使用毫米波超材料测量扭矩的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2019年10月3日提交的美国专利申请序列号16/591,806的部分继续，其通过引用并入本文，就如同在此进行完全阐述。

本公开一般涉及一种扭矩测量系统以及一种用于测量可旋转物体的扭矩的方法。

背景技术：

车辆具有安全、车身和动力总成等众多应用，这些应用依赖于速度感测、位置感测和/或角度感测、以及扭矩测量。例如，在车辆的电子稳定程序(eps)中，磁性角度传感器和线性霍尔传感器可以用于测量转向角度和转向扭矩。现代动力总成系统可以依靠用于凸轮轴、曲轴和变速器应用的磁性速度传感器以及汽车压力传感器，以实现所需co2目标和智能动力总成解决方案。然而，已知解决方案的缺点是它们对磁干扰敏感。

电磁干扰场在车辆中很普遍，使得磁角测量通常必须承受恶劣环境。这在混合动力车辆和电动车辆中尤其成问题，在混合动力车辆和电动车辆中，许多具有高电流的导线位于传感器系统附近。因此，可以通过车辆中的电流轨生成外部磁干扰场，其会影响磁角测量的准确性。因此，可以被需要的是一种对电磁杂散场具有鲁棒性的扭矩测量传感器。

技术实现要素：

实施例提供了一种扭矩测量系统，包括：第一可旋转载台结构，机械耦合到旋转轴，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线旋转；第二可旋转载台结构，机械耦合到旋转轴，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线旋转，其中第二可旋转载台结构与第一可旋转载台结构隔开；第一超材料轨道，机械耦合到第一可旋转载台结构，其中第一超材料轨道包括第一基本结构阵列；第二超材料轨道，机械耦合到第一可旋转载台结构，其中该第二超材料轨道包括第二基本结构阵列；第三超材料轨道，机械耦合到第二可旋转载台结构，其中第三超材料轨道包括第三基本结构阵列，当向旋转轴施加零扭矩时，第三基本结构阵列相对于第一基本结构阵列在第一圆周方向上几何偏移；以及第四超材料轨道，机械耦合到第二可旋转载台结构，其中第四超材料轨道包括第四基本结构阵列，当向旋转轴施加零扭矩时，第四基本结构阵列相对于第二基本结构阵列在第二圆周方向上几何偏移，该第二圆周方向与第一圆周方向相反。第一超材料轨道和第三超材料轨道通过第一扭矩相关耦合彼此相互耦合，从而形成第一相互耦合结构。第二超材料轨道和第四超材料轨道通过第二扭矩相关耦合彼此相互耦合，从而形成第二相互耦合结构。

实施例提供一种确定施加到可旋转轴的扭矩的方法。该方法包括：向机械耦合到可旋转轴的第一相互耦合结构和第二相互耦合结构发射电磁发射信号；通过第一相互耦合多轨道结构，将电磁发射信号中的第一个电磁发射信号转换为第一电磁接收信号；通过第二相互耦合多轨道结构，将电磁发射信号中的第二个电磁发射信号转换为第二电磁接收信号；以时分多路复用方式接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号；评估所接收的第一电磁接收信号和所接收的第二电磁接收信号；并且基于所评估的第一电磁接收信号和所评估的第二电磁接收信号，来确定施加到可旋转轴的扭矩。

实施例提供了一种扭矩测量系统，包括：第一可旋转载台结构，机械耦合到旋转轴，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线旋转；第二可旋转载台结构，机械耦合到旋转轴，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线旋转，其中第二可旋转载台结构与第一可旋转载台结构隔开；第一相互耦合结构，包括机械耦合到第一可旋转载台结构的第一轨道和机械耦合到第二可旋转载台结构的第二轨道，其中第一轨道和第二轨道通过第一扭矩相关耦合而被耦合在一起；第二相互耦合结构，包括机械耦合到第一可旋转载台结构的第三轨道和机械耦合到第二可旋转载台结构的第四轨道，其中第三轨道和第四轨道通过第二扭矩相关耦合而被耦合在一起。响应于旋转轴的旋转，第一扭矩相关耦合被配置为增加而第二扭矩相关耦合被配置为减小。

附图说明

本文中参考附图对实施例进行描述。

图1图示了根据一个或多个实施例的多个可能基本结构；

图2a和图2b图示了根据一个或多个实施例的毫米波超材料轨道的一段；

图3a至图3g图示了根据一个或多个实施例的超材料的基本结构的不同布置或图案；

图4a是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统的示意图；

图4b是根据一个或多个实施例的另一扭矩测量系统的示意图；

图4c是根据一个或多个实施例的另一扭矩测量系统的示意图；

图5是图示了根据一个或多个实施例的收发器的收发器电路的框图；

图6a至图6d是根据一个或多个实施例的在扭矩测量系统中的各种天线配置的示意图；

图7是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统的截面图；

图8是根据一个或多个实施例的另一扭矩测量系统的截面图；

图9是根据一个或多个实施例的另一扭矩测量系统的截面图；

图10是根据一个或多个实施例的另一扭矩测量系统的截面图；

图11示出了根据一个或多个上述实施例形成的两个相互耦合结构；

图12示出了部分由图11所示的相互耦合结构形成的连续相互耦合结构；以及

图13a至图13c示出了根据一个或多个实施例的收发器的各种天线布置的示意图。

具体实施方式

以下参照附图，对各种实施例进行详细描述。给出这些实施例仅出于说明性目的，并且不应解释为具有限制性。例如，虽然实施例可以被描述为包括多个特征或元件，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些特征或元件可以被省略，和/或可以使用备选特征或元件代替。在其他实施例中，可以提供除了明确示出或描述的特征或元件之外的其他特征或元件。另外，除非另外特别指出，否则下文所描述的不同实施例的特征可以彼此组合以形成其他实施例。例如，除非另外特别指出，否则关于实施例中的一个实施例所描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。

因而，虽然其他示例能够进行各种修改形式和备选形式，但是其一些特定示例在附图中示出，随后进行详细描述。然而，该具体实施方式不会将其他示例局限于所描述的特定形式。其他示例可以覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同形式和备选形式。

进一步地，在以下描述中使用等同附图标记或相同附图标记表示等同元件或相似元件或具有等同功能或相似功能的等同元件或相似元件。由于在附图中相同元件或功能等同元件被赋予相同的附图标记，所以可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，为具有相同附图标记或相似附图标记的元件提供的描述可以相互交换。

每当使用诸如“一”、“一个”和“该”之类的单数形式并且仅使用单个元件都没有明确定义或隐式定义为强制性时，其他示例也可以使用多个元件来实现相同功能。同样，当功能随后被描述为使用多个元件来实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同功能。还应当理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”当使用时指定存在所述特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组。

应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则不存在中间元件。应当以类似方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在本文中所描述的或在附图中所示出的实施例中，任何直接电连接或耦合(即，没有附加中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，与一个或多个附加中间元件的连接或耦合)来实现，反之亦然。只要基本上维持例如用于发射某种信号或某种信息的连接或耦合的通用目的即可。

附图应当被视为示意图，并且附图中所图示的元件不必按比例示出。相反，表示各种元件，使得它们的功能和通用目的对于本领域技术人员而言是显而易见的。在附图中所示出的或在本文中所描述的功能块、设备、部件或其他物理单元或功能单元之间的任何连接或耦合也可以通过间接连接或耦合来实现。功能块可以以硬件、固件、软件或其组合来实现。

各个实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获得关于传感器和传感器系统的信息。传感器可以是指将带测量物理数量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。一般而言，物理数量可以例如包括磁场、电场、无线电波、压力、力、电流、或电压，但不限于此。如本文中所描述的，传感器设备可以是角度传感器、线性位置传感器、速度传感器、运动传感器等。

传感器电路可以被称为信号处理电路和/或信号调节电路，其从一个或多个传感器元件接收形式为原始测量数据的一个或多个信号(即，传感器信号)，并且根据传感器信号中得出代表物理数量的测量信号。

应当领会，在整个说明书中，术语“传感器”、“传感器元件”、以及“感测元件”可以互换使用，术语“传感器信号”和“测量信号”还可以在整个描述中互换使用。

如本文中所使用的，信号调节是指操纵模拟信号，使得信号满足下一阶段的要求以供进一步处理。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离、以及使传感器输出适合于调节后的处理所需的任何其他过程。

因此，传感器电路可以包括模数转换器(adc)，该模数转换器将来自一个或多个传感器元件的模拟信号转换为数字信号。传感器电路还可以包括数字信号处理器(dsp)，其对数字信号执行一些处理。因此，传感器封装可以包括电路，其经由信号处理和/或调节来调节和放大传感器元件的小信号。

如本文中所使用的，传感器设备可以是指包括如上文所描述的传感器和传感器电路的设备。尽管在其他实施例中，可以使用多个管芯来实现传感器设备，但是传感器设备可以集成在单个半导体管芯(例如，硅管芯或芯片)上。因此，传感器和传感器电路设置在同一半导体管芯上或在同一封装中的多个管芯上。例如，传感器可以位于一个管芯上，而传感器电路可以位于另一管芯上，使得它们在封装内彼此电连接。在这种情况下，管芯可以由相同或不同的半导体材料(诸如gaas和si)组成，或者传感器可以溅射到不是半导体的陶瓷薄片或玻璃薄片上。

下文在包括毫米波发射器、毫米波接收器和/或毫米波收发器的毫米波(mm波)传感器和毫米波系统的背景下对实施例进行讨论。毫米波是在30吉赫兹(ghz)至300ghz的电磁频谱的无线电频带中指定的无线电波，也可以用作雷达波。因此，本文中所描述的毫米波传感器、系统、发射器、接收器或收发器也可以被视为雷达传感器、系统、发射器、接收器或收发器，并且毫米波可以被视为雷达信号。然而，应当自出，实施例还可以应用于不同于雷达的应用，诸如例如，rf通信设备的射频(rf)发射器、接收器或收发器。实际上，任何rf电路都可以利用本文中所描述的概念。毫米波传感器或毫米波系统可以被配置为角度传感器、线性位置传感器、速度传感器、运动传感器等。

