等。

另外，源设备200s的存储器240s包括说明性的转换优化过程/服务244，其可用于配置信号转换系统，例如源设备200s和/或目标设备200t(例如，收发器，可调谐超材料元件(例如，编码器等)和其他适用的可调谐元件。注意，尽管过程244显示在集中式存储器240s中，但是一些实施方案在设备的分布式网络上采用过程244来发送和接收无线传输。特别地，转换优化过程/服务244可以通过控制信号转换系统的可调参数来配置信号转换系统，如稍后将更详细地讨论的。例如，转换优化过程/服务244可以识别和设置信号转换系统的可变阻抗元件的阻抗级别，以将系统配置成沿特定方向在特定的或者说所期望的强度水平发送无线信号。

转换优化过程/服务244可以配置信号转换系统以根据一个或多个目标调谐矢量进行操作，这将在后面进行更详细的讨论。此外，转换优化过程/服务244可以将信号转换系统配置为根据一个或多个性能指标和相应的最佳配置来操作，如稍后将更详细地讨论的。性能指标可以包括在操作中发送和接收无线信号的设备的适用性能指标。例如，性能指标可以包括与操纵所发送的无线信号、接收所操纵的无线信号以及对所发送的无线信号进行波束形成有关的指标。

源设备200s可以基于每个调谐矢量的参考信号幅度来确定外接源设备200s的至少一部分的参考点(例如，虚拟参考端口)的阵列。例如，参考点阵列可以基于每(λ/2)²一个参考点的奈奎斯特采样率来定义外接收发器的表面。另外，源设备200s可以进一步确定目标调谐矢量，例如，其对应于信号转换系统的最佳配置，该信号转换系统基于参考点阵列的场幅值定义目标辐射图，并且基于目标辐射图将目标信号从源设备传输到目标设备。以这种方式，转换优化过程/服务244可以促进波束形成信号(例如，无线电力信号、通信信号、能量束等)用于例如具有超材料部件的设备之类的设备。这些和其他特征将在下面更详细地描述。

应注意，包括计算机可读介质的各种处理器和存储器类型可以用于存储和执行与本文所述技术有关的程序指令。同样，尽管所述描述示出了各种过程，但是明确地构想了各种过程可以体现为被配置成根据本文的技术(例如，根据类似过程的功能)进行操作的模块。此外，尽管已经分别示出了一些过程，但是本领域技术人员应理解，这些过程可以是其他过程中的例程或模块。例如，处理器220s/220t可包含一个或多个可编程处理器，例如，微处理器或微控制器或固定逻辑处理器。在可编程处理器的情况下，任何相关的存储器，例如存储器240s/240t，可以是任何类型的有形处理器可读存储器，例如随机存取存储器、只读存储器等，其用可在其上实现程序模块的指令编码或存储该指令。处理器220s/220t还可以包括固定逻辑处理设备，例如专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器，其配置有包含可使处理器执行本文所述的功能的指令或逻辑的固件。因此，程序模块可以被编码在一个或多个有形计算机可读存储介质中，以例如利用固定逻辑或可编程逻辑，例如由处理器执行的软件/计算机指令来执行，并且任何处理器可以是可编程处理器，可编程数字逻辑(例如现场可编程门阵列)，或包括固定数字逻辑的ASIC，或它们的组合。通常，任何处理逻辑都可以体现在编码有由处理器执行的指令的处理器或计算机可读介质中，该指令在由处理器执行时可操作以使处理器执行本文所述的功能。

图3示出了源设备310与目标设备320之间的通信的示意性框图300。在框图300中，目标设备320可以通过诸如如图1所示的通信网络100之类的网络将参考信号325发送至源设备310。

源设备310和目标设备320都可以包括网络接口。网络接口可以通过相互作用的晶胞的布置来形成。晶胞可以起到在源设备310和/或目标设备320处发送和/或接收信号的作用。具体而言，晶胞可以在源设备310和/或目标设备320发送和/或接收作为连续波(“CW”)信号的一部分的波。晶胞可以由非封装的元件(例如非封装的电气部件和/或声学部件)形成。

在目标设备320的网络接口的晶胞处接收到的信号可以至少部分地转换为直流电流。具体而言，可以将在目标设备320处接收到的信号转换为直流电流，以便为目标设备320和/或耦合至目标设备320的外围设备供电。替代地，可以在目标设备320的网络接口的晶胞处接收到的信号可以至少部分地转换成热量。更进一步，在目标设备320的网络接口的晶胞处接收到的信号可以至少部分地转换成声波。

源设备310和目标设备320的网络接口的晶胞可以具有可调节的一个或多个可调参数，以实现晶胞的一个或多个可调阻抗值。具体而言，可以控制或以其他方式实现晶胞的可调参数以将晶胞的阻抗值(例如电复阻抗或声复阻抗)从第一阻抗改变到第二不同阻抗。

可以使用相互作用的矩阵来描述形成源设备310和目标设备320中的任何一个或两者的网络接口的晶胞的相互作用，如稍后将更详细地讨论的。具体地，可以利用相互作用的矩阵来描述晶胞的布置内的晶胞的相互作用，该相互作用的矩阵大致独立于晶胞的可调阻抗值。更具体地，可以利用相互作用的矩阵来描述晶胞的相互作用的可调参数，该相互作用的矩阵大致独立于晶胞的可调阻抗值。例如，晶胞的相互作用的可调参数可以基于晶胞的静态参数(如稍后将更详细地讨论的)来描述，而与基于静态参数可在晶胞中实现的实际阻抗值无关。在另一示例中，可以基于晶胞的动态可调参数来描述晶胞的相互作用的可调参数，如稍后将更详细地讨论的，而与基于动态的可调参数可在晶胞中实现的实际阻抗值无关。

形成源设备310和目标设备320的网络接口的晶胞的可调阻抗值可以对应于形成网络接口的晶胞的网络中的每个晶胞的一个或多个模式的频域模式。具体地，晶胞的可调阻抗值的阻抗值可以对应于晶胞的工作频率。更具体地，源设备310和目标设备320的晶胞的可调阻抗值的阻抗值可以特定于源设备310和目标设备320发送和接收的信号的频率。

晶胞的操作频率可以对应于用于无线地发送和/或接收信号的适用的操作频率。例如，在晶胞处发送和/或接收的信号可以是电磁波，并且晶胞的可调阻抗值可以是电复阻抗。此外，在该示例中，信号可以具有在无线电频带、微波频带、毫米频带和/或太赫兹频带中的工作频率。还是在该示例中，信号还可以具有红外光谱和/或光谱中的工作频率。在另一示例中，在晶胞处发送和/或接收的信号可以是声波，并且晶胞的可调阻抗值可以是声阻抗值。具体而言，信号可以具有可听声带(16Hz-20kHz)中的工作频率，超声声带(20kHz-100MHz)中的工作频率和/或特超声声带(100MHz-100GHz)中的工作频率。

晶胞的可调参数可以包括晶胞的静态参数，该静态参数在作为信号转换系统操作的源设备310和目标设备320的操作期间保持不变。晶胞的静态参数可以包括对信号转换系统中晶胞的工作阻抗值造成影响的晶胞的适用静态特性。具体地，晶胞的静态参数可以包括在信号转换系统的不同工作频率下影响晶胞的工作阻抗值的晶胞的特性。晶胞的静态参数可以在信号转换系统的设计阶段(例如，在制造信号转换系统之前)选择，以调节晶胞的阻抗值以用于在信号转换系统中的操作。

晶胞的可调参数的静态参数可以包括晶胞的几何参数。晶胞的几何参数可以包括对信号转换系统中晶胞的工作阻抗值造成影响的晶胞的适用物理特性。具体地，晶胞的几何参数可以包括在信号转换系统的不同工作频率下影响晶胞的工作阻抗值的晶胞的物理特性。晶胞的几何参数可以在信号转换系统的设计阶段(例如，在制造信号转换系统之前)选择，以调节晶胞的阻抗值以用于在信号转换系统中的操作。

晶胞的几何参数可以包括晶胞中的材料间隙的特性。例如，晶胞的几何参数可以包括晶胞中的材料间隙的宽度。在另一示例中，晶胞的几何参数可以包括(例如，当晶胞被包括作为用于处理电磁信号的信号转换系统的一部分时)晶胞中的材料间隙是否是电容性间隙。

此外，晶胞的几何参数可以包括作为晶胞的一部分包含在内的封装部件的特性，例如，封装的电子元件的特性。例如，作为晶胞的一部分被包含在内的封装部件的特性可以包括晶胞中的封装部件的尺寸。在另一示例中，作为晶胞的一部分被包含在内的封装部件的特性可以包括与晶胞中的封装组件相关联的感应线的宽度。在又一示例中，封装部件的特性可以包括晶胞的封装部件中的材料的宽度。在另一示例中，封装部件的特性可以包括晶胞的封装部件中的电容间隙的宽度。

作为晶胞的几何参数的一部分被包含在内的封装部件的特性可以包括嵌入在晶胞中的一个或多个封装部件的外部或内部尺寸中的任何一者或外部尺寸和内部尺寸两者。封装部件的外部尺寸可以包括包括围绕部件的包装在内的整个封装部件的尺寸。封装部件的内部尺寸可以包括被包含在包装中以形成封装部件的部件的尺寸。例如，封装芯片的外部尺寸可以包括容纳芯片的封装的尺寸，而封装芯片的内部尺寸可以包括芯片本身的尺寸。

晶胞的可调参数的静态参数可以包括晶胞的静态电磁特性。晶胞的静态电磁特性可以包括晶胞本身的静态电磁特性以及影响信号转换系统中的晶胞的工作阻抗值的晶胞的部件的静态电磁特性。具体地，晶胞的静态电磁特性可以包括晶胞自身的静态电磁特性以及在信号转换系统的不同工作频率下影响晶胞的工作阻抗值的晶胞的部件。可以在信号转换系统的设计阶段(例如，在制造信号转换系统之前)选择晶胞的静态电磁特性，以调节晶胞的阻抗值以用于在信号转换系统中的操作。

晶胞的静态电磁特性可以包括晶胞的非金属夹杂物的电磁特性。晶胞的非金属夹杂物可以包括电介质夹杂物、液晶夹杂物、半导体夹杂物和磁性夹杂物。例如，晶胞的电磁特性可以包括晶胞中包括的电介质夹杂物的电极化率(an electric susceptibility)。晶胞的非金属夹杂物可以作为晶胞的一部分整合在晶胞的本底填充物中。具体地，可以将晶胞的非金属夹杂物作为晶胞的一部分集成在晶胞的非导电本底填充物中。

另外，晶胞的可调参数可以包括晶胞的动态可调参数，该动态可调参数在作为信号转换系统运行的源设备310和目标设备320的操作期间是可改变的。晶胞的动态可调参数可以包括晶胞的适用动态特性，可以在操作期间对该适用动态特性进行控制以改变信号转换系统中晶胞的工作阻抗值。具体地，晶胞的静态参数可以包括在信号转换系统的不同工作频率下影响晶胞的工作阻抗值的晶胞的特性。晶胞的静态参数可以在信号转换系统的设计阶段(例如，在制造信号转换系统之前)选择，以调节晶胞的阻抗值以用于在信号转换系统中的操作。

晶胞的动态可调参数可以包括施加到晶胞的电压相关元件的可变电压电平。晶胞的电压相关元件包括在信号转换系统的操作期间使用电功率的元件。此外，晶胞的电压相关元件可以包括响应于施加到元件的电压变化而具有不同阻抗水平的元件。如下所述，可以控制施加到晶胞的电压相关元件的电压，以在信号转换系统的操作期间调节晶胞的阻抗值。

此外，晶胞的动态可调参数可以包括施加到晶胞的一个或多个电活性元件的可变电场。晶胞的电活性元件可以包括半导体元件、压电元件、电活性聚合物和液晶。更具体地，电活性元件可以包括响应于施加到元件上的变化的电场而具有不同的阻抗水平的元件。如下所述，可以控制施加到电活性元件的电场以在信号转换系统的操作期间调节晶胞的阻抗值。

晶胞的动态可调参数可以包括施加到晶胞的可变磁场。更具体地，作为在信号转换系统的操作期间控制动态可调参数的一部分，可以将可变磁场施加到晶胞以改变晶胞的阻抗。此外，晶胞的动态可调参数可以包括施加到晶胞的磁场产生元件的电流。更具体地，动态可调参数可以包括施加到与晶胞的磁活性元件相互作用的磁场产生元件的电流。磁活性元件包括具有响应于变化的磁场而变化的特性的可应用的元件，例如声学超材料。如下所述，可以改变施加到磁场产生元件的电场以改变由磁场产生元件产生的磁场。改变的磁场可以改变磁活性元件的特性，以最终在信号转换系统的操作期间调节晶胞的阻抗值。