超材料是经过工程设计以具有天然材料中未发现的特性的材料。它们由多种结构元件的组件制成，这些组件由诸如金属或塑料之类的复合材料制作。材料可以以小于它们影响的现象的波长的尺度以重复图案或周期图案来布置。换句话说，超材料通过并入亚波长尺寸的结构元件(即，实际上小于它们影响的电磁波的波长的特征)而获得期望效果。

结果，超材料不一定从基础材料的特性中而是从其设计结构中获得其特性。结构元件的精确形状、几何形状、尺寸、方位、以及布置使超材料具有能够通过阻挡、反射、吸收、增强或弯曲波操纵电磁波以获得益处的智能特性。因此，超材料被定义为一种人造复合材料，其从其精确设计的结构及其布置中获得了电特性，而非从构成该超材料的材料直接延续电特性。

超材料可以是较大异质结构和元件组的子集，这些异质结构由基础固体材料组成，并且元件由不同材料组成。超材料的区别在于它们在有限频段内具有特殊(有时为异常)特性。例如，毫米波超材料可以在毫米带内表现出特殊特性，该毫米带是上文所指出的介于30ghz与300ghz之间的光谱带。

在所描述的实施例的背景中，超材料是彼此耦合的二维(2d)基本结构阵列或三维(3d)基本结构阵列。如本文中所使用的，“基本结构”可以被称为离散结构、元件结构、或其组合。在一些情况下，基本结构可以简称为“结构”。

整个阵列提供了宏观特性，其可以通过使用的基本结构及其耦合路径进行设计。超材料被配置为用于不同种类的波，如电磁波(例如，光波、红外(ir)、以及毫米波)和机械波(例如，超声波)。基本结构及其格栅节距的尺度随目标频率范围的波长而缩放。

毫米波超材料中的基本结构可以包括谐振器元件、天线元件、滤波器元件、波导元件、发射线元件、或图1所示的那些的组合。基本结构的尺寸范围可以高达数个波长，但通常小于一个波长。它们由生成磁场的部分(例如，导体环)和产生电场的其他部分(例如，导体之间的间隙)组成。更进一步地，它们还可以具有诸如短发射线段之类的具有电磁波特性的元件。

一般而言，那些基本结构在电气上代表电阻-电感-电容(rlc)网络。在超材料中将使用它们的频率范围内，其电阻参数、电感参数和电容参数的特性分布在整个几何结构上。由于滤波器、谐振器、发射线和天线可以是相同结构的不同参数化表示，所以通常不能明确地将结构指派给单个组。因此，应当理解，依据其用途或实现细节，被描述为谐振器的结构也可以被视为天线或滤波器。更进一步地，该行为还可以随其操作频率而发生改变，并且在一个频率下充当发射线的结构也可能会暴露出滤波器特点或在另一操作频率下产生谐振。最后，材料的选择会影响行为，这意味着选择更好的导体会强调谐振行为，而导电性差的材料则会增加阻尼并且以滤波器特点为主导。

图1图示了根据一个或多个实施例的多个可能基本结构。基本结构1包括：具有一个电容器耦合2a的裂环谐振器2、具有两个电容器耦合3a和3b的裂环谐振器3、具有四个电容器耦合4a-4d的裂环谐振器4、天线结构5、天线线圈6、嵌套裂环谐振器7、天线结构8、天线结构9、天线结构10、发射线结构11、天线结构12、耦合裂环谐振器13、裂环谐振器14、部分环或耦合结构15以及耦合裂环谐振器16。

发射线结构11可以是阻尼结构或延迟结构。它可以用于与谐振器交替的配置，以便在它们之间建立衰减耦合或相位偏移耦合，而非直接耦合。与谐振器的耦合可以是电容性耦合或电流耦合。它还可以延伸到第二层上，例如，其中相同结构创建真实发射线(即，两个平行导线)。

在部分环或耦合结构15是裂环谐振器18的一半的情况下，部分环或耦合结构15被称为部分环结构。在这种情况下，部分环结构15耦合到第二层以形成谐振器。如在图3b的示例中，部分环或耦合结构15还可以被用作耦合结构。在这种情况下，它提供了在环谐振器元件之间的电容性耦合，但是将不会像耦合裂环谐振器那样显著谐振(至少在低频处)。

更进一步地，基本结构也可以是三维结构，诸如螺旋线圈和嵌套裂环谐振器，它们被定向到所有三个笛卡尔坐标方向中。更进一步地，通过以堆叠布置对二维基本结构进行分层，可以生成三维结构。例如，两个基本结构可以在竖直维度上彼此叠置，使得它们彼此重叠。这样，可以在两个基本结构之间实现竖直电容性耦合，并且可以通过使在水平维度上的重叠量发生变化来调整竖直电容性耦合。

图1还图示了堆叠的裂环谐振器结构17，其具有堆叠在彼此顶部上的三个裂环谐振器。堆叠的裂环谐振器结构17可以通过使用堆叠在彼此顶部上的三个金属化层来形成。图1还图示了由两个半环结构15制成的裂环谐振器18，该半环结构15重叠，使得两个半环结构之间存在竖直电容性耦合。通过使重叠量发生变化，可以使环路尺寸更大(例如，通过减小重叠量)或更小(例如，通过增加重叠量)，这又分别产生较低竖直电容性耦合或较高竖直电容性耦合。

为了实现准均质宏观行为，基本结构被布置成阵列，其通常具有大于目标频率范围的波长的维度，并且包括在每个利用方向上的多个基本结构。

图2a和图2b图示了根据一个或多个实施例的毫米波超材料轨道的一段。毫米波超材料轨道是毫米波超材料条带，其具有在宽度(横向)维度和长度(旋转)维度上布置的多个基本结构。本文中，与旋转方向正交的方向可以称为径向方向或轴向方向。

圆周方向或旋转方向遵循轨道的圆周或其一部分，该部分形成围绕旋转轴线的全部环路或部分环路。因此，圆周方向或旋转方向可以是顺时针方向或逆时针方向。径向方向沿着与旋转轴线正交的可旋转目标物体的表面延伸。换句话说，径向方向可以用于从旋转轴线限定半径或径向尺寸。轴向方向平行于旋转轴线延伸(例如，从一个可旋转目标物体到另一可旋转目标物体)。横向方向可以是指毫米波超材料轨道的宽度维度，其可以依据轨道围绕旋转轴线的布置而沿径向方向或轴向方向延伸。

具体地，图2a示出了裂环谐振器的2d阵列20的示例，其被预期为沿水平方向和旋转(周向)方向二者进一步延伸。然而，应当领会，裂环谐振器可以与任何类型的基本结构交换，例如，与图1所示的那些结构中的任何结构交换。每个裂环谐振器均包括代表电感(l)的开环和提供电容性耦合(c)的间隙或开口。因此，每个裂环谐振器是一种lc谐振器。

组成如图2a所示的毫米波超材料轨道的段的基本结构沿着旋转方向具有固定布置或固定特性。例如，每行中的裂环谐振器以相同位置和方位布置。更进一步地，在旋转方向上的相邻裂环谐振器之间的间隔沿着轨道固定。如此，阵列20不会对在旋转方向上沿着轨道的超材料结构的特性做出任何改变。只要每行结构具有相同图案，在结构之间的一个或多个特性(诸如间距和方位)就可以在径向方向上发生改变。

在阵列20中存在结构的相互耦合，其可以是电容性耦合、电感性耦合或两者。在这种情况下，两种类型的耦合都存在。例如，在结构之间的电容性耦合在竖直方向(即，沿着旋转方向)上存在于环的、彼此靠近的各侧上。另外，通过由每个裂环谐振器生成的场提供了在结构之间的电感性耦合。

因此，电气地，在阵列中的基本结构布置引入了在基本结构之间的相互耦合，其中耦合效应可以利用电场(电容性近场耦合)、磁场(电感性近场耦合)、波导耦合或电磁波(远场耦合)。由于阵列的维度、并且取决于所使用的基本结构的类型，耦合效应通常将由所有机制的混合物构成。

结构的耦合方式影响阵列或该阵列的一部分的耦合行为。反过来，这种耦合行为会影响单个结构或结构组对于入射在该结构的、或在该结构组上的发射波或信号的效果。

更进一步地，如果相邻结构的间隙或开口面对面、或者如果间隙面对相邻结构的闭合段(即，与其相邻)，则在结构之间的耦合效应不同。例如，图2b示出了裂环谐振器的2d阵列21的示例，其中裂环谐振器的方位在阵列21(即，超材料轨道)的水平(宽度)方向和竖直(长度)方向二者上都发生改变。换句话说，每个裂环谐振器的间隙的位置跨相邻结构而发生变化，并且各行结构具有不同图案。本文中，虽然不需要，但是每行结构都具有唯一图案。结果，在图2b中的结构之间的耦合效应与由图2a所示出的结构所产生的耦合效果不同。

更进一步地，在图2b中的结构之间的耦合效应在旋转方向上沿着阵列部分地发生改变，然而在图2a中的结构之间的耦合效应在旋转方向上不会沿着阵列发生改变。不同形状(圆形与矩形)也可以影响结构本身的特点和耦合效果。

每个基本结构具有的尺寸(例如，宽度或直径)是该结构所敏感的发射毫米波的波长的10％至100％。阵列20可以是布置或印刷在膜上的单个金属化层，使得阵列20为二维。如上文所指出的，还能够堆叠多个金属化层以形成3d阵列。

因此，本文中所描述的基本结构阵列包括相对于彼此具有相同布置或不同布置的元件结构的多个重复，由于在结构之间的耦合效应，所以这些重复引入发射波、或入射在这些重复上的信号的特性。如将在图3a至图3g可以看出的，至少一种特性在旋转方向上沿着阵列发生改变，这导致阵列的在基本结构之间的至少一种耦合效应在旋转方向上沿着阵列发生连续改变。例如，这可以允许确定阵列的旋转位置改变和/或旋转角度位置改变。相比之下，对于阵列20，特性在旋转方向上沿着阵列固定，使得在阵列的基本结构之间的耦合效应不会发生改变，并且在旋转方向上沿着阵列保持固定。

在以下描述中，显而易见的是，一个或多个毫米波超材料轨道也可以用于执行与可旋转目标物体有关的扭矩测量和/或离轴角度测量。

可以在目标物体上提供毫米波超材料轨道，使得其形成围绕旋转轴线的闭环，从而形成360°周期性图案。这样，目标物体是将被布置毫米波超材料轨道的载台结构。例如，阵列的基本结构可以具有360°的周期性图案，其围绕可旋转目标的圆周和/或沿着超材料轨道的周边，可以连续地改变或可以不连续地改变。例如，用于直接扭矩测量的轨道可以不具有在旋转方向上沿着轨道的超材料结构的特性的任何改变，诸如阵列20的情况。相比之下，用于角度测量、旋转位置改变或间接扭矩测量的轨道可以改变在旋转方向上沿着轨道的超材料结构的特性，诸如在图3a至图3g所示出的那些轨道的情况。如果图案沿着旋转方向发生改变，则可以通过沿着超材料轨道的闭环从0°至360°连续改变，并且然后重复。

存在用于根据360°周期性图案改变超材料特性的多种可能性。还应当领会，小于360°的旋转段也可以适用。例如，还可以使用测量有限角度范围(例如，节气门、底盘水平、油门踏板)的应用。在这些情况下，目标图案无需是360°周期性的，并且可以简单地在所使用的角度范围(例如，45°、60°、90°、180°等)上将图案从最小值改变为最大值。当然，目标物体也不必是完整的盘，而可以被减少为一段。

超材料的特性和/或布置可以特定于沿着超材料轨道的绝对角度位置，并且因此也特定于可旋转目标物体的绝对角度位置。绝对角度位置是相对于可旋转目标物体的角度位置预先确定的(即，参考)的角度位置。例如，参考角度位置可以是零度，并且绝对角度位置可以是在360°周期上从零度旋转到的特定位置。因此，每个绝对角度位置具有从0°到360°的绝对角度值。

以下不同变化可以用于改变超材料沿着旋转方向的行为。因此，图3a至图3g示出了根据一个或多个实施例的超材料的基本结构的不同布置或图案。这些轨道可以用于对应载台基板的角度测量、对应载台基板的旋转位置改变或施加到可旋转轴的扭矩的间接扭矩测量。

图3a是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列301的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31a-34a，其中在每行中的结构具有的配置和方位相同。然而，在不同行中的结构的配置不同。

360°周期性图案可以用于改变裂环谐振器沿着旋转方向的耦合电容。例如，耦合电容可以在旋转方向上增加(或减小)。本文中，这通过增加(或减小)在裂环谐振器的开口内部的线的长度来实现，从而使得在旋转方向上的耦合电容逐渐地、并且连续地增大(或减小)。沿着旋转方向(即，沿着超材料轨道的周边)的耦合电容中的这种改变使谐振频率偏移，使得可以测量在接收信号相对于发射信号的、在相位偏移或幅度中的变化。每个相位偏移值或振幅值特定于可旋转目标物体的绝对角度位置(即，角度值)。

图3b是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列302的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31b-34b，其中在每行中的结构具有的配置和方位相同。然而，在不同行中的结构的方位不同。

因此，在目标物体的表面上，裂环谐振器31b-34b沿着旋转方向的旋转或枢转(例如，顺时针或逆时针)以递增方式发生变化。结果，在每行中的结构相对于在相邻行中的结构具有不同的角度方位，从而导致旋转方向上的耦合电容逐渐并且连续增加(或减小)。这使得超材料对毫米波的极化敏感，并且具体地改变了对沿着旋转方向改变的发射波的电场分量的敏感性。本文中，因为在间隙中的主导电场的方向正在发生改变，所以实现了对极化的影响。因此，可以测量特定于可旋转目标物体的绝对角度位置(即，角度值)的极化偏移。

图3c是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列303的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31c，其中整个阵列中的结构具有的配置和方位相同。

本文中，通过增加或减小沿着旋转方向的、在结构之间的距离d1、d2、d3等，在旋转方向上逐渐并且连续地改变结构的相互电容性耦合。因此，在顶部处的行比在阵列的底部处的行靠得更近。这以在360°内是周期性的方式，对在结构之间的电容进行缩放。

图3d是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列304的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31d-34d，其中每行中的结构具有的配置和方位相同。然而，不同行中的结构的配置不同。

在这种情况下，通过减小或增加沿着旋转方向的环路面积，使得电感性耦合进行缩放。例如，连续行的环路尺寸沿着旋转方向逐渐改变。因此，裂环谐振器31d的环路尺寸大于裂环谐振器32d的环路尺寸，该裂环谐振器32d的环路尺寸大于裂环谐振器33d的环路尺寸，依此类推。这还导致在垂直于旋转方向的方向上的、在结构之间的间距发生改变，从而还可以改变电容性耦合。这以在360°内是周期性的方式，对在结构之间的电感性耦合和/或电容性耦合进行缩放。

图3e是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列305的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31e，其中整个阵列中的结构具有的配置和方位相同。然而，通过沿着旋转方向逐渐并且连续增加或减小结构密度来改变在旋转方向上的结构密度。

例如，每个相继行的结构可以比前一行结构更密集或不太密集地填充。例如，在第一行中的每个位置都可以由构成该行中第一(完整)结构密度的结构占据。在第二行中，并非每个位置都由构成该行中第二结构密度的结构占据，该第二密度小于第一密度。在第三行中，并非每个位置都由构成该行中第三结构密度的结构占据，该第三密度小于第二密度，依此类推。这以在360°内是周期性的方式，对在结构之间的电感性耦合和/或电容性耦合进行缩放。

图3f是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列306的示意图。本文中，阵列包括多行裂环谐振器31f，其中整个阵列中的结构具有的配置和方位相同。然而，通过沿着旋转方向逐渐并且连续增加或减小结构密度，来改变在旋转方向上的结构密度。

在该示例中，通过沿着旋转方向增加或减小在结构之间的间隔，可以在旋转方向上改变在每个相继行中的结构之间的横向距离。例如，在第一行中的每个位置都可以由构成该行中第一(完整)结构密度的结构占据。与在第一行中的、在相邻结构之间的间距相比较，在第二行中的相邻结构之间的间距得以增加，从而构成在第二行中的第二结构密度，该第二密度小于第一密度。与在第二行中的、在相邻结构之间的间距相比较，在第三行中的相邻结构之间的间距得以增加，从而构成在第三行中的第三结构密度，该第三密度小于第二密度，以此类推。

图3g是根据一个或多个实施例的超材料轨道的基本结构阵列307的示意图。本文中，该阵列是混合了不同结构的异类阵列，从而使得填充该阵列的结构类型在整个阵列中以不同布置发生变化。在这种情况下，在图案中使用两种不同类型的结构31g和32g，该图案以在360°内是周期性的方式、逐渐并且连续改变在结构之间的电感性耦合和/或电容性耦合。应当领会，两个或更多个结构类型也可以用于形成异类阵列。

鉴于上述示例，超材料特性的缩放使用围绕可旋转目标的圆周、或沿着超材料轨道的周边的、完全并且连续地重复或改变的结构图案来完成，使得反射率和/或发射率发生的改变遵循360°周期性图案，其中针对每个离散角度的反射率和/或发射率都是唯一的。

图4a是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统400的示意图。扭矩测量系统400包括作为第一可旋转载台结构的第一可旋转目标物体41和作为第二可旋转载台结构的第二可旋转目标物体42。两个载台结构均被配置为围绕旋转轴线43(即，旋转轴线)旋转。可旋转目标物体41和42可以是耦合到沿着旋转轴线43延伸的轴44的盘或轮。随着轴44的旋转，可旋转目标物体41和42也旋转。可旋转目标物体41和42代表用于一个或多个毫米波束的机械目标。附加地，可旋转目标物体41和42沿着轴44彼此横向隔开一定距离。具体地，它们在毫米波束发射方向上彼此横向隔开。

每个可旋转目标物体41和42分别包括毫米波超材料轨道45和46，它们各自围绕轴44形成闭环。就这点而言，每个目标物体41和42是用于其相应毫米波超材料轨道的载台结构。毫米波超材料轨道45和46固定到相应可旋转目标物体41或42，使得在相应的可旋转目标物体41或42旋转时，毫米波超材料轨道45和46与相应的可旋转目标物体41或42共同旋转。附加地，毫米波超材料轨道具有的大小和形状相同。如此，以关于可旋转目标物体41和42的类似方式中，超材料轨道45和46彼此横向隔开，并且更具体地，超材料轨道45和46在毫米波束发射方向上彼此横向隔开。

根据至少一个实施例，超材料轨道45和46各自具有结构阵列，这些结构阵列的特性在旋转方向上不会发生改变，如上文参考图2a所解释的。更进一步地，两个超材料轨道45和46足够靠近，使得两个轨道彼此具有由场效应引起的相互耦合(例如，电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合)，从而形成谐振多轨道结构(即，相互耦合结构)。在轨道45和46之间的相互耦合产生扭矩相关行为、或产生与毫米波的交互，其中扭矩相关行为或交互是扭矩相关反射、扭矩相关吸收、扭矩相关发射、或其扭矩相关组合。

当轴44旋转时，由于施加到轴44的扭矩，所以在两个超材料轨道45和46之间的角度位置上存在扭矩相关偏移(即，角度偏移)。这在两个超材料轨道45和46之间的相互耦合中导致扭矩相关偏移。由于多个超材料特性响应于所施加的扭矩而同时改变，所以由相互耦合的超材料轨道发射、反射或发射的信号的多个毫米波参数将取决于所施加的扭矩。可以同时评估相同信号或不同信号的两个或更多个毫米波参数，以区分所施加的扭矩。同样，还可以评估两个或更多个信号的单个参数，以区分所施加的扭矩。因此，所有相关变化的测量可以用于改善扭矩确定的明确性。

扭矩测量系统400还包括收发器trx47，其被配置为发射和接收毫米波；或发射器47a和接收器47b，其被配置为发射和接收毫米波。发射器47a和接收器47b可以被放置成使得两个可旋转目标物体41和42以及因此两个轨道45和46布置在发射器47a与接收器47b之间。