另外，晶胞的动态可调参数可以包括施加到晶胞的几何位移。例如，可以将力施加到晶胞以改变晶胞的几何形状。继而，改变的晶胞的几何形状可以在信号转换系统的操作期间调节晶胞的阻抗值。此外，晶胞的动态可调参数可以包括晶胞内的动态可调几何参数，可以对该动态可调几何参数进行控制以实际改变晶胞的几何形状。例如，可以控制晶胞的部件以改变晶胞内的电容间隙的宽度。如下所述，晶胞内电容间隙的变化宽度最终可以在信号转换系统的操作期间改变晶胞的阻抗值。

晶胞内的动态可调节的几何参数可以包括作为晶胞的一部分而被包括在内的一个或多个机电系统的操作特性。例如，可以控制微机电系统以改变晶胞中电介质夹杂物的位置。如下所述，晶胞内电介质夹杂物的改变的位置最终可以在信号转换系统的操作期间改变晶胞的阻抗值。

网络接口的晶胞可以形成一个或多个收发器311，以用于发送或接收信号。收发器311可以由一个或多个天线(例如，天线阵列)来实现。一个或多个收发器311可以包括超材料元件312的阵列。超材料元件312可以是可调的二维超表面对象，其中每个超材料元件312形成晶胞。如本领域技术人员所理解的，超材料元件312可以包括例如电阻器、电容器、电感器、二极管、晶体管、替代电路部件(例如，分立或集成的电路部件)等。可以将晶胞映射和/或建模为具有相应阻抗元件“z”的晶胞“N_a”。基于为晶胞选择的可调参数的值，晶胞的阻抗元件可以具有不同的阻抗值。

此外，超材料元件312可以是无源、有源或可变地无源-有源的，并且对于给定的频率，可以通过复值来描述相应阻抗元件z。以这种方式，可以使用正整数来描述超材料元件312的可调谐阻抗值的一部分。可替代地(或者附加地)，还可以通过复矢量来描述晶胞的各个可调参数的可调值。尽管超材料部件312由相应的一个元件表示，但是还应当理解，收发器311可以包括经由该元件耦合到一个或多个超材料部件312的公共传输线(TL)或波导(未示出)。

优选地，超材料部件312形成亚波长收发器元件，其元件间的间隔基本上小于收发器311的工作频率或频率范围的自由空间波长。例如，元件间的间隔可以小于自由空间工作波长或频率的一半或四分之一，如前所述，其可以包括微波频率、甚低频、低频、中频、高频、甚高频(very high frequencies)、超高频(ultra-high frequencies)、特高频(super-high frequencies)、极高频(extremely high frequencies)、毫米波、光学频率或声频。

在关于晶胞的可调参数的操作的示例中，目标设备320以任意(但足够)的功率电平发射或辐射参考信号325，以到达源设备310。源设备310通过一系列调谐矢量接收参考信号325。例如，控制器313(例如处理器，如处理器220s)通过分别或集体地使用对应于晶胞的可调参数的一个(或多个)控制输入314调节一个或多个超材料部件312的晶胞的参数来有效地将收发器311调节至不同频率。以这种方式，控制器313调节收发器311以通过一系列调谐矢量接收参考信号325。换句话说，目标设备320连续发射参考信号325，同时将源设备310的可调参数调节到每个调谐矢量和/或控制输入314的一系列调谐矢量，这将在下面更详细地描述。

注意，调节可以是在收发器311的制造期间执行的一次静态操作，或者调节可以是在信号转换系统的操作期间由一个或多个控制输入控制的动态过程。在此，超材料部件312可以被实时动态地操纵以在宽范围的频率上接收信号以及在宽范围的辐射图上发射或辐射信号。超材料部件312，关联的阻抗元件“z”的数量以及控制输入的数量(例如晶胞的可调参数)可以是1:1:1的比率或X:Y:Z，其中X、Y和Z是可相等或可不相等的整数。例如，在一个实施方案中，可能存在阻抗元件到亚波长收发器元件的1:1映射，而控制输入的数量仅为十分之一。

图4示出了收发器311的示意性框图，其示出了根据信号转换系统的一个或多个目标调谐矢量调节的超材料部件312。具体地，可以调节信号转换系统以在控制输入314的调谐矢量的序列上接收参考信号325。虽然参照根据目标调谐矢量调节收发器311来讨论图4，但在各种实施方案中，如稍后将更详细地讨论的，可以根据信号转换系统的最佳配置来制造和/或调节收发器311。

这里，源设备310测量用于调谐矢量和用于映射到各个超材料部件312的晶胞(N_a)的参考信号幅值。具体而言，基于在信号转换系统上接收到的参考信号，可以测量参考信号幅值，例如以用于相应的调谐矢量。这些场幅值进而至少部分地通过频率范围内的一系列调谐矢量限定用于接收到的参考信号的辐射图。值得注意的是，最简单的测量可以由具有一个输入/输出晶胞(N_i/o＝1)的收发器来表示，其中针对每个调谐矢量进行信号幅值测量，然而，也应意识到，任何收发器都可以具有任意数量的输入/输出晶胞。调谐矢量可以基于所选的可调参数对应于例如晶胞的特性阻抗值，随后可将这些可调参数用于根据调谐矢量配置信号转换系统。这些参考信号幅值由信号幅值图405表示，并且可以部分地用于估计相应的散射矩阵(S-矩阵)410。

S矩阵410包括散射参数S_N，其表示在空间上的特定位置处的场(例如，电场)的复量(complex magnitude)，通过径矢给出，被归一化为在相应空间位置处的场量(fieldmagnitude)。绝对值|S_N|或代数合适量|S_1N|²量化给定空间位置(例如映射到相应的超材料部件312的收发器晶胞N_a)的场集中质量。对于形成大面积阵列的大量超材料部件312，识别S矩阵410可能非常困难并且消耗大量时间和计算资源。因此，如稍后将更详细地讨论的，可以例如基于超材料部件312和相应的晶胞的周期性或非周期性的性质估计S矩阵410，以减少用于识别S矩阵410的计算资源和时间。更具体地，可以使用估计的相互作用的矩阵来估计S矩阵410，估计该估计的相互作用的矩阵以减少用于标识相互作用的矩阵的计算资源和时间。这进而可以使得信号转换系统能更容易控制和制造，以便满足信号转换系统的一个或多个期望的性能系统指标。更具体地说，具有大的超材料元件阵列的信号转换系统可以被建模，然后在当前的操作和设计约束下被设计和控制。

在操作中，源设备310基于一系列调谐矢量来调节收发器311，其中调谐矢量根据相应的超材料部件312和晶胞的可调参数来调节阻抗元件(z)。调谐矢量包括N_mod矢量，其中每个调谐矢量部分地通过长度N_tun定义。如本领域技术人员所理解的，调谐矢量可以是预定义的，从选项列表中选择的，和/或基于由源设备310执行的附加测量而动态确定的。

源设备310可以进一步基于用于调谐矢量的已知阻抗值晶胞N_a的模型和相互作用参数的相互作用矩阵(Y-矩阵)来计算和评估S矩阵410的散射或S参数，其中Y矩阵是Z矩阵的等效逆矩阵，从而Y＝Z^-1。

S矩阵可以通过Z或Y矩阵与阻抗元件的值之间的关系表示如下：

其中，“1”表示大小为N的单位矩阵。

此外，z可以表示可调节的阻抗矢量z(转换为对角矩阵)。可调阻抗矢量z可以是调谐矢量(例如，样本调节矢量)的预定矢量函数。当可调阻抗矢量z是预定矢量函数时，可以使用适用的技术来预先确定调谐矢量的预定矢量函数。例如，可以使用信号转换系统/收发器中的相互作用晶胞的布置的数值模型来预先确定调谐矢量的预定矢量函数。可替代地，可以使用信号转换系统/收发器中的每个相互作用的晶胞的一系列数值模型来预先确定调谐矢量的预定矢量函数。

Y矩阵可以是预定的相互作用的矩阵。当Y矩阵是预定的相互作用的矩阵时，可以使用适用的技术来预先确定Y矩阵。例如，可以使用信号转换系统/收发器中的相互作用的晶胞的布置的数值模型来预先确定Y矩阵。

注意，通常根据Z_n＝V_n/I_m定义Z矩阵的阻抗值和Y矩阵的散射参数，其中V_n和I_m表示在所有其他晶胞打开的情况下测得的收发器晶胞“n”处的电压和晶胞“m”处的电流。即，假设对于不等于m或n的所有k，晶胞电流I_k＝0。同样，对于Y矩阵，在所有其他晶胞打开的情况下进行测量，Y_nm＝I_m/V_n。再次，假设对于不等于m或n的所有k，晶胞电流I_k＝0。

S矩阵410可以表示诸如收发器311的N端口收发器中的非对角线元件的晶胞到晶胞的传输。在无损系统中，S矩阵必须是酉矩阵。如果元件S_n是S矩阵的与特征值大小相同的奇异值(singular value)，则可以说在无损系统中，所有S_n＝1。通常，如果S_max是最大的奇异值，那么对于无源有损系统，可以说S_n≦S_max≦1。

在有源系统中，这些界限仍然成立，但是S_max现在可以超过1，表示至少一条传播路径的总功率增益。Z和Y矩阵在由酉矩阵表示的相同基础上是对角的：

从而

其中，“d”表示包括复值特征值的对角矩阵。

通常，除非与单位矩阵成比例，即所有晶胞阻抗都相等，否则S矩阵在U基中不会是对角的。在U基中，S矩阵的一般形式为：

其中，使用新的非对角矩阵从而：

其中Y_d是对角的(尽管通常不与ζ交换)。

通过解决N个线性系统问题(例如，Z_nm＝V_n/I_m或Y_nm＝I_m/V_n)以及上述的相关开放晶胞条件，可以以任何期望的精度在数值上评估S矩阵。对于线性电磁系统，可以使用基于有限元法(FEM)或有限差分时域(FDTD)的求解器来解决此类问题。可商购获得的求解器的示例包括ANSYS HFSS、COMSOL和CST。这些数值模拟结合了系统各部分之间近场和远场相互作用的各种优良效果，而与复杂性无关。

Z-矩阵的值也可以通过非线性映射被映射到S-矩阵的散射参数。在某些情况下，该映射可以表示为单或多变量多项式。多项式可以是相对低阶的(例如1-5)。S矩阵可以包括N个值，而Z矩阵可以包括M个值，其中N和M都是整数并且彼此相等，从而S矩阵值和Z矩阵值具有1:1的映射。各种各样的映射中的任何一种都是可能的。例如，S矩阵可以包括N个值，而Z矩阵可以包括M个值，其中N的平方等于M。可替代地，可以有2:1或3:1映射或1:3或2:1映射。

图5示出了外接收发器311的至少一部分的参考点或虚拟端口510的阵列的示意性框图。这里，虚拟端口510限定了覆盖收发器311的传输孔的表面。如上所述，这些虚拟端口510可以基于每(λ/2)²一个参考点的奈奎斯特采样密度在传输孔周围进行限定和间隔。

虚拟端口510表示可以在特定位置处在概念上量化由电磁场图505表示的场强度(例如，复场幅值)的探针或场采样点。可以假设每个虚拟端口在面积和/或体积上是无限小的，并且相对于收发器311和/或超材料部件312位于特定的径矢处。优选地，虚拟端口510被定位或限定成奈奎斯特空间分辨率(半波长)或更密集，并且应当围绕或基本上围绕收发器311的传输孔，以便为给定的电磁场提供足够的样本。如本文更详细地讨论的，可以针对每个参考点或虚拟端口510计算场强度，接着这些场强度可以通过使用信号传导系统(例如，根据最佳配置或一个或多个目标调谐矢量设计和/或控制的信号转换系统)用于确定目标信号的期望辐射图。

如上所讨论的，在操作中，源设备310可以基于已知或近似的Z矩阵值以及已知的目标调谐矢量(其可以对应于其晶胞的特性阻抗值，该值例如通过可调参数进行描述)来计算或估计S参数。例如，可以通过以下等式描述计算第i个虚拟端口处的复场幅值，该复场幅值隐含表示与该虚拟端口并置的相应参考点处的场值：

E_i＝S_i，o*E_o

其中S_i,o表示S矩阵的已知分量(根据晶胞的已知/近似的Z矩阵和可调谐矢量的已知值计算)，E_o是在输出端口处测量的复幅值，以及E_i是第i个虚拟端口处的复幅值，该复幅值隐含表示与该虚拟端口并置的相应参考点处的场值或场强。

在此，测量E_o，计算S_i,o(S参数/S矩阵元件)。以这种方式，将测得的复幅值与计算出的S矩阵值结合起来，以获得未实际进行测量的虚拟端口(例如，第i个虚拟端口)处的场幅值。特别地，可以将S矩阵值定义为在不同参考点(例如，虚拟点)处的复场幅值的比率。

可以参考根据规范提供的一个或多个信号幅值，通过模拟信号转换系统来识别场幅值。具体地，可以通过基于由模拟场源提供的规范中的一个或多个信号幅值来测量信号转换系统的场幅值，从而识别场幅值。替代地，可以通过基于由场发生器提供的规范中的一个或多个信号幅值来测量信号转换系统的场幅值，从而识别场幅值。

虚拟端口510的数量部分地对应于调谐矢量(N_mod)的数量。例如，如果虚拟端口的数量由N_fs表示，则对于N_i/o＝1，N_mod＝N_fs或更大，以确保参考点(如数据点)的数量大于待确定的未知数的数量(N_fs)。

在此，虚拟端口处的场幅值对应于由图505表示的电磁辐射或场图。这些场幅值进一步用于确定所需的调谐矢量，以生成目标信号。即，如本领域技术人员所理解的，源设备310基于期望的调谐矢量来调节收发器311，以将参考信号325再现为目标信号(例如，相位共轭信号)。

图6示出了源设备310的示意性框图，其显示了基于由控制输入610以及对应的S矩阵611表示的一个或多个目标调谐矢量(例如，对应于信号转换系统的最佳配置)来调节收发器311的超材料部件312以生成目标信号605。

如上所述，源设备310基于在虚拟端口510处测量的场的复幅值来确定目标信号605的例如用于最佳配置的期望辐射图(在此为电磁场图606中所示的辐射图)。特别地，源设备310确定参考信号325的相位共轭，从而产生目标信号605。

为了生成目标信号605，源设备310确定目标调谐矢量或优化的调谐矢量其使给定的收发器晶胞(N_a)(例如被映射到相应的超材料部件312的收发器晶胞)处的功率最大化。该优化的调谐矢量产生S矩阵611的S参数，该S参数近似于给定工作频率(例如，电磁频谱或声学频带中的频率)下每个收发器晶胞N_a的目标场幅值。例如，源设备310可以采用最小二乘优化或其他技术来确定最佳调谐矢量，该最佳调谐矢量将使得在场采样晶胞(N_fs)处的复场幅值尽可能接近它们的期望值。

通常，源设备310可以通过使用多种数学优化技术中的一个或多个计算优化的Z矩阵来确定最佳调谐矢量。例如，可以通过基于以下找到最佳的Z矩阵来计算最佳调谐矢量：复阻抗值z_n的优化，阻抗值z_n的复值的根的优化，与阻抗值z_n的阻抗值相关联的电抗的优化，和/或与阻抗值z_n的阻抗值相关联的电阻率的优化。在一些实施方案中，可以将优化限制为仅允许电抗的正或电感值，或者仅允许电抗的负或电容值，和/或限制为仅允许电阻率的有源值或无源值。

另外，可以使用包含随机优化方法、遗传优化算法、蒙特卡洛优化方法、梯度辅助优化方法、模拟退火优化算法、粒子群优化算法、模式搜索优化方法、多启动算法和/或全局搜索优化算法的全局优化方法来确定最佳调谐矢量(例如其对应于信号转换系统的最佳配置)。确定最佳调谐矢量可以至少部分地基于一个或多个初始猜测。根据所使用的优化算法，优化值可能是基于初始猜测的局部优化，实际上可能不是真正的全局优化。在其他实施方案中，执行足够的优化计算以确保识别出真实的全局优化值。在一些实施方案中，返回的优化值或值集合可以与置信度水平或置信度值相关联，返回的优化值或值集合对应于全局极值而不是局部极值。在一些实施方案中，可以利用Hessian矩阵计算法，该Hessian矩阵计算法是使用将S参数与Z矩阵和最佳调谐矢量相关联的方程来解析地计算的。在优化的情况下，Hessian矩阵可被视为相对于优化变量矢量的标量优化目标函数的二阶导数矩阵。在一些实施方案中，也可以采用准牛顿法。在一些实施方案中，优化方法可以包括通过求解多变量多项式方程并从确定的局部极值中选择全局极值来穷举或几乎穷举地确定局部极值。可以使用替代的基于梯度的方法，例如共轭梯度(CG)方法和最速下降方法等。在优化的情况下，梯度可以是相对于优化变量的矢量的标量优化目标函数的导数的矢量。如本领域技术人员所理解的，可以使用这些和其他方法来确定最佳调谐矢量。

仍然参考图6，S矩阵611包括元件S_N，其表示收发器晶胞N_a(其映射到相应超材料部件312)处的复场量，并且通过径矢给出，被归一化为该端口处的场量。绝对值|S_N|或代数上更合适的量|S_1N|²量化该点处的场集中质量。如本领域技术人员所理解的，使该量最大化(或在形成零位的情况下最小化)表示通用的波束形成算法。

例如，当Tx中只有一个i/o晶胞时，可以运行简化的替代算法而不是2d。使用互易性，可以在接收模式下分析Tx。在这种情况下，考虑到场采样晶胞(N_fs)的复幅值，最佳阻抗矢量表示使i/o端口处的功率最大化的矢量。与多目标问题(或目标的加权总和)相比，这实际上是要解决的更简单的(单个优化目标)逆问题。

如所提及的，源设备310可以使用与调谐矢量序列相对应的控制输入610来调整阻抗值以实现(例如与信号转换系统的最佳配置相对应的)优化的调谐矢量以这种方式，源设备310调节收发器311(和/或超材料部件312)以生成目标信号605。如本领域技术人员所理解的，控制输入314可以包括各种类型的控制信号(例如，直流信号、交流信号、脉宽调制信号、光信号、热传导信号等)。

此外，取决于制造技术(例如3D打印)，最佳调谐矢量的值可以平凡地转换成对映射到对应的超材料元件312的可选择晶胞做出的选择。如前所述，晶胞在信号转换系统的操作期间可以是动态可调节的或以其它方式可变的，使得在晶胞的复阻抗与控制晶胞的激励(stimuli)之间存在非平凡的关系。在这些实施方案中，如本领域技术人员所理解的，晶胞的复阻抗与控制输入之间的关系可以基于施加的信号的幅值。

图7是确定信号转换系统的用于一个或多个信号转换系统性能指标的最佳配置的示例性方法的流程图700。信号转换系统的最佳配置可以包括在信号转换系统的操作之前或操作期间的信号转换系统的配置。具体地，信号转换系统的最佳配置可包括可调参数的值，所述可调参数的值可调节以实现信号转换系统的晶胞的一个或多个可调阻抗值，例如本文所述的可调参数。此外，如先前所讨论的，可以利用与晶胞的可调阻抗值大致无关的相互作用的矩阵来描述在根据可调参数进行操作时的晶胞的相互作用。

流程图700在步骤702开始，在该步骤中，标识出包括可调阻抗元件的信号转换系统的性能指标。信号转换系统性能指标可以包括信号转换系统在操作期间满足的适用的期望或其他需要的指标。具体地，信号转换系统性能指标可以包括用于信号转换系统操作以根据特定的目标辐射图在特定的频率下发送信号的性能指标。例如，信号转换系统性能指标可以包括以特定的调制幅值和相位发送无线信号以实现目标辐射图。此外，信号转换系统性能指标可以包括用于信号转换系统操作以接收例如无线信号之类的信号的性能指标。例如，信号转换系统性能指标可以包括用于在特定频率范围内接收无线信号的目标接收图。

信号转换系统可以是能够(例如，在操作中)被调节的适用信号转换系统，诸如在图1-6中的任何一个中所示的设备。例如，信号转换系统可包括具有可调节特性的超材料或亚波长元件的阵列，所述可调节特性使得能调节信号转换系统。更具体地，信号转换系统可包括一个或多个可调参数，例如本文所述的可调参数，以用于调节信号转换系统中的晶胞的阻抗。随后，可以调节可调阻抗元件的晶胞的阻抗，以配置信号转换系统用于特定操作，例如，以根据性能指标进行操作或满足性能指标。

信号转换系统可以包括几何上相同的晶胞的周期性布置。几何上相同的晶胞的周期性布置可以对应于信号转换系统中的元件阵列，例如，信号转换系统中的可调元件。例如，可调节元件的阵列中的每个可调节元件可形成在可调节元件的阵列上形成的几何上相同的晶胞的周期性布置的单个晶胞。在另一示例中，可调节元件阵列中的多个可调节元件可形成在可调节元件的阵列上形成的几何上相同的晶胞的周期性布置的单个晶胞。几何上相同的晶胞的周期性布置的每个晶胞可以由信号转换系统中相同数量的元件形成，所述元件在晶胞内的用于形成晶胞的相应位置处。例如，几何上相同的晶胞的周期性布置的每个晶胞可以由单个可调节元件形成，该单个可调节元件具有在每个晶胞的几何表示的中心处的对应的实际位置。

作为信号转换系统的一部分包括的几何上相同的晶胞的周期性布置可以仅对应于信号转换系统的元件的一部分。例如，信号转换系统的可调元件阵列的仅一部分可以组成几何上相同的晶胞的周期性布置。此外，在该示例中，可调节元件的阵列的其余部分可以形成与几何上相同的晶胞的周期性布置分离的晶胞，例如，形成几何上不同或不在周期性布置中的晶胞。另外，几何上相同的晶胞的周期性布置可以包括信号转换系统的元件的主要部分。具体地，形成几何上相同的晶胞的周期性布置的多个元件中的元件数可以高于特定阈值数。例如，信号转换系统中的90％的可调节元件可以对应于或以其他方式形成几何上相同的晶胞的周期性布置。

几何上相同的晶胞的周期性布置可以在一个维度上是周期性的。例如，几何上相同的晶胞的周期性布置可以包括沿着单个轴线或方向周期性地重复的几何上相同的晶胞。此外，几何上相同的晶胞的周期性布置可以在两个维度上是周期性的，以形成二维周期性布置。例如，几何上相同的晶胞的周期性布置可以包括在平面内周期性重复的几何上相同的晶胞。更具体地，在图8A-C中示出了不同的二维周期性布置的用圆圈800表示的晶胞可以形成为矩形晶格，如图8A所示，可以形成为三角形晶格，如图8B所示，或者可以形成为六边形晶格，如图8C所示。此外，几何上相同的晶胞的周期性布置可以在三个维度上是周期性的，以形成三维周期性布置。例如，几何上相同的晶胞的周期性布置可以包括在一定体积的空间内周期性重复的几何上相同的晶胞。更具体地，晶胞可以在一定体积的空间内重复以形成三维布拉菲晶格(Bravais lattices)中的一种。

替代地，信号转换系统可以包括晶胞的非周期性布置。晶胞的非周期性布置中的晶胞可以在几何上不同以创建晶胞的非周期性布置。此外，晶胞的非周期性布置中的晶胞可以是非周期性的，因为晶胞的布置不表现出任何重复的图案。具体地，晶胞的非周期性布置中的晶胞可以是非周期性的，因为晶胞的几何布置不表现出重复的几何图案。更具体地，晶胞的非周期性布置中的晶胞可以是非周期性的，因为在一维布置、二维布置和/或三维布置中，晶胞的几何布置不是周期性的。

晶胞的非周期性布置可以对应于信号转换系统中的元件阵列，例如，信号转换系统中的可调元件。例如，可调节元件的阵列中的每个可调节元件可以形成在可调节元件的阵列中形成的晶胞的非周期性布置的单个晶胞。在另一示例中，可调节元件的阵列中的多个可调节元件可以形成在可调节元件的阵列上形成的晶胞的非周期性布置的单个晶胞。晶胞的非周期性布置的每个晶胞可以由信号转换系统中相同数量的元件形成，所述元件在晶胞内的用于形成晶胞的相应位置处。例如，晶胞的非周期性布置的每个晶胞可以由单个可调节元件形成，该单个可调节元件具有在每个晶胞的几何表示的中心处的对应的实际位置。

作为信号转换系统的一部分包括的晶胞的非周期性布置可以仅对应于信号转换系统的元件的一部分。例如，信号转换系统的可调元件阵列的仅一部分可以组成晶胞的非周期性布置。此外，在该示例中，可调节元件的阵列的其余部分可以形成与晶胞的非周期性布置分离的晶胞，例如，形成在周期性布置中的晶胞。另外，晶胞的非周期性布置可以包括信号转换系统的元件的主要部分。具体地，形成晶胞的非周期性布置的多个元件中的元件数可以高于特定阈值数。例如，信号转换系统中的90％的可调节元件可以对应于或以其他方式形成晶胞的非周期性布置。