收发器47包括发射器天线配置48，其被配置为发射毫米波束(即，电磁发射信号)作为聚焦在两个超材料轨道45和46处的无线电磁信号。发射天线配置48可以包括一个或多个天线，其可以用于形成一个或多个发射天线阵列。在使用分隔的发射器47a和接收器47b的情况下，发射器47a可以配备有发射器天线配置48。

收发器47还包括接收器天线配置49，其被配置为从超材料轨道45和46两者接收部分反射的毫米波(即，电磁接收信号)作为无线电磁信号。可以在一种方式中实现的是，将一个天线用作发射和接收天线，以及分离器将rf部分中的能量发射路径(例如，鼠径(rat-race)耦合器或混合环耦合器)分开。分离器被配置为将接收的波从天线引导到接收器，同时，分离器将发射信号从发射器引导到天线以供发射。接收器天线配置49可以包括一个或多个天线，其可以用于形成一个或多个接收天线阵列。

在使用分隔的发射器47a和接收器47b的情况下，接收器48a可以配备有接收器天线配置49。本文中，扭矩测量系统400被配置为监测穿过两个超材料轨道45和46的毫米波，而非像收发器47那样监测反射的毫米波。结果，接收器天线配置49被配置为部分地接收作为发射的毫米波与超材料轨道45和46交互(即，被超材料轨道45和46部分吸收并且通过其发射)的结果而发射的毫米波(即，电磁接收信号)。

还应当领会，可以使用两个收发器，针对每个超材料轨道一个收发器。还应当领会，可以使用两个接收器和发射器对来代替一个或多个收发器，针对每个超材料轨道一个接收器和发射器对。还可以在一种方式中被实现的是，将一个天线用作发射和接收天线，以及分离器将rf部分中的能量发射路径(例如，鼠径耦合器或混合环耦合器)分开。分离器被配置为将接收的波从天线引导到接收器，同时将发射信号从发射器引导到天线以供发射。

不管配置如何，应当理解，至少一个发射器和至少一个接收器被实现为用于发射和检测毫米波束。发射器和接收器可以电耦合到系统控制器和/或dsp。

如上文所指出的，两个超材料轨道45和46足够靠近，以使轨道彼此具有相互耦合(例如，电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合)，从而形成谐振结构，该谐振结构产生发射或反射的扭矩相关偏移，该扭矩相关偏移由谐振结构引起。在超材料轨道45和46之间的扭矩相关相互耦合可以是电容性的、电感性的、或其组合。在组合情况下，一个耦合类型可以占主导地位。例如，在两个轨道之间的电容性耦合可以占主导地位。

作为示例，在两个超材料轨道45和46由基本结构15组成的情况下，两个超材料轨道45和46的基本结构15耦合在一起以形成作为具有两个极点的基本结构的裂环谐振器18，该裂环谐振器18是其极点通过由施加的扭矩引起的两个层之间的偏移而修改的谐振器。因此，在两个轨道45和46之间的相互耦合特点基于两个轨道由于所施加的扭矩而产生的旋转位移而发生改变。结果，从由两个轨道形成的谐振多轨道结构发射的信号的一个或多个特性(例如，幅度和/或相位)基于旋转位移而发生改变，该旋转位移因此基于所施加的扭矩而发生改变。

在另一示例中，两个超材料轨道45和46由基本结构2组成，两个超材料轨道45和46的基本结构2耦合在一起以形成具有四个极点(每个基本结构2两个极点)的堆叠的裂环谐振器结构17，该堆叠的裂环谐振器结构17是其极点通过由施加的扭矩引起的、在两个层之间的偏移修改的谐振器。因此，在两个轨道45和46之间的相互耦合特点基于两个轨道由于所施加的扭矩而产生的旋转位移而发生改变。结果，从由两个轨道形成的、谐振多轨道结构发射的信号的一个或多个特性(例如，幅度和/或相位)，基于旋转位移而发生改变，该旋转位移因此基于所施加的扭矩而发生改变。

应当领会，基本结构的其他组合也是可能的，从而形成具有一个或多个特点的、不同类型的相互耦合结构，该一个或多个特点基于由所施加的扭矩引起的旋转位移而发生改变。

还应当指出，作为电磁波的毫米波具有激发超材料轨道或谐振多轨道结构的电容的电场分量，以及激发超材料轨道或谐振多轨道结构的电感的磁场分量。每个基本结构都直接反射一部分毫米波，直接发射一部分毫米波，并且接收一部分能量以及将其存储在谐振振荡中。由发射所引起的振荡会在任一方向上辐射一部分能量。因此，每个超材料轨道吸收并且存储一部分能量。附加地，每个超材料轨道最终都会发射已被吸收和存储的能量。

谐振多轨道结构(也称为相互耦合(多轨道)结构)还可以看作是响应于撞击在其上的、从收发器47发射的毫米波(作为反射和/或发射)而发射毫米波的单个结构。该发射的波具有扭矩相关特性，其可以由接收器电路进行评估以确定所施加的扭矩。例如，可以确定并且评估所接收的信号相对于所发射的毫米波的相位偏移和/或幅度偏移，以确定所施加的扭矩。

具体地，当轴44旋转时，由于施加到轴44的扭矩，所以在两个超材料轨道45和46之间的角度位置中存在扭矩相关偏移(即，角度偏移)。例如，目标物体41和42由于所施加的扭矩而旋转不同的量。结果，与轨道45相对应的绝对角度位置或离散角度值不同于与轨道46相对应的绝对角度位置或离散角度值，从而导致与所施加的扭矩成比例的角度差或角度偏移。在轨道45和46之间的耦合效应取决于扭矩，并且基于由所施加的扭矩产生的角度偏移而发生改变。这种耦合改变又影响与相互耦合结构交互的信号的至少一个耦合相关特性，可以对该至少一个耦合相关特性进行测量，以确定所施加的扭矩。

在接收器处的处理器被配置为从相互耦合结构接收至少一个信号，并且基于至少一个接收的信号的一个或多个评估的特性来确定所施加的扭矩。处理器可以使用例如查找表或算法、基于所评估的一个或多个特性来确定所施加的扭矩。

例如，由轨道45和46形成的相互耦合结构所发射的信号可以具有针对其间的角度偏移所特有的至少一个特性或特性组合，因此针对所施加的扭矩所特有的至少一个特性或特性组合。这称为直接扭矩测量。

备选地，处理器可以从相互耦合结构的每个轨道45和46接收信号，确定与每个轨道相对应的扭矩相关绝对角度位置，确定角度差或与角度的偏移，然后使用例如查找表或算法、基于所确定的角度差来确定所施加的扭矩。在这种情况下，轨道45和46可以具有在旋转方向上发生变化的阵列结构，如参考图3a至图3g所描述的，使得可以确定每个轨道的角度位置。这称为间接扭矩测量。

作为用于确定给定超材料轨道的绝对角度位置或离散角度值的示例，收发器47可以发射连续毫米波，以作为具有恒定频率的载波信号。接收载波信号的每个超材料轨道可以在收发器47处将信号部分反射回去。收发器47包括接收器电路，该接收器电路包括两个解调器(例如，两个混频器)，每个解调器被配置为解调从对应超材料轨道接收的信号。备选地，接收器电路可以包括耦合到单个解调器的多路复用器，该多路复用器以多路复用方式解调两个接收的信号。在任何情况下，接收器电路被配置为确定每个接收的信号的相位和/或幅度，并且将所确定的相位和/或幅度与载波信号的相位和/或幅度分别进行比较，以得出对应超材料轨道的绝对角度位置。相对于载波信号的相位或幅度的特定改变(即，相位偏移或幅度偏移)与对应超材料轨道的绝对角度位置相对应。经由映射、查找表等，接收器电路还可以将两个接收的信号(即，来自每个轨道45和46的信号)的相位差和/或幅度差直接匹配到扭矩，而无需计算绝对角度位置，该映射、查找表等将相位和/或振幅的差分值映射到不同扭矩量(即，扭矩值)。

针对给定相互耦合结构的、所施加的扭矩可以采用用于直接扭矩测量的类似方式来确定。比如，收发器47可以发射连续毫米波作为载波信号，该载波信号在相互耦合结构处具有恒定频率。接收载波信号的相互耦合结构可以在收发器47处将信号部分反射回去。在相互耦合结构的两个超材料轨道之间的相互耦合取决于所施加的扭矩，从而影响了反射的信号的扭矩相关特性。

收发器47包括解调器，其被配置为解调接收的信号；以及处理器，其被配置为使用相位分析、幅度分析或频谱分析中的至少一项来评估接收的信号的特性，并且基于所评估的特性来确定所施加的扭矩。

具体地，处理器被配置为确定每个接收的信号的相位和/或幅度，并且将所确定的相位和/或幅度与载波信号的相位和/或幅度分别进行比较，以得出所施加的扭矩。相对于载波信号的相位或幅度的特定改变(即，相位偏移或幅度偏移)与所施加的扭矩相对应。

总而言之，扭矩测量系统400使用两个目标物体(即，两个载台结构)41和42，每个目标物体在其相邻表面上具有超材料图案45和46。每个载台结构在与相邻载台结构之间在一定距离内固定到轴44。如果扭矩被施加到轴44，则轴44依据其厚度和杨氏模量卷绕。在载台结构之间的距离足够接近，以确保两个超材料轨道45和46相互耦合。依据两个超材料轨道的两个超材料图案的偏移，在两个超材料轨道之间的耦合效应会发生改变。这种耦合效应是针对所施加的扭矩的量所特有的。结果，在耦合效应中的改变会导致从超材料轨道45和46发射的一个或多个信号的特性被更改，可以对该特性的更改进行测量和分析以确定所施加的扭矩。

图4b是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统401的示意图。扭矩测量系统401与图4a所描绘的扭矩测量系统400类似，除了扭矩测量系统401包括在每个可旋转目标物体41和42上的附加超材料轨道。两个超材料轨道45a和45b被附接到可旋转目标物体41，并且两个超材料轨道46a和46b附接到可旋转目标物体42。附接到可旋转目标物体41的两个毫米波超材料轨道45a和45b是位于距旋转轴线43不同距离处的同心环路。同样，附接到可旋转目标物体42的两个毫米波超材料轨道46a和46b是位于距旋转轴线43不同距离处的同心环路。