在步骤704中，在流程图700中，将晶胞模拟为唯一编号的晶胞。可以将晶胞唯一地编号为不同的编号，以使得能分别识别每个晶胞和晶胞的相应可调参数。作为将晶胞模拟为唯一编号的晶胞的一部分，可以将晶胞映射或建模为唯一编号的晶胞。更具体地说，作为将晶胞模拟为唯一编号的晶胞的一部分，可以将每个晶胞(例如每个晶胞的相应可调参数)映射或建模为唯一编号的晶胞。

在信号转换系统的几何上相同的晶胞的周期性布置中，唯一编号的晶胞可以形成晶胞或以其它方式对应于晶胞。例如，第一唯一编号的晶胞可以是在几何上相同的晶胞的周期性布置中的第一晶胞。此外，在该示例中，可以模拟唯一编号的晶胞的一个或多个可调参数，如稍后将更详细讨论的，以识别信号转换系统内可能在不同工作频率下的晶胞的可调阻抗值。更具体地，唯一编号的晶胞的一个或多个可调参数可以至少部分地基于晶胞的周期性布置来模拟，以识别晶胞的可调阻抗值。

另外，在信号转换系统的晶胞的非周期性布置中，唯一编号的晶胞可以形成晶胞或以其它方式对应于晶胞。例如，第一唯一编号的晶胞可以是在晶胞的非周期性布置中的第一晶胞。此外，在该示例中，可以模拟唯一编号的晶胞的一个或多个可调参数，如稍后将更详细讨论的，以识别信号转换系统内可能在不同工作频率下的晶胞的可调阻抗值。更具体地，唯一编号的晶胞的一个或多个可调参数可以至少部分地基于晶胞的非周期性布置来模拟，以识别晶胞的可调阻抗值。

例如，在步骤704，晶胞可以被识别或标记作为唯一的晶胞或周期性的晶胞。在多种实施方案中，可以将用于模拟晶胞的所有晶胞标记为唯一的晶胞或周期性的晶胞。可以将晶胞识别为唯一的晶胞或周期性的晶胞，以使所有周期性的晶胞都属于具有相同几何形状的晶胞。更具体地，仅几何上相同的晶胞可以被标记为周期性的晶胞。

可以基于是否将晶胞标记为唯一的晶胞而将晶胞标记为周期性的晶胞。更具体地，一部分晶胞可以被标记为唯一的晶胞，而未被标记为唯一的晶胞的其余晶胞随后可以被标记为周期性的晶胞。相反，晶胞可以基于是否将晶胞标记为周期性的晶胞而被标记为唯一的晶胞。更具体地，一部分晶胞可以被标记为周期性的晶胞，而未被标记为周期性的晶胞的其余晶胞随后可以被标记为唯一的晶胞。

可基于晶胞在相同晶胞阵列中的几何位置而将晶胞识别为周期性的晶胞。具体地，可以基于晶胞在信号转换系统的晶胞的布置中的位置而将晶胞识别为周期性的晶胞。更具体地，可以基于可调元件阵列中的对应于晶胞的可调节元件的位置(例如，根据可调参数)将晶胞识别为周期性的晶胞。例如，如果晶胞包括在可调节元件的阵列的中心的可调节元件，则该晶胞可以被识别为周期性的晶胞。

在基于晶胞在晶胞阵列中的位置而将晶胞识别为周期性的晶胞时，该晶胞可以基于该晶胞周围的晶胞的特性来识别。具体地，晶胞可以在其与被标记为唯一的晶胞的晶胞阵列中的任何晶胞相距至少一个相互作用的半径的情况下被识别为周期性的晶胞。此外，晶胞可以在其距晶胞阵列中的至少部分地形成晶胞阵列的边缘的任何晶胞至少一个相互作用的半径的情况下被识别为周期性的晶胞。相互作用的半径可以包括相对于晶胞阵列中的晶胞的尺寸和维度定义的适用尺寸或维度。例如，相互作用的半径可以包括晶胞阵列(例如相同的晶胞阵列)中的晶胞的三个晶胞直径。

所述晶胞可以基于晶胞的特性(例如晶胞的物理或操作特性)被识别为唯一的晶胞。例如，晶胞可以基于其是否用作信号转换系统的物理输入/输出晶胞而被识别为唯一的晶胞。在另一示例中，晶胞可以基于其是否为虚拟端口而被识别为唯一的晶胞。另外，晶胞可以基于其相应物理位置(例如，形成晶胞的相应可调元件的物理位置)而被识别为唯一的晶胞。更具体地，晶胞可以基于其相对于阵列边缘(例如信号转换系统的可调元件的阵列的边缘)、终端、馈源和信号转换系统中其他适用的非周期性结构或元件的位置而被识别为唯一的晶胞。

接下来，在步骤706，将信号转换系统表征为具有相应的相互作用的矩阵的晶胞网络。更具体地，信号转换系统可以被表征为具有用于晶胞网络的相应的相互作用的矩阵的晶胞网络，该晶胞网络包括被模拟为唯一编号的晶胞的晶胞。如上文参考图4所讨论的，相应的相互作用的矩阵可以表示信号转换系统的可调节元件的可调参数，例如，针对可调节元件阵列中的可调节元件模拟的晶胞网络的可调参数。更具体地，在表示用于调节晶胞网络中的阻抗值的可调节元件的可调参数时，相互作用的矩阵可以描述晶胞网络，例如，网络中晶胞的与晶胞的阻抗值大致无关的相互作用。

任选地，在步骤708，对晶胞网络的相互作用的矩阵进行近似。在近似晶胞网络的相互作用的矩阵时，可以确定相互作用的矩阵，而无需使用适用的技术(例如本文所述的技术)实际计算整个相互作用的矩阵。这可以减少在最终确定信号转换系统的最佳配置中所用的时间和计算资源。随后，可以以更有效的方式计算和实现信号转换系统的最佳配置。随着信号转换系统的可调节元件的阵列(例如超材料元件的阵列)的尺寸增大，从而使得就消耗的时间和消耗的计算资源而言，最佳配置计算的成本更高时，这尤其重要。因此，在不实际计算整个矩阵的情况下近似相互作用的矩阵可以通过使计算机能够根据从近似相互作用的矩阵识别的最佳配置来更有效地识别并随后配置或设计信号转换系统，从而有效地改善计算机的功能。

可以基于信号转换系统的周期性来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。在基于信号转换系统的周期性来近似晶胞网络的相互作用的矩阵时，晶胞网络的相互作用的矩阵可以基于在步骤704中模拟的并且有助于信号转换系统的晶胞网络的周期性的晶胞来近似。此外，在基于信号转换系统的周期性来近似晶胞网络的相互作用的矩阵时，可以基于对应于在步骤704模拟的晶胞的可调元件(例如，可调参数)来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。

在基于周期性近似晶胞网络的相互作用的矩阵时，可以使用被识别为周期性的晶胞的晶胞总数的子集来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。例如，相互作用的矩阵的大部分(例如超过相互作用的矩阵的50％)可以通过估计相互作用的矩阵的该部分中的小子集并在整个大部分中重复估计的部分来近似。在仅需要计算相互作用的矩阵的小子集然后基于所计算的该子集近似整个矩阵的情况下，节省了大量的计算资源和时间，从而使得信号转换系统的控制和设计更加容易。

可以基于周期性晶胞来估计晶胞网络的相互作用的矩阵。具体地，可以通过近似对应于周期性晶胞的矩阵的对角元素来近似相互作用的矩阵的至少一部分。可以通过模拟多个周期性晶胞中的一个晶胞来近似对应于周期性晶胞的矩阵的对角元素。更具体地，可以利用应用于单个晶胞的周期性边界条件来模拟一个晶胞。替代地，可以通过模拟选自周期性的晶胞中的周期性可重复的晶胞组来近似对应于周期性的晶胞的矩阵的对角元素。更具体地，周期性可重复的晶胞组可以利用施加到周期性可重复的晶胞组的周期性边界条件来模拟。

矩阵的对角元素可以通过假设与周期性晶胞相对应的对角元素(例如，可调节元件)彼此相等来近似。基于该假设，与周期性晶胞相对应的对角元素只能被估计一次，以便估计相互作用的矩阵。因此，这进一步节省了时间和计算资源以初始确定最佳配置，其本来将用于实际计算估计的相互作用的矩阵或进一步估计相互作用的矩阵。

用于估计相互作用的矩阵的周期性可重复的晶胞组可以包括与周期性可重复的晶胞组中的所选晶胞紧邻的所有晶胞。例如，所选晶胞可以包括在周期性的晶胞阵列的中心的周期性晶胞。此外，在该示例中，周期性可重复的晶胞组可以形成为包括与中心的周期性晶胞相邻的所有晶胞。

另外，用于估计相互作用的矩阵的周期性可重复的晶胞组可以包括在周期性可重复的晶胞组中的所选晶胞的相互作用的半径内的所有晶胞。如前所述，相互作用的半径可以包括关于晶胞阵列中的晶胞的尺寸和维度定义的适用尺寸或维度。因此，如果选择例如与集中式晶胞相对应的中心晶胞，则可以由距集中式晶胞三个晶胞直径内的所有晶胞形成周期性可重复的组。

可以基于作为周期性的晶胞和唯一的晶胞的晶胞的唯一编号来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。更具体地，在步骤702，可以基于将晶胞识别为唯一的晶胞还是周期性的晶胞来对晶胞进行编号。例如，在对被识别为周期性的晶胞的晶胞进行编号之前，可以对被识别为唯一的晶胞的晶胞进行连续编号。随后，可以基于根据是否将晶胞识别为唯一的晶胞和周期性的晶胞来对晶胞进行编号，用与晶胞相对应的元件来形成晶胞网络的相互作用的矩阵。此外，在该示例中，由于唯一的晶胞用彼此相邻的数字依次编号，因此，基于该编号，可以在根据唯一的晶胞的编号所定义的矩阵内的特定区域内的相互作用的矩阵中表示唯一的晶胞。在该示例中，还可以通过相互作用的矩阵内的自包含且自定义区域来表示唯一的晶胞。

此外，可以通过估计非对角元素来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。用于估计相互作用的矩阵的非对角元素可以包括与周期性的晶胞之间的耦合对应的矩阵的非对角元素。此外，在该示例中，可以通过模拟包括晶胞m和n的周期性可重复的晶胞组来近似对应于周期性的晶胞m和n之间的耦合的矩阵的非对角元素。更具体地，可以将周期性边界条件应用于可重复的晶胞组，以使用非对角元素最终近似相互作用的矩阵。如前所述，周期性可重复的晶胞组(例如用于使用非对角元素来估计相互作用的矩阵)可以包括紧邻所选晶胞或在晶胞的相互作用的半径(例如根据经验选择的相互作用的半径)内的所有晶胞。

矩阵的非对角元素可以通过假设非对角元素彼此相等并且因此仅被估计一次来近似。更具体地，与某种配置(例如，信号转换系统的周期性或非周期性配置)的几何平移中的元件之间的耦合对应的矩阵的非对角元素可以设置为相等以近似相互作用的矩阵。基于该假设，与周期性晶胞相对应的对角元素只能被估计一次，以便估计相互作用的矩阵。因此，这进一步节省了时间和计算资源来确定最佳配置，其本来将用于实际计算相互作用的矩阵或进一步估计相互作用的矩阵。

另外，可以基于晶胞网络的非周期性来近似相互作用的矩阵。具体地，可以使用被识别为唯一的晶胞的晶胞来近似晶胞网络的相互作用的矩阵。可以估计与一个或多个唯一的晶胞相关联的矩阵的非对角元素和对角元素中的任一者或两者，以近似晶胞网络的相互作用的矩阵。另外，与一个或多个唯一的晶胞相关联的矩阵的非对角元素和对角元素可以通过针对唯一的晶胞(例如，组成矩阵的唯一的晶胞)中的每一个模拟整个晶胞网络来近似一个或多个唯一的晶胞。

在步骤710，针对信号转换系统的晶胞网络估计S矩阵。可以从近似相互作用的矩阵估计S矩阵。更具体地，可以使用从相互作用的矩阵计算S矩阵的适用方法(例如本文描述的方法，如前文参照图4所讨论的)从相互作用的矩阵估计S矩阵。另外，可以从针对晶胞网络估计的相互作用的矩阵以及晶胞的特性阻抗值来估计S矩阵。

图9示出了用于确定信号转换系统的最佳配置的示例性S矩阵900。S矩阵900包括唯一的晶胞块902和周期性的晶胞块904。如图9所示，唯一的晶胞块902和周期性的晶胞块904都可以自包含在S矩阵900内。另选地，如图9所示，周期性的晶胞块904和唯一的晶胞块902可以彼此分离。

晶胞的唯一的晶胞和晶胞的周期性的晶胞可以被编号，例如，在步骤704，以创建对应的周期性的晶胞块904和唯一的晶胞块902。更具体地，在步骤706和708中的一个或两个步骤中，可以表征相互作用的矩阵，并且随后基于周期性的晶胞和唯一的晶胞的编号来近似相互作用的矩阵，以在相互作用的矩阵中形成相应的周期性的晶胞块区域和唯一的晶胞块区域。随后，在步骤710，可以基于相互作用的矩阵中的对应的周期性的晶胞块区域和唯一的晶胞块区域，由相互作用的矩阵估计具有周期性的晶胞块904和唯一的晶胞块902的S矩阵。

在步骤712，使用晶胞网络的估计的S矩阵来量化性能指标。可以对性能指标进行量化，以识别可以被调节或以其他方式控制以实现性能指标的信号转换系统的可调参数。例如，基于晶胞网络的估计的S矩阵，其可被识别以改变信号转换系统的可调参数，例如，改变信号转换系统的可调元件，以实现性能指标。

在步骤714，识别用于性能指标的信号转换系统的最佳配置。可以基于信号转换系统对可变阻抗(例如，信号转换系统的晶胞的可变阻抗)的响应来针对性能指标确定信号转换系统的最佳配置。更具体地，可以使用晶胞网络的相互作用的矩阵和S矩阵(例如当S矩阵用于量化性能指标时)中的一者或两者来针对性能指标确定信号转换系统的最佳配置。所识别的信号转换系统的最佳配置可以包括晶胞网络中的晶胞的可调节参数的值。

图10是设计信号转换系统的结构以满足性能指标的示例性方法的流程图1000。流程图1000开始于步骤1002，在步骤1002中，识别包括晶胞的信号转换系统的初步结构。晶胞可以包括一个或多个可调参数，所述一个或多个可调参数是可调节的，以实现在信号转换系统的一个或多个工作频率中的每个频率下的晶胞的一个或多个可调阻抗值。此外，如先前所讨论的，可以利用与晶胞的可调阻抗值大致无关的相互作用的矩阵来描述在根据可调参数进行操作时的晶胞的相互作用。

流程图1000继续到步骤1004，在步骤1004中，识别出用于信号转换系统的性能指标。如先前所讨论的，性能指标可以包括信号转换系统在操作中满足的期望性能指标。

流程图1000继续到步骤1006，在步骤1006中，针对性能指标确定信号转换系统的最佳配置。可以使用识别信号转换系统的最佳配置的适用方法，例如本文所述的方法，针对性能指标确定信号转换系统的最佳配置。更具体地，可以使用使用相互作用的矩阵识别可调系统的最佳配置的适用方法(例如图7所示的流程图700所表示的方法)来确定信号转换系统的最佳配置。信号转换系统的最佳配置可以对应于信号转换系统的初步结构，并且可以基于信号转换系统的初步结构来确定。例如，可以从针对对信号转换系统的初步结构建模的晶胞网络估计的阻抗矩阵来确定信号转换系统的最佳配置。

流程图1000继续到步骤1008，在步骤1008中，识别出性能指标的全局极限。性能指标的全局极限可以包括信号转换系统的可调参数的值，该值对于在一个或多个不同的信号转换系统上仍然全局满足性能指标是可接受的。例如，性能指标的全局极限可以包括仍然可以发送和/或接受无线信号的频率范围。

流程图1000继续到步骤1010，在步骤1010中，基于性能指标的全局极限来接受信号转换系统的初步结构和最佳配置。更具体地，如果性能指标的全局极限超过信号转换系统的期望阈值性能指标，则可以接受信号转换系统的初步结构和最佳配置。信号转换系统的期望阈值性能指标可以对应于信号转换系统的初步结构。更具体地，信号转换系统的期望阈值性能指标可以包括能够根据信号转换系统的最佳配置在初始结构处由可调收发器结构实现的性能指标。

尽管在流程图1000中未示出，但是如果不接受信号转换系统的结构和/或最佳配置，则随后可以改变信号转换系统的初步结构以识别信号转换系统的改变的结构。例如，如果不接受信号转换系统的结构和/或最佳配置，则可以改变信号转换系统的可调参数和/或可调参数的值。随后，可以相对于信号转换系统的改变的结构的性能指标来识别信号转换系统的另一最佳配置。然后，如果性能指标的全局极限超过了与信号转换系统的改变的结构相对应的信号转换系统的期望阈值性能指标，则可以接受信号转换系统的改变的结构和信号转换系统的另一种最佳配置。可以重复该过程，直到信号转换系统的结构和该结构的相应最佳配置被实际接受为止。

图11示出了信号转换系统1100的示意性框图。信号转换系统1100可根据适用的信号转换系统(例如，例如本文描述的源设备和目标设备)来运行。此外，信号转换系统1100可以根据通过适用的技术(例如本文描述的技术)识别的最佳配置来控制或制造。另外，信号转换系统1100可以根据通过适用的技术(例如本文描述的技术)识别的一个或多个目标调谐矢量来控制或制造。

信号转换系统1100包括多个超材料层1102。多个超材料层1102可包括第一超材料层1102-1、第二超材料层1102-2和另外的超材料层1102-n，例如，第三超材料层。多个超材料层1102可以形成为用于发送和/或接收无线信号的收发器的一部分。例如，多个超材料层1102可以被形成为可应用的网络接口的一部分，诸如在本文描述的源设备和目标设备的网络接口。

多个超材料层1102可以包括或建模为相互作用的晶胞的布置。多个超材料层1102的相互作用的晶胞可具有一个或多个可调参数，所述一个或多个可调参数可调节以实现晶胞的一个或多个可调阻抗值。此外，多个超材料层1102中的晶胞的相互作用可以用大致独立于晶胞的可调阻抗值的一个或多个相互作用的矩阵来描述。

第一超材料层1102-1可以用作照明图案生成器。具体地，第一超材料层1102-1可以发送作为照明图案从馈源接收的信号。更具体地，第一超材料层1102-1可以发送通过调节作为第一超材料层1102-1的一部分包括的晶胞的可调参数而作为选择的照明图案从馈源接收的信号。此外，第一超材料层1102-1可以移动，例如绕轴线旋转。在绕轴线移动时，第一超材料层1102-1可以绕轴线旋转光束图案，例如旋转通过第一超材料层1102-1发送的照明图案的光束图案。

第二超材料层1102-2可以是波束形成多全息介质，其被配置为基于作为照明参数从第一超材料层接收的重构光束来发送3D场分布。具体地，第一超材料层1102-1可以产生具有不同2D切片的3D场分布，所述2D切片充当入射到第二超材料层1102-2上的不同全息图重构光束。继而，第二超材料层1102-2可以基于充当不同的接收的全息图重构光束的多个2D切片中的一个或其组合和/或第二超材料层1102-2的可调参数来发送输出光束。

第二超材料层1102-2可以使用多个不同的全息图来创建输出光束图案。具体地，第二材料层1102-2可以使用多个不同的全息图，该多个不同的全息图可以使用由第一超材料层1102-1创建的不同的全息图重构光束图案来检索。例如，第一超材料层1102-1可以被配置为创建入射在第二超材料层1102-2上的特定的重构光束图案，以使第二超材料层1102-2产生特定的输出光束图案，例如，检索特定的全息图。全息图可以作为不同的全息图存储在第二超材料层1102-2处，以允许选择性的输出光束图案的创建。

此外，第二超材料层1102-2可相对于第一超材料层1102-1移位。具体地，第二超材料层1102-2可以相对于第一超材料层1102-1移位，以产生入射在第二超材料层1102-2上的不同的全息图重构光束。例如，第二超材料层1102-2可相对于第一超材料层1102-1移位，以在第二超材料层1102-2处实现由第一超材料层1102-1产生的3D场分布的不同2D切片。作为将第二超材料层1102-2相对于第一超材料层1102-1移位的一部分，第二超材料层1102-2可相对于第一超材料层1102-1旋转。例如，可以相对于第一超材料层1102-1沿着一定方向通过旋转层1102-2或平移层1102-2来移位第二超材料层1102-2。

在多种实施方案中，多个层还可以包括第三超材料层，例如超材料层1102-n。当使用第三超材料层时，第一超材料层1102-1和第二超材料层1102-2可共同包括照明图案产生器。此外，第三超材料层可以用作波束形成多全息介质。具体地，所有三个超材料层可以包括多全息介质。第三超材料层可以相对于第一超材料层1102-1和第二超材料层1102-2移位，以发送和/或接收信号，例如波束形成发射信号。

因此，本文描述的技术可以提供用于在广泛的频率范围内无线发送和接收信号的有效技术。此外，因此，本文描述的技术可以(例如，利用超材料收发器部件)在宽广的频率范围内提供用于波束形成信号的有效技术。这些技术特别利用电磁传播通道的互易性(时间不变性)，该电磁传播通道通过在源设备上使用可调谐超材料部件而不会被非时间不变性部件(例如EM非线性和DC磁场发生器)“污染”，以提供与传统的信号传输技术(例如，MIMO系统中存在的全通道探测算法等)相比独特而灵活的优点。重要的是，这些技术可以通过单个源设备采用，在该单个源设备中，目标设备仅需要定期(或按需)发射参考信号。

尽管已经示出和描述了在源设备和目标设备之间提供波束形成信号的说明性实施方案，但是应当理解，可以在本文的实施方案的精神和范围内做出各种其他调整和修改。例如，本文已经示出和描述了实施方案，其中在源设备上有关系特定的可调谐超材料配置/部件。然而，如本领域技术人员所理解的，实施方案在广义上不限于这样的配置/部件，并且实际上可以与任何数量的设备和类似配置一起使用。因此，应当理解，与一个实施方案相关联的特征、结构和操作可以适用于结合本公开的另一实施方案描述的特征、结构或操作或与之结合。另外，在许多情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免使本公开的各方面不清楚。

本领域技术人员应理解，可以在不脱离本发明的基本原理的情况下对上述实施方案的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书确定。

本发明的方面在以下编号的条款中阐述：

1.一种用于发送或接收信号的装置，其包括：

信号转换系统，其包括相互作用的晶胞的布置，其中每个晶胞具有一个或多个可调参数，所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值。

2.根据条款1所述的装置，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

3.根据条款1所述的装置，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

4.根据条款3所述的装置，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

5.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

6.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

7.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

8.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

9.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

10.根据条款4所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

11.根据条款3所述的装置，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学复阻抗。

12.根据条款11所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

13.根据条款11所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

14.根据条款11所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

15.根据条款1所述的装置，其中所述信号转换系统用作所述信号的发射器。

16.根据条款1所述的装置，其中所述信号转换系统用作所述信号的接收器。

17.根据条款1所述的装置，其中，所述信号转换系统既用作所述信号的发送器又用作接收器。

18.根据条款1所述的装置，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器。

19.根据条款1所述的装置，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器和换能器。

20.根据条款1所述的装置，其中所述信号转换系统用作电磁场的换能器。

21.根据条款20所述的装置，其中所述电磁场的转换至少部分地形成直流电流。

22.根据条款20所述的装置，其中所述电磁场的转换至少部分地形成热。

23.根据条款20所述的装置，其中所述电磁场的转换至少部分地形成声波。

24.根据条款1所述的装置，其中所述一个或多个可调参数在设计阶段是可选择的，以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

25.根据条款24所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个几何参数，且在所述设计阶段选择所述一个或多个几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

26.根据条款25所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

27.根据条款26所述的装置，其中，所述信号包括电磁信号，并且所述材料间隙是电容间隙。

28.根据条款25所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的一个或多个封装的部件的尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

29.根据条款28所述的装置，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述晶胞中的感应线的宽度，并且在所述设计阶段选择所述感应线的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

30.根据条款28所述的装置，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

31.根据条款30所述的装置，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的电容间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述电容间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

32.根据条款25所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括嵌入所述晶胞中的一个或多个封装的部件的外部或内部尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

33.根据条款24所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的非金属夹杂物的一个或多个电磁特性，并且在所述设计阶段选择所述晶胞的所述非金属夹杂物的所述一个或多个特性以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

34.根据条款33所述的装置，其中所述非金属夹杂物是电介质夹杂物。

35.根据条款33所述的装置，其中所述非金属夹杂物是液晶夹杂物。

36.根据条款33所述的装置，其中所述非金属夹杂物是半导体夹杂物。

37.根据条款33所述的装置，其中所述非金属夹杂物是磁性夹杂物。

38.根据条款33所述的装置，其中所述非金属夹杂物被包含作为所述晶胞的非导电本底填充物的一部分。

39.根据条款1所述的装置，其中所述一个或多个可调参数是动态可调节的以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

40.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包含施加到所述晶胞的一个或多个电压相关元件的一个或多个电压，且动态调节所述一个或多个电压以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

41.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个电活性元件的一个或多个电场，且动态调节所述一个或多个电场以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