更进一步地，超材料轨道45a和46a对齐(即，位于距旋转轴线43相同的径向距离处)并且非常接近，使得它们相互耦合。同样，超材料轨道45b和46b对齐(即，位于距旋转轴线43相同的径向距离处)并且非常接近，使得它们相互耦合。因此，形成两个相互耦合结构，其中第一个相互耦合结构由轨道45a和46a形成，而第二个相互耦合结构由轨道45b和46b形成。

另外，扭矩测量系统401包括两个天线a1和a2，二者均被配置为发射和接收毫米波信号。本文中，天线a1与超材料轨道45a和46a对齐，并且如此一来，被配置为在那些相互耦合轨道处发射毫米波束并从中接收反射的信号。同样，天线a2与超材料轨道45b和46b对齐，并且如此一来，被配置为在那些相互耦合轨道处发射毫米波束并从中接收反射的信号。

结果，超材料轨道的不同区域可以布置在载台结构上并且提供不同测量。优选地，在相同载台结构上所附接的超材料轨道的不同区域以一种方式被隔开，使得与在不同载台结构上的环之间的耦合相比较，在内环和外环之间的耦合可以忽略不计。例如，轨道45a和46a通过场效应强耦合，然而轨道45a和45b通过场效应弱耦合或不耦合。由于这个原因，所以轨道45a和46a可以形成第一耦合轨道对，而轨道45b和46b可以形成第二耦合轨道对。

天线a1或a2与每个相互耦合结构相关联。优选地，天线a1和a2应当具有方向特点，该方向特点将它们的发射和接收集中在超材料结构的相关联的环上。因此，天线a1具有与轨迹45a和46a(即，第一相互耦合结构)相关联的方向特点，而天线a2具有与轨道45b和46b(即，第二相互耦合结构)相关的方向特点。

在基本结构的图案相同的情况下，由于半径不同(d1＝r1*da；d2＝r2*da)，所以在两个载台结构上的基本结构的位移不同。因此，在内轨道上的毫米波特点的改变比在外轨道上的小。换句话说，轴44的相同角度偏移在两个耦合轨道对的耦合中引起不同改变，从而在由不同耦合轨道对生成的接收的信号中产生两个不同的信号调制(即，幅度和/或相位)。

然后，收发器47的接收器电路可以使用差分测量来区分所施加的扭矩，该扭矩对于诸如距离改变的影响的外部因素更鲁棒。例如，接收器电路可以使用从两个相互耦合结构接收的信号，以经由施加到两个信号的差分算法，对所施加的扭矩执行差分测量。

图4c是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统402的示意图。扭矩测量系统402与图4a所描绘的扭矩测量系统400类似，除了扭矩测量系统402包括在每个可旋转目标物体41和42上的附加超材料轨道。两个超材料轨道45a和45c附接到可旋转目标物体41，并且两个超材料轨道46a和46c附接到可旋转目标物体42。因此，单个相互耦合结构由轨道45a和46a形成。

附接到可旋转目标物体41的两个毫米波超材料轨道45a和45c是位于距旋转轴线43不同距离处的同心环路。同样，附接到可旋转目标物体42的两个毫米波超材料轨道46a和46c是位于距旋转轴线43不同距离处的同心环路。更进一步地，轨道45c和46c位于距旋转轴线43不同距离处，使得它们之间的相互耦合较弱或为零。

该布置与图4b所描绘的扭矩测量系统401类似，除了附加轨道45c和46c不会相互耦合或不会耦合到任何其他轨道(如在轨道45b和46b的情况中)。取而代之的是，轨道45c和46c是用于它们相应目标物体(即，载台结构)41或42的参考超材料轨道，并且可以用于确定其相应目标物体41或42的绝对角度位置。

轨道45c和46c二者都可以具有结构阵列，该结构阵列具有在旋转方向上发生改变的至少一个特性，如上文参考图3a至图3g所解释的。因此，沿着轨道的特定位置的超材料的特点或特性会产生角度相关行为或产生与毫米波的交互，其中角度相关行为或交互是角度相关反射、角度相关吸收、角度相关发射、或其角度相关组合。由于多个超材料特性同时地改变，所以由超材料轨道发射、反射或发出的信号的多个毫米波参数将取决于旋转角度。可以同时评估相同信号或不同信号的两个或更多个毫米波参数，以区分旋转位置。同样，还可以评估两个或更多个信号的单个参数以区分旋转位置。因此，所有相关变化的测量可以用于改善角度确定的明确性。

本文中，使用了三个天线a1、a2和a3，每个天线具有方向特点，该方向特点将其发射和接收集中在超材料结构的一个或多个相关联的环上。因此，天线a1具有与轨道45a和46a相关联的方向特点，天线a2具有与轨道45c相关联的方向特点，并且天线a3具有与轨道46c相关联的方向特点。

因此，存在由天线a2读取的附加超材料轨道45c和由天线a3读取的附加超材料轨道46c，附加超材料轨道45c被添加到前载台结构41上，而在后载台结构42上没有耦合轨道，附加超材料轨道46c在不与侧载台结构41耦合的情况下被添加到后载台结构42。因此，那些参考轨道45c和46c的毫米波特点不受由于两个载台结构相互耦合而相对于彼此的位移的影响，因此与扭矩无关。然而，在轨道45a和46a之间的相互耦合，以及在轨道45b和46b之间的相互耦合与扭矩相关。

通过收发器47的接收器电路，可以将这些参考轨道45c和46c用作测量的参考，这些测量可以用来消除从设置所产生的影响，例如，在天线之间的距离的变化和在两个载台结构41和42之间的距离的变化。

例如，收发器47的接收器电路可以被配置为基于上文所描述的方法，参考由天线a2所发射的载波信号，通过分析从天线a2处的轨道45c接收的接收信号的幅度调制或相位调制，来确定载台结构41的扭矩无关绝对角度位置。接收器电路可以使用扭矩无关绝对角度位置作为载台结构41的实际绝对角度位置，其还可以被用于计算载台结构41的旋转速度。附加地，接收器电路可以使用扭矩无关绝对角度位置来检测在设置中的预先存在的误差，并且补偿扭矩相关测量。

同样，收发器47的接收器电路可以被配置为基于上文所描述的方法，参考由天线a3所发射的载波信号，通过分析从天线a3处的轨道46c接收的接收信号的幅度调制或相位调制，来确定载台结构42的扭矩无关绝对角度位置。接收器电路可以使用扭矩无关绝对角度位置作为载台结构42的实际绝对角度位置，其还可以用于计算载台结构42的旋转速度。附加地，接收器电路可以使用扭矩无关绝对角度位置来检测在设置中的预先存在的误差，并且补偿扭矩相关测量。

另外，扭矩无关结构还可以与角度无关。例如，轨道45c和46c可以具有均匀图案，诸如在图2a中示出的均匀图案，其中用于测量在轨道与天线之间的距离的行为已知。

图5是图示了根据一个或多个实施例的收发器47的收发器电路的框图。收发器47包括与本文中所描述的实施例相关的发射电路装置和接收器电路装置。还应当领会，根据实现方式，可以在发射器47a与接收器47b之间划分相关的发射电路装置和接收器电路装置。

可以在发射器侧使用频率调制来表征包括超材料的发射信道随频率变化的传递函数。然而，还可以使用频率恒定的连续载波。

在测量侧(接收侧)上，仍然是振幅(幅度)和相位或i和q，这将是最精密并且最灵活的解决方案。然而，就成本而言，具有恒定频率载波的系统可以是优选的。在这种情况下，频率被选择为相对于极点和零点而位于限定区域中，在该限定区域中，相位或幅度传递函数相对于超材料的修改特性具有单调行为。然后，使用了相位偏移或幅度衰减的局部测量。

因而，至少一个发射天线48(tx天线配置)和接收器天线49(rx天线配置)被连接到被集成到芯片中的rf前端51，该rf前端51可以包含用于rf信号处理所需的所有那些电路部件。这些电路部件包括例如本地振荡器(lo)、rf功率放大器、低噪声放大器(lna)、定向耦合器(例如，鼠径耦合器、环行器等)以及用于将rf信号下混频(或下变频)到基带或中频带(if频带)的混频器。rf前端51可以(可能与额外电路部件一起)被集成到芯片中，芯片通常被称为单片微波集成电路(mmic)。

所图示的示例示出了具有分隔的rx和tx天线的双基地(或伪单基地)雷达系统。在单基地雷达系统的情况下，单个天线将被用于发射和接收电磁(雷达)信号。在这种情况下，定向耦合器(例如，环行器)可以用于将待发出的rf信号从接收到的rf信号(雷达回波信号)分隔。实际上，雷达系统通常具有带有多个tx天线和rx天线的多个发射和接收信道(tx/rx信道)，从而可以从接收到的雷达回波测量方向(doa)。在这种多输入多输出(mimo)系统中，各个tx信道和rx信道通常分别具有相同结构或相似结构。

在调频连续波(fmcw)雷达系统的情况下，由tx天线配置48发出的rf信号例如可以在大约10ghz至1thz的范围中。然而，本文中所施加的频带取决于用于生成超材料目标的结构。如所提及的，由rx天线配置49所接收的rf信号包括雷达回波(线性调频回波信号)，也就是说，在一个或多个雷达目标处反向散射的那些信号分量。所接收的rf信号例如被下混频到基带(或if带)，并且通过模拟信号处理(参见模拟基带信号处理链52)的方式，在基带中被进一步处理。

模拟信号处理电路52实质上包括对基带信号进行滤波，以及可能地对其进行放大。最后，对基带信号进行数字化(参见模数转换器53)并且在数字域中进行进一步处理。数字信号处理链可以至少部分以能够在处理器(例如，微控制器、数字信号处理器(dsp)54或另一计算机单元)上执行的软件的形式来实现。

整个系统通常由系统控制器55的方式控制，该系统控制器55同样可以至少部分地以能够在诸如例如微控制器的处理器上执行的软件的形式来实现。rf前端51和模拟基带信号处理链52(可选地，还有模数转换器53)可以在单个mmic(也就是说，rf半导体芯片)中被集成在一起。作为备选方案，各个部件也可以分布在多个集成电路之上。

dsp54被配置为对从相互耦合结构接收的一个或多个信号的相位偏移或幅度偏移进行分析，以确定所施加的扭矩。dsp54被配置为执行前述相位分析、幅度分析和/或频谱分析，以基于所确定的幅度调制和/或相位调制来确定施加的扭矩。接收到的信号的相位调制可以是接收到的信号相对于所发射的毫米波的相位的相位偏移。同样，接收的信号的幅度调制可以是接收的信号相对于所发射的毫米波的幅度的幅度偏移。dsp54可以被配置为确定接收的信号的相位偏移和/或幅度偏移，并且将该偏移转换为由所施加的扭矩产生的在轨道45和46之间的角度偏移，以计算所施加的扭矩、或将相位偏移和/或幅度偏移直接转换为所施加的扭矩。例如，dsp54可以是指在存储器中提供的查找表，该查找表存储相对于特定幅度调制和/或相位调制的扭矩值。

另外，dsp54可以从两个不同的相互耦合结构接收信号，从信号计算差分测量值，并且例如通过使用其中差分测量值与所施加的不同扭矩相关的查找表，基于差分测量值来确定所施加的扭矩。

另外，dsp54可以从参考轨道(例如，参考轨道45c和46c)接收信号，针对每个接收信号相对于其对应发射的信号来分析幅度偏移和/或相位偏移，以及确定如本文中所描述的每个参考轨道的绝对角度位置。dsp54还可以通过分析在角度值中的改变率来计算转速。附加地，通过获得针对参考轨道中的至少一个参考轨道的两个测量信号(例如，两个90°相位偏移的信号)，由dsp54还可以确定可旋转目标物体的旋转方向。一般而言，需要两个信号才可以实现360°的明确测量范围。对于在有限范围中进行测量的系统，超材料的特性不一定必须根据正弦系统/余弦系统进行改变。对于有限范围(例如，+/-60°)，仅正弦就已足够了。

图6a至图6d是根据一个或多个实施例的在扭矩测量系统中的各种天线配置的示意图。天线配置可以分隔地或组合地用于所述实施例中的任一实施例中。天线配置分别包括收发器60a-60d，它们使用参考收发器47所描述的类似的发射器电路装置和接收器电路装置。

在图6a中，与图3b所示的布置类似，扭矩测量系统600a包括电耦合到两个天线a1和a2的收发器60a，这两个天线a1和a2被布置为接近相应超材料轨道45a或45b(即，经由耦合效应耦合到该相应超材料轨道45a或45b)。在这种情况下，每个天线a1和a2被配置为发射毫米波束，并且从其相应相互耦合超材料轨道对接收反射的毫米波束，以在反射的毫米波束上执行测量。因此，天线a1具有与轨道45a和46a相关联的方向特点，并且天线a2具有与轨道45b和46b相关联的方向特点。收发器60a包括定向耦合器，以便经由相同天线执行发射和接收。

在图6b中，扭矩测量系统600b包括电耦合到一对发射天线a1t-a2t和一对接收天线a1r-a2r(即，总共四个天线)的收发器60b。该布置与图6a所示的布置类似，除了分隔的天线被用于发射和接收毫米波。

在图6c中，扭矩测量系统600c包括电耦合到两对天线a1-a2和a3-a4(即，总共四个天线)的收发器60c。每个天线对具有一个天线，其被布置为接近相应超材料轨道45a和45b(即，经由耦合效应耦合到该相应超材料轨道45a和45b)。因此，两个天线(例如，a1-a3和a2-a4)被耦合到每个相互耦合结构。天线a1/a2耦合到它们相应的相互耦合结构中，该相互耦合结构充当发射线，并且天线a3/a4再次将信号(至少部分)耦出。

结果，天线a1将信号发射到轨道45b和46b中，作为相互耦合结构，轨道45b和46b充当发射线并且沿着相互耦合结构发射信号，其中天线a3拾取(即，耦出)由于沿着相互耦合结构发射而具有经过更改的特性的发射信号。

同样，天线a2将信号发射到轨道45a和46a中，作为相互耦合结构，轨道45a和46a充当发射线并且沿着相互耦合结构发射信号，其中天线a4拾取(即，耦出)由于沿着相互耦合结构发射而具有经过更改的特性的发射信号。

因此，发射的信号耦合到充当发射线的相应的相互耦合结构中，并且在较大距离(即，数个基本超材料结构尺寸)内，接收天线从相应的相互耦合结构提取能量的一部分。

在图6d中，扭矩测量系统600d包括电耦合到两个发射线t1和t2的收发器60d，这两个发射线t1和t2各自接近(即，经由耦合效应耦合到)相应的相互耦合结构(即，相互耦合结构45a/46a或相互耦合结构45b/46b)。发射线t1和t2与其相应的相互耦合结构的一段基本平行。发射线t1和t2携带来自收发器60d的电磁波，并且相应的相互耦合结构处于包围发射线的电磁场(例如，塑料纤维)的区域中。在两个相互耦合轨道(即，轨道45a/46a或轨道45b/46b)之间的扭矩相关耦合效应影响发射线的毫米波阻抗，或在能量到达发射线另一端之前将其部分耦出。该影响针对在两个载台结构41和42之间的角度位移而特有，从而与所施加的扭矩相对应。

图7是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统700的截面图。扭矩测量系统700包括两个载台结构41和42，两个载台结构41和42以类似于上文所述的方式，隔开预先确定的距离地固定到轴44。扭矩测量系统700还包括类似于上文所述的超材料轨道的两个相互耦合的超材料轨道45和46。扭矩测量系统700的结构被制造为确保两个轨道45和46隔开预先确定的距离对齐，从而确保两个轨道彼此具有一定位置关系，并且实现了其间的被期望的相互耦合。

机械地，在不同载台结构上的两个相互耦合超材料轨道必须以一定距离固定到轴44，这是因为在所施加的扭矩下的卷绕角度相对于在两个相互耦合轴超材料轨道之间的长度成比例地增加。另一方面，两个相互耦合超材料轨道需要在耦合距离之内。更进一步地，机械布置必须将超材料轨道相对于彼此固定在限定的零扭矩开始位置(即，参考位置)，以便可以测量从零扭矩开始位置的改变。在图7至图10中示出了可能的构造。

在图7中，柔性间隔件71插置于两个载台结构41和42之间，并且固定(机械)耦合到两个载台结构41和42。柔性间隔件71限定了在两个载台结构41和41之间的距离d1。因此，柔性间隔件71还限定了两个轨道41和42之间的距离d1。本文中，“柔性”意指柔性间隔件71的“扭矩阻抗”或“刚度”明显低于轴44的扭矩阻抗或刚度。例如，轴44可以由钢制成并且柔性间隔件71可以由塑料(即，柔性比钢大或刚度比钢小的材料)制成。更进一步地，柔性间隔件71也可以比与其所机械耦合的载台结构更具柔性。

在将每个载台结构组装到轴上之后，可以移除柔性间隔件71。

柔性间隔件71可以由围绕载台结构41和42的圆周均匀分布的多个离散间隔弹簧(例如，小钢悬臂梁)代替。因此，代替实心间隔件材料，局部弹簧或间隔件材料柱可以被分布在轴周围。因此，即使柔性间隔件71和载台结构由相同材料或刚度比载台结构高的材料制成，由于柔性间隔件71由增加了柔性间隔件71的柔性的局部弹簧或柱制成，所以柔性间隔件71将总体上具有比载台结构更大的柔性。

另外，扭矩测量系统700包括两个固定装置72和73，每个固定装置72和73被配置为将对应载台结构41或42固定(机械)耦合到轴44。两个固定装置72和73被机械耦合到轴44，并且表示载台结构41和42与轴44的附接点。可以看出，固定装置73直接将载台结构42固定(机械)耦合到轴44。固定装置72也可以用于将载台结构41直接固定(机械)耦合到轴44。然而，在该示例中，可选间隔件环74用于将固定装置72固定(机械)耦合到载台结构41。每个固定装置72和73以及可选的间隔件环74可以由诸如钢的刚性材料制成。

通过使用可选的间隔件环74，在轴44上实现较大距离d2，在该距离d2处附接了载台结构41和42。与在距离d1处将载台结构41和42附接到轴44的情况相比，由于所施加的扭矩，较大的距离d2导致在载台结构之间的角度偏移更大。在载台结构41和42之间的角度偏移与它们被附接到轴44的横向距离成比例。因此，较大的距离d2导致在载台结构41和42之间的角度偏移更明显。这又导致在接收器电路处检测到的接收信号中的毫米波特性的较大偏移，该较大偏移更易于检测、测量并且转换为与所施加的扭矩相对应的扭矩值。

图8至图10提供了该构造的附加变型。图8是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统800的截面图。扭矩测量系统800包括多层载台结构和柔性间隔件。本文中，扭矩测量系统800包括彼此隔开预先确定的距离地固定至轴44的四个载台结构80a-80d，柔性间隔件81a-81c分别插置于它们之间。

另外，一对超材料轨道附接到每个载台结构。因此，提供了八个超材料轨道82a-82h，其中每个轨道经由场效应相互耦合到一个或多个相邻轨道。

可以看出，柔性间隔件81a-81c仅延伸到载台结构80a-80d的内径部分，并且不会延伸到载台结构80a-80d的、超材料轨道82a-82h所在的外径部分。本文中，在超材料轨道82a-82h之间仅存在没有显著吸收或阻尼特点的空气。

固定装置72和73沿着轴44分开距离d3。

图9是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统900的截面图。在这种情况下，扭矩传感器结构可以包括嵌套圆筒91和92作为载台结构，而非其间具有柔性间隔件93的盘。载台结构91通过固定装置73机械固定到轴44，而载台结构92通过固定装置72机械固定到轴44，其中固定装置72和73沿着轴44隔开距离d4。