42.根据条款41所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为半导体元件。

43.根据条款41所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为压电元件。

44.根据条款41所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括电活性聚合物。

45.根据条款41所述的装置，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括液晶。

46.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括施加到与所述晶胞的一个或多个磁活性元件相互作用的一个或多个磁场产生元件的一个或多个电流，以及动态调节所述一个或多个电流以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

47.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个磁场，且动态调节所述一个或多个磁场以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

48.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个几何位移，且动态调节所述一个或多个几何位移以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

49.根据条款39所述的装置，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个可动态调节的几何参数，且动态调节所述晶胞的所述一个或多个可动态调节的几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

50.根据条款49所述的装置，其中，所述晶胞的所述可动态调节的几何参数包括作为所述晶胞的一部分被包括的一个或多个机电系统的操作特性。

51.根据条款1所述的装置，其中所述晶胞是非封装元件。

52.根据条款1所述的装置，其中所述信号转换系统包括多个超材料层，所述多个超材料层包括第一超材料层和第二超材料层。

53.根据条款52所述的装置，其中所述多个超材料层围绕轴线旋转以使所述信号转换系统的光束图案围绕所述轴线旋转。

54.根据条款52所述的装置，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层是波束形成多全息介质。

55.根据条款54所述的装置，其中所述第一超材料层产生具有不同2D切片的3D场分布，所述不同2D切片充当入射到所述第二超材料层上的不同全息图重构光束。

56.根据条款55所述的装置，其中所述第二超材料层存储多个不同的全息图，并且所述不同的全息图可使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的不同的全息图重构光束来检索。

57.根据条款54所述的装置，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位以产生入射到所述第二超材料层上的不同的全息图重构光束，并且其中，所述第二超材料层还存储多个不同的全息图，且所述不同的全息图能使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的所述不同的全息图重构光束检索。

58.根据条款57所述的装置，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括围绕轴线的旋转。

59.根据条款57所述的装置，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括沿一定方向的平移。

60.根据条款52所述的装置，其中所述多个超材料层还包括第三超材料层。

61.根据条款60所述的装置，其中所述第一超材料层和所述第二超材料层共同包括照明图案产生器，并且所述第三超材料层是波束形成多全息介质。

62.根据条款60所述的装置，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层和第三超材料层共同包括波束形成多全息介质。

63.根据条款60所述的装置，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位，并且所述第三超材料层相对于所述第二超材料层移位。

64.根据条款1所述的装置，其中所述信号包含发射功率的波。

65.根据条款1所述的装置，其中，所述信号包括用于通信的波。

66.一种定制用于发送或接收信号的信号转换系统的方法，该方法包括：

针对所述信号识别所述信号转换系统的一个或多个目标辐射图；以及

根据所述一个或多个目标辐射图，调节在形成所述信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的所述晶胞的一个或多个可调参数，其中，所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值。

67.根据条款66所述的方法，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

68.根据条款66所述的方法，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

69.根据条款68所述的方法，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

70.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

71.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

72.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

73.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

74.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

75.根据条款69所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

76.根据条款68所述的方法，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学复阻抗。

77.根据条款76所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

78.根据条款76所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

79.根据条款76所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

80.根据条款66所述的方法，其中所述信号转换系统用作所述信号的发射器。

81.根据条款66所述的方法，其中所述信号转换系统用作所述信号的接收器。

82.根据条款66所述的方法，其中，所述信号转换系统既用作所述信号的发送器又用作接收器。

83.根据条款66所述的方法，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器。

84.根据条款66所述的方法，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器和换能器。

85.根据条款66所述的方法，其中所述信号转换系统用作电磁场的换能器。

86.根据条款85所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成直流电流。

87.根据条款85所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成热。

88.根据条款85所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成声波。

89.根据条款66所述的方法，其中所述一个或多个可调参数在设计阶段是可选择的，以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

90.根据条款89所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个几何参数，且在所述设计阶段选择所述一个或多个几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

91.根据条款90所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

92.根据条款91所述的方法，其中，所述信号包括电磁信号，并且所述材料间隙是电容间隙。

93.根据条款90所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的一个或多个封装的部件的尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

94.根据条款93所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述晶胞中的感应线的宽度，并且在所述设计阶段选择所述感应线的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

95.根据条款93所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

96.根据条款95所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的电容间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述电容间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

97.根据条款90所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括嵌入所述晶胞中的一个或多个封装的部件的外部或内部尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

98.根据条款89所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的非金属夹杂物的一个或多个电磁特性，并且在所述设计阶段选择所述晶胞的所述非金属夹杂物的所述一个或多个特性以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

99.根据条款98所述的方法，其中所述非金属夹杂物是电介质夹杂物。

100.根据条款98所述的方法，其中所述非金属夹杂物是液晶夹杂物。

101.根据条款98所述的方法，其中所述非金属夹杂物是半导体夹杂物。

102.根据条款98所述的方法，其中所述非金属夹杂物是磁性夹杂物。

103.根据条款98所述的方法，其中所述非金属夹杂物被包含作为所述晶胞的非导电本底填充物的一部分。

104.根据条款66所述的方法，其中所述一个或多个可调参数是动态可调节的以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

105.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包含施加到所述晶胞的一个或多个电压相关元件的一个或多个电压，且动态调节所述一个或多个电压以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

106.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个电活性元件的一个或多个电场，且动态调节所述一个或多个电场以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

107.根据条款106所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为半导体元件。

108.根据条款106所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为压电元件。

109.根据条款106所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括电活性聚合物。

110.根据条款106所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括液晶。

111.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包含施加到与所述晶胞的一个或多个磁活性元件相互作用的一个或多个磁场产生元件的一个或多个电流，以及动态调节所述一个或多个电流以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

112.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个磁场，且动态调节所述一个或多个磁场以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

113.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个几何位移，且动态调节所述一个或多个几何位移以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

114.根据条款104所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个可动态调节的几何参数，且动态调节所述晶胞的所述一个或多个可动态调节的几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

115.根据条款114所述的方法，其中，所述晶胞的所述可动态调节的几何参数包括作为所述晶胞的一部分被包括的一个或多个机电系统的操作特性。

116.根据条款66所述的方法，其中所述晶胞是非封装元件。

117.根据条款106所述的方法，其中所述信号转换系统包括多个超材料层，所述多个超材料层包括第一超材料层和第二超材料层。

118.根据条款117所述的方法，其中所述多个超材料层围绕轴线旋转以使所述信号转换系统的光束图案围绕所述轴线旋转。

119.根据条款117所述的方法，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层是波束形成多全息介质。

120.根据条款119所述的方法，其中所述第一超材料层产生具有不同2D切片的3D场分布，所述不同2D切片充当入射到所述第二超材料层上的不同全息图重构光束。

121.根据条款120所述的方法，其中所述第二超材料层存储多个不同的全息图，并且所述不同的全息图可使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的不同的全息图重构光束来检索。

122.根据条款119所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位以产生入射到所述第二超材料层上的不同的全息图重构光束，并且其中，所述第二超材料层还存储多个不同的全息图，且所述不同的全息图能使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的所述不同的全息图重构光束检索。

123.根据条款122所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括围绕轴线的旋转。

124.根据条款122所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括沿一定方向的平移。

125.根据条款117所述的方法，其中所述多个超材料层还包括第三超材料层。

126.根据条款125所述的方法，其中所述第一超材料层和所述第二超材料层共同包括照明图案产生器，并且所述第三超材料层是波束形成多全息介质。

127.根据条款125所述的方法，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层和第三超材料层共同包括波束形成多全息介质。

128.根据条款125所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位，并且所述第三超材料层相对于所述第二超材料层移位。

129.一种制造用于发射或接收信号的信号转换系统的方法，该方法包括：

选择所述信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的所述晶胞的一个或多个可调参数，其中，所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值，以及

根据为所述信号转换系统选择的所述晶胞的所述一个或多个可调参数来制造所述信号转换系统。

130.根据条款129所述的方法，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

131.根据条款129所述的方法，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

132.根据条款131所述的方法，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

133.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

134.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

135.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

136.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

137.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

138.根据条款132所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

139.根据条款131所述的方法，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学阻抗。

140.根据条款139所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

141.根据条款139所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

142.根据条款139所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

143.根据条款129所述的方法，其中所述信号转换系统用作所述信号的发射器。

144.根据条款129所述的方法，其中所述信号转换系统用作所述信号的接收器。

145.根据条款129所述的方法，其中，所述信号转换系统既用作所述信号的发送器又用作接收器。

146.根据条款129所述的方法，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器。

147.根据条款129所述的方法，其中，所述信号转换系统用作电磁场的发射器和换能器。

148.根据条款129所述的方法，其中所述信号转换系统用作电磁场的换能器。

149.根据条款148所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成直流电流。

150.根据条款148所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成热。

151.根据条款148所述的方法，其中所述电磁场的转换至少部分地形成声波。

152.根据条款129所述的方法，其中所述一个或多个可调参数在设计阶段是可选择的，以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

153.根据条款152所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个几何参数，且在所述设计阶段选择所述一个或多个几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

154.根据条款153所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

155.根据条款154所述的方法，其中，所述信号包括电磁信号，并且所述材料间隙是电容间隙。

156.根据条款153所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括所述晶胞中的一个或多个封装的部件的尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

157.根据条款156所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述晶胞中的感应线的宽度，并且在所述设计阶段选择所述感应线的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

158.根据条款156所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的材料间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述材料间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

159.根据条款158所述的方法，其中所述晶胞中的所述一个或多个封装的部件的尺寸包括所述封装的部件中的电容间隙的宽度，并且在所述设计阶段选择所述电容间隙的宽度以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

160.根据条款153所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个几何参数包括嵌入所述晶胞中的一个或多个封装的部件的外部或内部尺寸，并且在所述设计阶段选择所述尺寸以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

161.根据条款152所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的非金属夹杂物的一个或多个电磁特性，并且在所述设计阶段选择所述晶胞的所述非金属夹杂物的所述一个或多个特性以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

162.根据条款161所述的方法，其中所述非金属夹杂物是电介质夹杂物。

163.根据条款161所述的方法，其中所述非金属夹杂物是液晶夹杂物。

164.根据条款161所述的方法，其中所述非金属夹杂物是半导体夹杂物。

165.根据条款161所述的方法，其中所述非金属夹杂物是磁性夹杂物。

166.根据条款161所述的方法，其中所述非金属夹杂物被包含作为所述晶胞的非导电本底填充物的一部分。

167.根据条款129所述的方法，其中所述一个或多个可调参数是动态可调节的以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

168.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包含施加到所述晶胞的一个或多个电压相关元件的一个或多个电压，且动态地调节所述一个或多个电压以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

169.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个电活性元件的一个或多个电场，且动态调节所述一个或多个电场以调节所述晶胞的一个或多个可调阻抗值。

170.根据条款169所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为半导体元件。

171.根据条款169所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件为压电元件。

172.根据条款169所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括电活性聚合物。

173.根据条款169所述的方法，其中所述晶胞的所述一个或多个电活性元件包括液晶。

174.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包含施加到与所述晶胞的一个或多个磁活性元件相互作用的一个或多个磁场产生元件的一个或多个电流，以及动态调节所述一个或多个电流以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

175.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个磁场，且动态调节所述一个或多个磁场以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

176.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括施加到所述晶胞的一个或多个几何位移，且动态调节所述一个或多个几何位移以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

177.根据条款167所述的方法，其中所述一个或多个可调参数包括所述晶胞的一个或多个可动态调节的几何参数，且动态调节所述晶胞的所述一个或多个可动态调节的几何参数以调节所述晶胞的所述一个或多个可调阻抗值。

178.根据条款177所述的方法，其中，所述晶胞的所述可动态调节的几何参数包括作为所述晶胞的一部分被包括的一个或多个机电系统的操作特性。

179.根据条款129所述的方法，其中所述晶胞是非封装元件。

180.根据条款129所述的方法，其中所述信号转换系统包括多个超材料层，所述多个超材料层包括第一超材料层和第二超材料层。

181.根据条款180所述的方法，其中所述多个超材料层围绕轴线旋转以使所述信号转换系统的光束图案围绕所述轴线旋转。

182.根据条款180所述的方法，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层是波束形成多全息介质。

183.根据条款182所述的方法，其中所述第一超材料层产生具有不同2D切片的3D场分布，所述不同2D切片充当入射到所述第二超材料层上的不同全息图重构光束。

184.根据条款183所述的方法，其中所述第二超材料层存储多个不同的全息图，并且所述不同的全息图可使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的不同的全息图重构光束来检索。

185.根据条款182所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位以产生入射到所述第二超材料层上的不同的全息图重构光束，并且其中，所述第二超材料层还存储多个不同的全息图，且所述不同的全息图能使用入射在所述第二超材料层上并由所述第一超材料层产生的所述不同的全息图重构光束检索。

186.根据条款185所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括围绕轴线的旋转。

187.根据条款185所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层的位移包括沿一定方向的平移。

188.根据条款180所述的方法，其中所述多个超材料层还包括第三超材料层。

189.根据条款188所述的方法，其中所述第一超材料层和所述第二超材料层共同包括照明图案产生器，并且所述第三超材料层是波束形成多全息介质。

190.根据条款188所述的方法，其中所述第一超材料层是照明图案产生器，且所述第二超材料层和第三超材料层共同包括波束形成多全息介质。

191.根据条款188所述的方法，其中所述第二超材料层相对于所述第一超材料层移位，并且所述第三超材料层相对于所述第二超材料层移位。

192.一种用于发送或接收信号的装置，其包括：

信号转换系统，其包括相互作用的晶胞的布置，其中每个晶胞具有一个或多个可调参数，所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值，其中，根据定义所述信号转换系统的一个或多个目标辐射图或场图的一个或多个目标调谐矢量来调节所述一个或多个可调参数。

193.根据条款192所述的装置，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

194.根据条款192所述的装置，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

195.根据条款194所述的装置，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

196.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

197.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

198.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

199.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

200.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

201.根据条款195所述的装置，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

202.根据条款194所述的装置，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学复阻抗。

203.根据条款202所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

204.根据条款202所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

205.根据条款202所述的装置，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

206.根据条款192所述的装置，其中所述一个或多个目标调谐矢量中的目标调谐矢量通过以下方式识别：

基于一系列调谐矢量，对所述晶胞中的所述一个或多个晶胞的一个或多个阻抗进行调制；

为每个调谐矢量在参考点处指定参考信号幅值；

基于每个调谐矢量的所述参考信号幅值，确定与系统的至少一部分外接的参考点阵列的场幅值；以及基于所述场幅值确定所述目标调谐矢量。

207.根据条款206所述的装置，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括：利用由模拟场源根据规范提供的参考信号幅值来模拟所述信号转换系统。

208.根据条款206所述的装置，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括利用由场发生器根据所述规范提供的所述参考信号幅值来测量所述信号转换系统的所述场幅值。

209.根据条款206所述的装置，其中基于在所述信号转换系统处接收到的参考信号来测量每个调谐矢量的所述参考信号幅值。

210.根据条款206所述的装置，其中，所述参考点阵列的所述场幅值是从虚拟端口的场幅值的散射矩阵(S-矩阵)确定的，所述散射矩阵通过所述参考点对信号转换系统进行建模。

211.根据条款210所述的装置，其中，所述参考点阵列包括所述信号转换系统的所述晶胞中的一个或多个晶胞，并且其中确定所述参考点阵列的所述场幅值还包括：

基于与每个调谐矢量相关联的所述S矩阵的值来确定所述晶胞的复场幅值，其中，所述S矩阵值是被定义为不同参考点处的复场幅值之比的S参数。

212.根据条款211所述的装置，其中确定所述复场幅值还包括：

从预定的相互作用的矩阵(Y矩阵)和样本调节矢量根据下式确定所述S矩阵值：

其中，所述可调调谐矢量z(转换为对角矩阵z)是所述样本调谐矢量的预定矢量函数。

213.根据条款212所述的装置，其中所述预定相互作用的矩阵由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

214.根据条款212所述的装置，其中所述调谐矢量的所述预定矢量函数由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

215.根据条款212所述的装置，其中，所述调谐矢量的所述预定矢量函数由包括所述相互作用的晶胞的所述布置的每个晶胞的一系列数值模型来预定。

216.根据条款206所述的装置，其中所述参考点阵列基于每(λ/2)²一个参考点的奈奎斯特采样密度定义外接所述信号转换系统的表面。

217.根据条款192所述的装置，其中所述一个或多个可调参数进一步根据所述信号转换系统的最佳配置来调节。

218.根据条款217所述的装置，其中所述信号转换系统的所述最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中，大部分的所述晶胞包括几何上相同的晶胞的周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应相互作用的矩阵的晶胞网络；

使用所述晶胞网络的相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值，估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应，相对于性能指标来确定所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的最佳配置包括已作为所述唯一编号的晶胞建模的所述晶胞的阻抗。

219.根据条款218所述的装置，其中，使用所述信号转换系统的周期性来近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵。

220.根据条款219所述的装置，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括将所述晶胞组织成周期性的晶胞和一个或多个唯一的晶胞，使得所有周期性的晶胞都属于具有相同几何形状的晶胞。

221.根据条款220所述的装置，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟具有所述晶胞中的一个晶胞来近似对应于所述周期性晶胞的矩阵的对角元素，其中周期性边界条件应用于所述一个晶胞。

222.根据条款220所述的装置，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述晶胞的可周期性重复的晶胞组来近似于与所述周期性的晶胞相对应的矩阵的对角元素，所述晶胞应用于所述可周期性重复的晶胞组。

223.根据条款222所述的装置，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括与所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞紧邻的所有晶胞。

224.根据条款222所述的装置，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞的所有晶胞。

225.根据条款222所述的装置，其中对应于所述周期性的晶胞的对角元素被假定为彼此相等，并且对于所述周期性的晶胞中的一个仅被估计一次。

226.根据条款220所述的装置，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述系统的可周期性重复的晶胞组来近似与周期性的晶胞“m”和“n”之间的耦合对应的矩阵的非对角元素(m，n)，周期性的晶胞“m”和“n”都属于所述系统，其中周期性边界条件应用于晶胞组。

227.根据条款226所述的装置，其中，晶胞组包括与所选择的晶胞紧邻的所有晶胞。

228.根据条款226所述的装置，其中晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所选的晶胞的所有晶胞。

229.根据条款226所述的装置，其中对应于作为周期性平移的特定配置的几何配置中的元素之间的耦合的所述矩阵的所有非对角元素被假定全部彼此相等，并且对于每个唯一的耦合配置仅被估计一次。

230.根据条款220所述的装置，其中，近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括：对于所述唯一的晶胞中的每一个，通过模拟整个晶胞网络来近似与所述唯一的晶胞中的任何晶胞相关联的矩阵的对角元素和非对角元素。

231.根据条款220所述的装置，其中所述一个或多个唯一的晶胞被编号，使得对应的唯一的晶胞形成所述S-矩阵内的唯一的晶胞块，其中所述唯一的晶胞块是自包含在所述S-矩阵内的。

232.根据条款220所述的装置，其中，对所述周期性的晶胞进行编号，使得对应的周期性的晶胞形成所述S矩阵内的周期性的晶胞块，其中，所述周期性的晶胞块是自包含在所述S矩阵内并且与S矩阵的唯一的晶胞块是分开的。

233.根据条款220所述的装置，其中所述周期性的晶胞是基于相同的晶胞阵列中的所述晶胞的几何位置来识别的。

234.根据条款233所述的装置，其中，所述周期性的晶胞是基于与所述唯一的晶胞中的任一个或与包括所述阵列的边缘的晶胞相距至少一个相互作用的半径来识别的。

235.根据条款234所述的装置，其中所述相互作用的半径被定义为三个晶胞直径。

236.根据条款234所述的装置，其中所述一个或多个唯一的晶胞是从未被分类为所述周期性的晶胞的晶胞阵列中的其余晶胞识别的。

237.根据条款219所述的装置，其中所述信号转换系统的周期性在一维上是周期性的。

238.根据条款219所述的装置，其中，所述信号转换系统的周期性在二维上是周期性的，以形成二维周期性布置。

239.根据条款238所述的装置，其中所述二维周期性布置包括矩形晶格。

240.根据条款238所述的装置，其中所述二维周期性布置包括三角晶格。

241.根据条款238所述的装置，其中所述二维周期性布置包括六边形晶格。

242.根据条款219所述的装置，其中所述信号转换系统的周期性在三个维度上是周期性的，以形成三维周期性布置。

243.根据条款242所述的装置，其中所述三维周期性布置包括三维布拉菲晶格中的一种。

244.根据条款217所述的装置，其中所述信号转换系统的最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中所述晶胞中的相当大一部分包括几何上相同的晶胞的非周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应的相互作用的矩阵的晶胞网络；

近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵；

使用所述晶胞网络的近似相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应来确定相对于所述性能指标的所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的所述最佳配置包括已建模作为所述唯一编号的晶胞的所述晶胞的阻抗。

245.一种定制用于发送或接收信号的信号转换系统的方法，该方法包括：

针对所述信号识别所述信号转换系统的一个或多个目标辐射图；以及

根据定义信号传导系统的包括一个或多个目标辐射图的场图案的一个或多个目标调谐矢量，调节在形成所述信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的所述晶胞的一个或多个可调参数，其中，所述一个或多个可调参数能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值。

246.根据条款245所述的方法，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

247.根据条款245所述的方法，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

248.根据条款247所述的方法，其中，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

249.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

250.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

251.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

252.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

253.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

254.根据条款248所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

255.根据条款247所述的方法，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学复阻抗。

256.根据条款255所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

257.根据条款255所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

258.根据条款255所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

259.根据条款245所述的方法，其中所述一个或多个目标调谐矢量中的目标调谐矢量通过以下方式识别：

基于一系列调谐矢量，对所述晶胞中的所述一个或多个晶胞的一个或多个阻抗进行调制；

为每个调谐矢量在参考点处指定参考信号幅值；

基于每个调谐矢量的所述参考信号幅值，确定与系统的至少一部分外接的参考点阵列的场幅值；以及

基于所述场幅值确定所述目标调谐矢量。

260.根据条款259所述的方法，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括：利用由模拟场源根据规范提供的参考信号幅值来模拟所述信号转换系统。

261.根据条款259所述的方法，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括利用由场发生器根据所述规范提供的所述参考信号幅值来测量所述信号转换系统的所述场幅值。

262.根据条款259所述的方法，其中基于在所述信号转换系统处接收到的参考信号来测量每个调谐矢量的所述参考信号幅值。

263.根据条款259所述的方法，其中，所述参考点阵列的所述场幅值是从虚拟端口的场幅值的散射矩阵(S-矩阵)确定的，所述散射矩阵通过所述参考点对信号转换系统进行建模。

264.根据条款263所述的方法，其中，所述参考点阵列包括所述信号转换系统的所述晶胞中的一个或多个晶胞，并且其中确定所述参考点阵列的所述场幅值还包括：

基于与每个调谐矢量相关联的所述S矩阵的值来确定所述晶胞的复场幅值，其中，所述S矩阵值是被定义为不同参考点处的复场幅值之比的S参数。

265.根据条款264所述的方法，其中确定所述复场幅值还包括：

从预定的相互作用的矩阵(Y矩阵)和样本调节矢量根据下式确定所述S矩阵值：

其中，所述可调调谐矢量z(转换为对角矩阵z)是所述样本调谐矢量的预定矢量函数。

266.根据条款265所述的方法，其中所述预定相互作用的矩阵由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

267.根据条款265所述的方法，其中所述调谐矢量的所述预定矢量函数由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

268.根据条款265所述的方法，其中，所述调谐矢量的所述预定矢量函数由包括所述相互作用的晶胞的所述布置的每个晶胞的一系列数值模型来预定。

269.根据条款259所述的方法，其中所述参考点阵列基于每(λ/2)²一个参考点的奈奎斯特采样密度定义外接所述信号转换系统的表面。

270.根据条款245所述的方法，其中所述一个或多个可调参数进一步根据所述信号转换系统的最佳配置来调节。

271.根据条款270所述的方法，其中所述信号转换系统的所述最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中，大部分的所述晶胞包括几何上相同的晶胞的周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应相互作用的矩阵的晶胞网络；

使用所述晶胞网络的相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值，估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应，相对于性能指标来确定所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的最佳配置包括已作为所述唯一编号的晶胞建模的所述晶胞的阻抗。

272.根据条款271所述的方法，其中，使用所述信号转换系统的周期性来近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵。

273.根据条款272所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括将所述晶胞组织成周期性的晶胞和一个或多个唯一的晶胞，使得所有周期性的晶胞都属于具有相同几何形状的晶胞。

274.根据条款273所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟具有所述晶胞中的一个晶胞来近似对应于所述周期性的晶胞的矩阵的对角元素，其中周期性边界条件应用于所述一个晶胞。

275.根据条款273所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述晶胞的可周期性重复的晶胞组来近似于与所述周期性的晶胞相对应的矩阵的对角元素，所述晶胞应用于所述可周期性重复的晶胞组。

276.根据条款275所述的方法，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括与所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞紧邻的所有晶胞。