附加地，扭矩测量系统900包括六个超材料轨道94a、94b、95、96、97a和97b。轨道94a和94b代表第一相互耦合结构，由于作用在其上的场效应，该第一相互耦合结构具有扭矩相关耦合。同样，轨道97a和97b代表第二相互耦合结构，由于场效应，该第二相互耦合结构具有扭矩相关相互耦合。提供两个相互耦合结构作为用于功能安全的冗余测量信道。

轨道95和96是针对它们相应的载台结构91和92的扭矩无关参考轨道，并且可以与角度相关或无关。因此，以上文参考轨道45c和46c所描述的类似方式来使用轨道95和96。例如，轨道95可以用于测量载台结构91的扭矩无关角度位置，而轨道96可以用于测量载台结构92的扭矩无关角度位置。

图10是根据一个或多个实施例的扭矩测量系统1000的截面图。系统1000的扭矩传感器结构的构造与图9所示的构造类似，除rf屏蔽被提供在每个相互耦合结构的两侧上。具体地，成对地提供rf屏蔽(即，隔离轨道)83a、83b、84a、84b、85a、85b、86a和86b，并且每个rf屏蔽都与相应超材料轨道94a、94b、97a或97b相邻。rf屏蔽可以是被用在分隔的超材料轨道之间的金属条带，以便创建限定的边界条件并且避免串扰。

rf屏蔽可以由与超材料轨道94a、94b、97a和97b相同的金属层创建，但是为非结构化的(即，没有基本结构)或以与具有基本结构的超材料轨道94a、94b、97a和97b不同的方式进行结构化，这些rf屏蔽的谐振与超材料轨道94a、94b、97a和97b的基本结构的谐振基本上不同，使得rf屏蔽将两个相互耦合结构彼此隔离。例如，rf屏蔽可以由相对于毫米波具有高吸收率(即，吸收率为80％或更高)的基本结构组成，而超材料轨道94a、94b、97a和97b可以由相对于毫米波具有高反射率(即，反射率为80％或更高)的基本结构组成，反之亦然。因此，rf屏蔽使两个相互耦合结构彼此隔离。

图11示出了根据一个或多个上述实施例形成的两个相互耦合结构。具体地，经由两个超材料轨道形成第一相互耦合结构1101，每个轨道被机械耦合到不同的可旋转载台结构。同样，第二相互耦合结构1102经由两个附加超材料轨道形成，每个轨道被机械耦合到不同的可旋转载台结构。

例如，参考图6a所描述的，第一相互耦合结构1101可以由轨道45a和46a形成，而第二相互耦合结构1102可以由轨道45b和46b形成。

备选地，参考图8所描述的，第一相互耦合结构1101可以由轨道82b和82c形成，而第二相互耦合结构1102可以由轨道82d和82e或者由轨道82f和82g形成。

备选地，参考图9和图10所描述的，第一相互耦合结构1101可以由轨道94a和94b形成，而第二相互耦合结构1102可以由轨道97a和97b形成。

在每种情况下，超材料轨道以在横向方向上限定的宽度，在圆周方向(即，旋转方向)上周向(即，纵向)延伸。

出于解释的目的，假设第一相互耦合结构1101由轨道45a和46a形成，而第二相互耦合结构1102由轨道45b和46b形成。如上文参考图6a所描述的，第一可旋转载台结构41被机械耦合到旋转轴44，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线43旋转。同样，第二可旋转载台结构42被机械耦合到旋转轴44，并且被配置为在旋转方向上围绕旋转轴线43旋转，其中第二可旋转载台结构与第一可旋转载台结构间隔开。

第一超材料轨道45a被耦合到第一可旋转载台结构41，其中第一超材料轨道45a包括第一基本结构阵列。第二超材料轨道45b被耦合到第一可旋转载台结构41，其中第二超材料轨道45b包括第二基本结构阵列。

第三超材料轨道46a被耦合到第二可旋转载台结构42，其中第三超材料轨道46a包括第三基本结构阵列，当向旋转轴44施加零扭矩时，第三基本结构阵列相对于第一基本结构阵列在第一圆周方向上几何偏移。没有向旋转轴44施加扭矩的实例可以被认为是阵列结构的默认位置，并且当向旋转轴44施加旋转力(即，扭矩)时，阵列结构的位置发生改变。第一超材料轨道45a和第三超材料轨道46a通过第一扭矩相关耦合(例如，电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合)彼此相互耦合。

在图11中可以看出，第三超材料轨道46a的第三基本结构阵列相对于第一超材料轨道45a的第一基本结构阵列向下(即，在负圆周方向上)偏移。结果，当向旋转轴施加零扭矩时，两个轨道45a和46a的基本结构根据在第一圆周方向上的第一几何偏移仅部分重叠。

第四超材料轨道46b耦合到第二可旋转载台结构42，其中第四超材料轨道46b包括第四基本结构阵列，当向旋转轴44施加零扭矩时，该第四基本结构阵列相对于第二基本结构阵列在第二圆周方向上几何偏移。第二圆周方向与第一圆周方向相反，意味着一个圆周方向为顺时针方向，而另一圆周方向为逆时针方向。第二超材料轨道45b和第四超材料轨道46b通过第二扭矩相关耦合(例如，电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合)相互彼此耦合。

从图11中可以看出，第四超材料轨道46b的第四基本结构阵列相对于第二超材料轨道45b的第二基本结构阵列向上(即，在正圆周方向上)偏移。结果，当向旋转轴施加零扭矩时，两个轨道45b和46b的基本结构仅根据第二圆周方向上的第二几何偏移而部分重叠。因此，当与轨道45a和46a的几何偏移和重叠相比较时，轨道45b和46b的几何偏移以及因此的重叠以机械方式在相对的圆周方向上。

当向旋转轴44施加扭矩时，在第二可旋转载台结构42上的轨道46a和46b可以相对于在第一可旋转载台结构41上的轨道45a和45b在同一圆周方向上机械偏移。换句话说，在第一基本结构阵列与第三基本结构阵列之间的第一机械重叠中的第一改变和在第二基本结构阵列与第四结构基本阵列之间的第二机械重叠中的第二改变在相同圆周方向上出现，使得第一机械重叠增加而第二机械重叠减小。

例如，如果机械偏移在正圆周方向上，则在轨道45a和46a的基本结构之间的重叠可以增加。因此，在轨道45a和46a的基本结构之间的相互耦合也可以增加。同时，在轨道45b和46b的基本结构之间的重叠可以减小。因此，在轨道45b和46b的基本结构之间的相互耦合也可以减小。

结果，响应于施加到旋转轴的扭矩，第一几何偏移可以减小，使得在第一基本结构阵列与第三基本结构阵列之间的第一扭矩相关耦合增加，而第二几何偏移可以增加，使得在第二基本结构阵列与第四基本结构阵列之间的第二扭矩相关耦合减小。如果轴44的旋转方向翻转，则相反情况也可以成立。

结果，响应于施加到旋转轴的扭矩，第一扭矩相关耦合增加第一量，而第二扭矩相关耦合减小第二量。这些量可以相等或不等，这取决于所使用的基本结构的类型和阵列的图案。

图12示出了连续的相互连耦合结构1104，其由在图11中所描述的相互耦合结构1101和1102部分地形成。另外，第三相互耦合结构1103由耦合到第一可旋转载台结构41的第五超材料轨道100和耦合到第二可旋转载台结构42的第六超材料轨道101形成。

第五超材料轨道100包括第五基本结构阵列，并且插置于第一超材料轨道45a与第二超材料轨道45b之间。第五基本结构阵列可以包括一列或多列基本结构，其围绕旋转轴44周向延伸。

第六超材料轨道101包括第六基本结构阵列，当向旋转轴44施加零扭矩时，第六基本结构阵列与第五基本结构阵列几何对齐(即，完全重叠)。与第五基本结构阵列类似，第六基本结构阵列可以包括围绕旋转轴44周向延伸的一列或多列基本结构。另外，第六超材料轨道插置于第三超材料轨道46a与第四超材料轨道46b之间。

第五超材料轨道100和第六超材料轨道101通过第三扭矩相关耦合(例如，电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合)相互彼此耦合，从而形成第三相互耦合结构1103。因为当没有向旋转轴44施加扭矩时，第五超材料轨道100和第六超材料轨道101几何对齐，所以在该实例中，第三扭矩相关耦合处于最大。

还可以说，第一基本结构阵列、第五基本结构阵列以及第二基本结构阵列形成在横向方向上延伸的第一基本结构连续阵列。同样，第三基本结构阵列、第六基本结构阵列以及第四基本结构阵列形成在横向方向上延伸的第二基本结构连续阵列。两个基本结构连续阵列经由它们的相互耦合形成连续的相互耦合结构1104。

总而言之，第二基本结构连续阵列相对于第一基本结构连续阵列具有几何偏移。本文中，几何偏移在从第二基本结构连续阵列的内圆周向第二基本结构连续阵列的外圆周延伸的横向方向上递增地改变。

例如，第一基本结构连续阵列和第二基本结构连续阵列的最左列(例如，内径)在第一圆周方向上彼此偏移最大量。第一基本结构连续阵列和第二基本结构连续阵列的最右列(例如，外径)在第二圆周方向上彼此偏移最大量。其间的列以递增方式向对齐偏移，对齐在第五轨道和第六轨道100和101上实现。因此，在默认位置中，从左向右存在渐进增量偏移(反之亦然)，其中在两个极端反向偏移之间的重叠列改变发生几何偏移，其中在第三相互耦合结构1103处发生完全对齐(零几何偏移)。

连续的相互耦合结构1104可以用于包括在图4a至图4c、图6a至图6d、图7、图8、图9和图10中的在本文中所描述的盘和圆筒实施例中。

图13a至图13c示出了根据一个或多个实施例的由收发器所使用的各种天线布置的示意图。具体地，由收发器trx47使用天线布置来发射和接收毫米波。收发器trx47被耦合到天线系统110，该天线系统110被布置为与相互耦合结构1101和1102邻近、重叠或以其他方式在空间上对齐，使得发射信号可以朝向相互耦合结构1101和1102定向、并且使得可以从中接收接收信号。在图12的情况下，天线系统110被布置为与连续的相互耦合结构1104邻近、重叠或以其他方式在空间上对齐。天线系统110包括分别被配置为发射和接收毫米波的发射器天线配置48和接收器天线配置49。

在图13a中，示出了相互耦合结构1101和1102中的每个相互耦合结构的一段，其中每个段在圆周方向上进一步延伸以形成围绕旋转轴线的完整环路(即，闭合环路)或局部环路。附加地，每个段可以根据构成超材料轨道的阵列的尺寸(例如，宽度)在横向方向上进一步延伸。

天线系统110包括空间地插置于两个接收天线配置49a与49b之间的发射器天线配置48。备选地，发射天线配置48可以与第一接收天线配置49a的至少一部分和第二接收天线配置49b的至少一部分交错。两个接收天线配置49a和49b可以各自包括单个接收天线或接收天线阵列。同样，发射器天线配置48可以包括单个发射天线或发射天线阵列。因此，发射器天线配置48可以被配置为向第一相互耦合结构1101和第二相互耦合结构1102发射电磁发射信号。

第一相互耦合结构1101被配置为基于施加到旋转轴的扭矩，将电磁发射信号转换为第一电磁接收信号，而第二相互耦合结构1102被配置为基于施加到旋转轴上的扭矩，将电磁发射信号转换为第二电磁接收信号。

备选地，发射器天线配置48可以被配置为经由束成形向第一相互耦合结构发射第一电磁定向束，并且经由束成形向第二相互耦合结构发射第二电磁定向束。第一相互耦合结构被配置为基于施加到旋转轴的扭矩，来将第一电磁定向束转换为第一电磁接收信号。第二相互耦合结构被配置为基于施加到旋转轴的扭矩，来将第二电磁定向束转换为第二电磁接收信号。

收发器trx47的接收器被配置为从接收天线配置49a接收第一电磁接收信号，以及从接收天线配置49b接收第二电磁接收信号。接收器可以包括耦合到每个接收天线配置49a和49b的并行接收路径，其中每个接收路径配置有权重。

接收器被配置为基于例如相位偏移差、谐振频率、反射率、或在两个接收信号之间的幅度来确定基于第一电磁接收信号和第二电磁接收信号而施加到旋转轴的扭矩。

例如，接收器可以被配置为基于第一电磁接收信号和第二电磁接收信号来生成差分信号，以及基于差分信号来确定施加到旋转轴的扭矩。可以通过从一个接收信号或其特点中减去另一个接收信号或其特点来生成差分信号。该特点可以是所测量的两个接收信号的相位偏移、谐振频率、反射率或幅度。例如，接收器被配置为计算在第一电磁接收信号与第二电磁接收信号之间的差，并且基于所计算的差来确定施加到旋转轴的扭矩。

向旋转轴44施加扭矩使得第一电磁接收信号具有相对于电磁发射信号的相位的第一相位偏移，并且使得第二电磁接收信号具有相对于电磁发射信号的相位第二相位偏移。接收器可以被配置为确定第一相位偏移和第二相位偏移，以及基于第一相位偏移和第二相位偏移来确定施加到旋转轴的扭矩。具体地，接收器可以被配置为确定在第一相位偏移与第二相位偏移之间的差，以及基于在第一相位偏移与第二相位偏移之间的差来确定施加到旋转轴的扭矩。附加地或备选地，可以对接收信号的其他特点执行类似分析，以确定所施加的扭矩。

图13b示出了根据用于图13a的天线布置110的收发器trx47的变型。本文中，示出了收发器trx47的接收器47b和发射器。接收器47b包括多路复用器(mux)130，其控制开关131以将第一接收天线配置49a或第二接收天线配置49b可切换地耦合到接收器47b。本文中，时分多路复用可以用于在不同时隙处接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号。因此，如果向相互耦合结构1101和1102两者发射电磁接收信号，则可以在其相应时隙中接收和测量每个电磁接收信号。这种配置可以帮助减少天线的数目。

图13c示出了根据用于图13a的天线布置110的收发器trx47的变型。发射器47a包括多路复用器(mux)130，其控制开关131以将第一发射天线配置48a或第二接收天线配置48b可切换地耦合到发射器47a。接收天线配置49可以在空间上插置于第一发射天线配置48a与第二接收天线配置48b之间。备选地，接收天线配置49可以与第一发射天线配置48a的至少一部分和第二接收天线配置48b的至少一部分交错。

本文中，第一发射天线配置48a被配置为向第一相互耦合结构1101发射第一电磁发射信号，第二发射天线配置48b被配置为向第二相互耦合结构110发射第二电磁发射信号。第一发射天线配置48a和第二发射天线配置48b可以各自包括信号天线或天线阵列。

第一相互耦合结构1101被配置为基于施加到旋转轴44的扭矩来，将第一电磁发射信号转换为第一电磁接收信号，而第二相互耦合结构1102被配置为基于施加到旋转轴44上的扭矩，来将第二电磁发射信号转换为第二电磁接收信号。

为了帮助避免干扰，mux130经由开关131的控制选择性地启用发射天线配置48a或第二接收天线配置48b。例如，时分多路复用可以用于在不同时隙处发射第一电磁发射信号和第二电磁发射信号。

接收器47b被配置为接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号，以及根据本文中所描述的方法中的任一方法，基于第一电磁接收信号和第二电磁接收信号来确定施加到旋转轴的扭矩。

一种确定施加到旋转轴上的扭矩的方法，该方法可以包括：向机械耦合到旋转轴的第一相互耦合结构和第二相互耦合结构发射电磁发射信号；通过第一相互耦合多轨道结构，将电磁发射信号转换为第一电磁接收信号；通过第二相互耦合多轨道结构，将电磁发射信号转换为第二电磁接收信号；以时分多路复用方式接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号；评估接收的第一电磁接收信号和接收的第二电磁接收信号；并且基于所评估的第一电磁接收信号和所评估的第二电磁接收信号来确定施加到可旋转轴的扭矩。

本文中，第一电磁接收信号具有取决于施加到可旋转轴的扭矩的量的第一特性，而第二电磁接收信号具有取决于施加到可旋转轴的扭矩的量的第二特性。评估所接收的第一电磁接收信号和所接收的第二电磁接收信号包括：确定在第一特性与第二特性之间的差。确定施加到可旋转轴的扭矩包括：基于所确定的差来确定施加到可旋转轴的扭矩。

一种确定施加到可旋转轴的扭矩的方法，该方法可以包括：以时分多路复用方式发射第一电磁发射信号和第二电磁发射信号，其中向第一相互耦合结构发射第一电磁发射信号，并且向第二相互耦合结构发射第二电磁发射信号；通过第一相互耦合多轨道结构，将第一电磁发射信号转换为第一电磁接收信号；通过第二相互耦合多轨道结构，将第二电磁发射信号转换为第二电磁接收信号；接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号；评估所接收的第一电磁接收信号和所接收的第二电磁接收信号；并且基于所评估的第一电磁接收信号和所评估的第二电磁接收信号，来确定施加到可旋转轴的扭矩。

本文中，第一电磁接收信号具有取决于施加到可旋转轴的扭矩的量的第一特性，并且第二电磁接收信号具有取决于施加到可旋转轴的扭矩的量的第二特性。评估所接收的第一电磁接收信号和所接收的第二电磁接收信号包括：确定在第一特性与第二特性之间的差。确定施加到可旋转轴的扭矩包括：基于所确定的差来确定施加到可旋转轴的扭矩。

虽然所提供的示例使用盘和圆筒，但是可以使用任何其他几何形状来承载超材料结构，诸如囊。此外，即使从今天的角度来看，平面结构似乎是最具吸引力的生产成本解决方案，载台盘或载台圆筒之间的超材料也不必是平面的，而可以是3d结构化超材料，其依据所施加的扭矩而变形。

进一步地，虽然已经对各种实施例进行了描述，但是对于本领域普通技术人员而言，显而易见的是，在本公开的范围内，更多的实施例和实现方式是可能的。因而，除了根据所附权利要求及其等同物之外，本发明不受约束。关于由上文所描述的部件或结构(组件、设备、电路、系统等)所执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这种部件的术语(包括对“器件”的引用)旨在与执行所描述的部件(即，功能上等同)的特定功能的任何部件或结构相对应，即使不是所公开的在结构上等同于执行本文中所图示的本发明的示例性实现方式中的功能的结构。

更进一步地，以下权利要求由此并入具体实施方式，其中每项权利要求可以独立作为分隔的示例实施例。虽然每项权利要求可以独立作为分隔的示例实施例，但是应当指出，尽管从属权利要求可以在权利要求中是指与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施例也可以包括从属权利要求与彼此从属或独立权利要求的主题的组合。除非指出不旨在特定组合，否则本文中提出了这种组合。更进一步地，权利要求的特征旨在也包括到任何其他独立权利要求中，即使该权利要求没有直接依赖于独立权利要求。

还应当指出，说明书或权利要求书中所公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作中的每个动作的器件的设备来实现。

进一步地，应当指出，说明书或权利要求书中所公开的多个动作或功能的公开内容可能不被解释为在特定次序内。因此，多个动作或功能的公开内容将不会将它们局限于特定次序，除非由于技术原因导致这些动作或功能不可互换。更进一步地，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分成多个子动作。除非明确排除，否则这些子动作可以包括在内，并且作为是该单个动作的公开内容的一部分。

本公开中所描述的技术可以至少部分以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实现，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、或任何其他等同集成逻辑电路或离散逻辑电路、以及这些部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以是指分隔的或与其他逻辑电路或任何其他等同电路组合的任何前述逻辑电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的技术中的一种或多种技术。这种硬件、软件和固件可以在同一设备内或在分隔的设备内实现以支持本公开中所描述的各种技术。

尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言，显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修改，其将实现本文中所公开的概念的优点中的一些优点。对于本领域技术人员而言，显而易见的是，执行相同功能的其他部件可以适当地替换。应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出结构改变或逻辑改变。应当提及，即使在未明确提及的特征中，参考特定附图所解释的特征也可以与其他附图的特征组合。对总发明构思的这种修改旨在要由所附权利要求及其合法等同物覆盖。