277.根据条款275所述的方法，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞的所有晶胞。

278.根据条款275所述的方法，其中对应于所述周期性的晶胞的对角元素被假定为彼此相等，并且对于所述周期性的晶胞中的一个仅被估计一次。

279.根据条款275所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述系统的可周期性重复的晶胞组来近似与周期性的晶胞“m”和“n”之间的耦合对应的矩阵的非对角元素(m，n)，周期性的晶胞“m”和“n”都属于所述系统，其中周期性边界条件应用于晶胞组。

280.根据条款279所述的方法，其中，晶胞组包括与所选择的晶胞紧邻的所有晶胞。

281.根据条款279所述的方法，其中晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所选的晶胞的所有晶胞。

282.根据条款279所述的方法，其中对应于作为周期性平移的特定配置的几何配置中的元素之间的耦合的所述矩阵的所有非对角元素被假定全部彼此相等，并且对于每个唯一的耦合配置仅被估计一次。

283.根据条款273所述的方法，其中，近似于所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括：对于所述唯一的晶胞中的每一个，通过模拟整个晶胞网络来近似与所述唯一的晶胞中的任何晶胞相关联的矩阵的对角元素和非对角元素。

284.根据条款273所述的方法，其中所述一个或多个唯一的晶胞被编号，使得对应的唯一的晶胞形成所述S-矩阵内的唯一的晶胞块，其中所述唯一的晶胞块是自包含在所述S-矩阵内的。

285.根据条款273所述的方法，其中，对所述周期性的晶胞进行编号，使得对应的周期性的晶胞形成所述S矩阵内的周期性的晶胞块，其中，所述周期性的晶胞块是自包含在所述S矩阵内并且与S矩阵的唯一的晶胞块是分开的。

286.根据条款273所述的方法，其中所述周期性的晶胞是基于相同的晶胞阵列中的所述晶胞的几何位置来识别的。

287.根据条款286所述的方法，其中，所述周期性的晶胞是基于与所述唯一的晶胞中的任一个或与包括所述阵列的边缘的晶胞相距至少一个相互作用的半径来识别的。

288.根据条款287所述的方法，其中所述相互作用的半径被定义为三个晶胞直径。

289.根据条款288所述的方法，其中所述一个或多个唯一的晶胞是从未被分类为所述周期性的晶胞的晶胞阵列中的其余晶胞识别的。

290.根据条款272所述的方法，其中所述信号转换系统的周期性在一维上是周期性的。

291.根据条款272所述的方法，其中，所述信号转换系统的周期性在二维上是周期性的，以形成二维周期性布置。

292.根据条款291所述的方法，其中所述二维周期性布置包括矩形晶格。

293.根据条款291所述的方法，其中所述二维周期性布置包括三角晶格。

294.根据条款291所述的方法，其中所述二维周期性布置包括六边形晶格。

295.根据条款272所述的方法，其中所述信号转换系统的周期性在三个维上是周期性的，以形成三维周期性布置。

296.根据条款295所述的方法，其中所述三维周期性布置包括三维布拉菲晶格中的一种。

297.根据条款270所述的方法，其中所述信号转换系统的最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中所述晶胞中的相当大一部分包括几何上相同的晶胞的非周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应的相互作用的矩阵的晶胞网络；

近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵；

使用所述晶胞网络的近似相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应来确定相对于所述性能指标的所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的所述最佳配置包括已建模作为所述唯一编号的晶胞的所述晶胞的阻抗。

298.一种制造用于发射或接收信号的信号转换系统的方法，该方法包括：

选择所述信号转换系统的相互作用的晶胞的布置中的所述晶胞的一个或多个可调参数，其中，所述一个或多个可调参数根据定义信号转换系统的一个或多个目标辐射或场图案的一个或多个目标调谐矢量能调节以实现所述晶胞的在一个或多个操作频率中的每一个频率下的一个或多个可调阻抗值，并且在所述相互作用的晶胞的所述布置内的所述晶胞的所述相互作用能通过相互作用的矩阵来描述，所述相互作用的矩阵大致独立于所述晶胞的所述可调阻抗值，以及

根据为所述信号转换系统选择的所述晶胞的所述一个或多个可调参数来制造所述信号转换系统。

299.根据条款298所述的方法，其中，所述信号包括连续波(CW)信号。

300.根据条款298所述的方法，其中所述一个或多个可调阻抗值中的每一阻抗值对应于针对所述晶胞中的在一个或多个操作频率中的一个频率下的每一晶胞的一或多个模式中的频域模式。

301.根据条款300所述的方法，其中，其中，所述信号包括电磁波，并且所述可调阻抗值是电气复阻抗。

302.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在无线电频带内。

303.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在微波频带内。

304.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在毫米频带内。

305.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在太赫兹频带内。

306.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在红外光谱内。

307.根据条款301所述的方法，其中所述一个或多个操作频率是在光学频谱内。

308.根据条款300所述的方法，其中，所述信号包括声波，并且所述可调阻抗值是声学复阻抗。

309.根据条款308所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在所述可听声频带(16Hz-20kHz)中。

310.根据条款308所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在超声频带(20kHz-100MHz)中。

311.根据条款310所述的方法，其中所述一个或多个操作频率在特超声频带(100MHz-100GHz)中。

312.根据条款298所述的方法，其中所述一个或多个目标调谐矢量中的目标调谐矢量通过以下方式识别：

基于一系列调谐矢量，对所述晶胞中的所述一个或多个晶胞的一个或多个阻抗进行调制；

为每个调谐矢量在参考点处指定参考信号幅值；

基于每个调谐矢量的所述参考信号幅值，确定与系统的至少一部分外接的参考点阵列的场幅值；以及

根据所述场幅值确定所述目标调谐矢量。

313.根据条款312所述的方法，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括：利用由模拟场源根据规范提供的参考信号幅值来模拟所述信号转换系统。

314.根据条款312所述的方法，其中，所述确定参考点阵列的所述场幅值包括利用由场发生器根据所述规范提供的所述参考信号幅值来测量所述信号转换系统的所述场幅值。

315.根据条款312所述的方法，其中基于在所述信号转换系统处接收到的参考信号来测量每个调谐矢量的所述参考信号幅值。

316.根据条款312所述的方法，其中，所述参考点阵列的所述场幅值是从虚拟端口的场幅值的散射矩阵(S-矩阵)确定的，所述散射矩阵通过所述参考点对信号转换系统进行建模。

317.根据条款316所述的方法，其中，所述参考点阵列包括所述信号转换系统的所述晶胞中的一个或多个晶胞，并且其中确定所述参考点阵列的所述场幅值还包括：

基于与每个调谐矢量相关联的所述S矩阵的值来确定所述晶胞的复场幅值，其中，所述S矩阵值是被定义为不同参考点处的复场幅值之比的S参数。

318.根据条款317所述的方法，其中确定所述复场幅值还包括：

从预定的相互作用的矩阵(Y矩阵)和样本调节矢量根据下式确定所述S矩阵值：

其中，所述可调调谐矢量z(转换为对角矩阵z)是所述样本调谐矢量的预定矢量函数。

319.根据条款318所述的方法，其中所述预定相互作用的矩阵由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

320.根据条款318所述的方法，其中所述调谐矢量的所述预定矢量函数由所述相互作用的晶胞的所述布置的数值模型来预定。

321.根据条款318所述的方法，其中，所述调谐矢量的所述预定矢量函数由包括所述相互作用的晶胞的所述布置的每个晶胞的一系列数值模型来预定。

322.根据条款312所述的方法，其中所述参考点阵列基于每(λ/2)²一个参考点的奈奎斯特采样密度定义外接所述信号转换系统的表面。

323.根据条款298所述的方法，其中所述一个或多个可调参数进一步根据所述信号转换系统的最佳配置来调节。

324.根据条款323所述的方法，其中所述信号转换系统的所述最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中，大部分的所述晶胞包括几何上相同的晶胞的周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应相互作用的矩阵的晶胞网络；

使用所述晶胞网络的相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值，估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应，相对于性能指标来确定所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的最佳配置包括已作为所述唯一编号的晶胞建模的所述晶胞的阻抗。

325.根据条款324所述的方法，其中，使用所述信号转换系统的周期性来近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵。

326.根据条款325所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括将所述晶胞组织成周期性的晶胞和一个或多个唯一的晶胞，使得所有周期性的晶胞都属于具有相同几何形状的晶胞。

327.根据条款326所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟具有所述晶胞中的一个晶胞来近似对应于所述周期性的晶胞的矩阵的对角元素，其中周期性边界条件应用于所述一个晶胞。

328.根据条款326所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述晶胞的可周期性重复的晶胞组来近似于与所述周期性的晶胞相对应的矩阵的对角元素，所述晶胞应用于所述可周期性重复的晶胞组。

329.根据条款328所述的方法，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括与所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞紧邻的所有晶胞。

330.根据条款328所述的方法，其中，所述可周期性重复的晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所述可周期性重复的晶胞组中的所选晶胞的所有晶胞。

331.根据条款328所述的方法，其中对应于所述周期性的晶胞的对角元素被假定为彼此相等，并且对于所述周期性的晶胞中的一个仅被估计一次。

332.根据条款326所述的方法，其中近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括通过模拟所述系统的可周期性重复的晶胞组来近似与周期性的晶胞“m”和“n”之间的耦合对应的矩阵的非对角元素(m，n)，周期性的晶胞“m”和“n”都属于所述系统，其中周期性边界条件应用于晶胞组。

333.根据条款332所述的方法，其中，晶胞组包括与所选择的晶胞紧邻的所有晶胞。

334.根据条款332所述的方法，其中晶胞组包括比根据经验选择的相互作用的半径更接近于所选的晶胞的所有晶胞。

335.根据条款332所述的方法，其中对应于作为周期性平移的特定配置的几何配置中的元素之间的耦合的所述矩阵的所有非对角元素被假定全部彼此相等，并且对于每个唯一的耦合配置仅被估计一次。

336.根据条款326所述的方法，其中，近似于所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵包括：对于所述唯一的晶胞中的每一个，通过模拟整个晶胞网络来近似与所述唯一的晶胞中的任何晶胞相关联的矩阵的对角元素和非对角元素。

337.根据条款326所述的方法，其中所述一个或多个唯一的晶胞被编号，使得对应的唯一的晶胞形成所述S-矩阵内的唯一的晶胞块，其中所述唯一的晶胞块是自包含在所述S-矩阵内的。

338.根据条款326所述的方法，其中，对所述周期性的晶胞进行编号，使得对应的周期性的晶胞形成所述S矩阵内的周期性的晶胞块，其中，所述周期性的晶胞块是自包含在所述S矩阵内并且与S矩阵的唯一的晶胞块是分开的。

339.根据条款326所述的方法，其中所述周期性的晶胞是基于相同的晶胞阵列中的所述晶胞的几何位置来识别的。

340.根据条款339所述的方法，其中，所述周期性的晶胞是基于与所述唯一的晶胞中的任一个或与包括所述阵列的边缘的晶胞相距至少一个相互作用的半径来识别的。

341.根据条款340所述的方法，其中所述相互作用的半径被定义为三个晶胞直径。

342.根据条款341所述的方法，其中所述一个或多个唯一的晶胞是从未被分类为所述周期性的晶胞的晶胞阵列中的其余晶胞识别的。

343.根据条款325所述的方法，其中所述信号转换系统的周期性在一维上是周期性的。

344.根据条款325所述的方法，其中，所述信号转换系统的周期性在二维上是周期性的，以形成二维周期性布置。

345.根据条款344所述的方法，其中所述二维周期性布置包括矩形晶格。

346.根据条款344所述的方法，其中所述二维周期性布置包括三角晶格。

347.根据条款344所述的方法，其中所述二维周期性布置包括六边形晶格。

348.根据条款325所述的方法，其中所述信号转换系统的周期性在三个维上是周期性的，以形成三维周期性布置。

349.根据条款348所述的方法，其中所述三维周期性布置包括三维布拉菲晶格中的一种。

350.根据条款323所述的方法，其中所述信号转换系统的最佳配置通过以下方式确定：

识别所述信号转换系统的性能指标，其中所述晶胞中的相当大一部分包括几何上相同的晶胞的非周期性布置；

将所述晶胞模拟为唯一编号的晶胞；

将所述信号转换系统表征为具有相应的相互作用的矩阵的晶胞网络；

近似所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵；

使用所述晶胞网络的近似相互作用的矩阵和所述晶胞的特性阻抗值估计所述晶胞网络的S矩阵；

使用所述晶胞网络的所述S矩阵来量化所述性能指标；以及

使用所述晶胞网络的所述相互作用的矩阵，根据所述信号转换系统对可变阻抗的响应来确定相对于所述性能指标的所述信号转换系统的所述最佳配置，所述信号转换系统的所述最佳配置包括已建模作为所述唯一编号的晶胞的所述晶胞的阻抗。