CN112955379A - 除冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明的各方面可以体现在用于对块体介质的外表面进行加热的系统中。在一个示例中，该系统包括彼此间隔开且附接至块体介质的两个或更多个耦接条带。各耦接条带具有沿块体介质的表面延伸的多层结构，该多层结构与块体介质相结合地形成电气传输线。该多层结构包括块体介质上的第一介电层、第一介电层上的导电层、导电层上的第二介电层、以及第二介电层上的导电屏蔽层。功率控制系统耦接至各耦接条带的导电层以及块体介质。该功率控制系统被配置为通过向耦接条带提供电流来对块体介质进行加热。

Description

除冰系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月27日提交的美国专利申请号62/723,270的优先权，其内容通过引用而全文并入于此。

技术领域

本说明书涉及导电材料所用的加热系统。

背景技术

许多导电表面(诸如汽车、飞行器和卫星上的导电表面等)在每天使用期间会遇到寒冷和结冰的情况。这些结构的导电表面上的冰或水积聚可能导致低效的或不安全的操作条件。例如，飞行器机翼上的冰积聚可能导致升力降低和增加的阻力。

这些结构中的许多结构不具有加热系统，或者具有需要使用庞大的电子设备或其它设备的加热系统。这种庞大的装置的使用对行业构成了挑战。

发明内容

本说明书描述了用于对导电表面进行加热的技术。这些技术一般涉及使用较高频交流电流(“AC”)信号(例如，高于1kHZ)来使导电块体介质(例如，导电材料)的目标区域中的电流密度成形，从而导致介质的焦耳加热。

焦耳加热(也称为欧姆加热或电阻加热)是电流通过导体产生热的过程。导电介质所产生的热量基于通过介质的电流量以及介质的电阻。因此，可以通过调节电流、电压、电阻或其组合来控制(例如，增加或减少)加热。

可以通过约束电流可以流动的给定导体内的体积并增加电流流动的长度来增加该导体的电阻。本发明的实现可被配置为通过操纵用于对导电介质(例如，块体介质、导体)内的电流进行成形(例如，收缩、延长等)的机构来在块体介质中产生加热：例如，通过使用趋肤效应和邻近效应。这两种效应依赖于使高频AC电流通过要加热的导电介质。趋肤效应通过利用交流电流分布在导体内的趋势来约束电流流动，使得电流密度在导体表面附近增加，并且随着导体中的深度增大而减小。邻近效应可用于通过在导体中流动的现有电流附近放置另一AC电流路径来进一步约束导体中的电流流动。邻近效应也可以用于延长电流路径。

例如，本发明的实现被配置为通过使沿着路径的电流流动收缩来增加沿着通过介质的电流路径的块体介质的电阻。因此，实现可以在导电介质中提供增加的加热性能，同时允许产生热所需的电流的减少。也就是说，通过增加沿着特定电流路径的导电介质的有效电阻，在介质中产生焦耳加热所需的电流将比其它方式所需的电流少。

一般来说，在第一方面，用于对块体介质进行加热的系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至所述块体介质；以及功率控制系统，其耦接至所述电极，所述功率控制系统被配置为通过对所述块体介质中的电流的密度进行成形来产生沿所述电极之间的电流路径的所述块体介质的有效电阻，其中，所述功率控制系统通过调整沿所述电流路径的电流的趋肤深度来对所述块体介质的深度内的电流的密度进行成形，并且所述功率控制系统通过调整电流的邻近效应来对所述功率控制系统跨所述电流路径的方向上的电流的密度进行成形。

第二一般方面可以体现在一种用于对块体介质进行加热的系统中，所述系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至所述块体介质；以及功率控制系统，其耦接至所述电极，所述功率控制系统被配置为通过对沿所述电极之间的电流路径的电流的密度进行成形来对所述块体介质进行加热，从而在所述块体介质中沿所述电流路径产生比所述块体介质对直流电流(DC)的电阻大的有效电阻，其中，所述功率控制系统通过调整电流的趋肤深度来对所述块体介质的深度内的电流的密度进行成形，并且所述功率控制系统通过调整电流的邻近效应来对所述功率控制系统跨所述电流路径的方向上的电流的密度进行成形。

第三一般方面可以体现在一种系统中，所述系统包括：两个或更多个电极，其被配置为耦接至块体介质；以及功率控制系统，其被配置为耦接至所述电极并通过对沿着所述电极之间的通过所述块体介质的电流路径的电流的密度进行成形来对所述块体介质进行加热，从而沿所述电流路径产生比所述块体介质对DC电流的电阻大的有效电阻，其中，所述功率控制系统通过调整电流的趋肤深度来对所述块体介质的深度内的电流的密度进行成形，并且所述功率控制系统通过调整电流的邻近效应来对所述功率控制系统跨所述电流路径的一部分的方向上的电流的密度进行成形。

第四一般方面可以体现在一种系统中，所述系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至块体介质；功率控制系统，其耦接至所述电极并且被配置为以大于1kHZ且小于300GHz的频率沿着所述电极之间的通过所述块体介质的电流路径生成AC电流信号；以及第二电流路径，其被定位成邻近所述块体介质的表面并且沿着通过所述块体介质的电流路径。

第五一般方面可以体现在一种加热系统中，所述加热系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至块体介质；功率控制系统，其耦接至所述电极并且被配置为沿着通过所述块体介质的电流路径生成AC电流信号以对所述块体介质进行加热；以及阻抗调节网络(IAN)，其耦接在加热控制系统和所述电极之间并且被配置为调节所述加热控制系统的阻抗以与所述块体介质的阻抗相对应。

第六一般方面可以体现在一种加热系统中，所述加热系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至块体介质，所述两个或更多个电极中的各电极包括至少与所述块体介质一样导电的材料并且以使所述电极和所述块体介质之间的接触电阻减小的方式耦接至所述块体介质；以及功率控制系统，其被配置为耦接至所述电极，所述功率控制系统被配置为通过对沿着所述电极之间的通过所述块体介质的电流路径的电流的密度进行成形来对所述块体介质进行加热，从而沿所述电流路径产生比所述块体介质对DC电流的电阻大的有效电阻，其中，所述加热系统通过调整沿所述电流路径的电流的趋肤深度来对电流的密度进行成形。

第七一般方面可以体现在一种飞行器除冰系统中，所述飞行器除冰系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至飞行器的一部分；功率控制系统，其耦接至所述电极并且被配置为通过经由以下操作对沿着所述电极之间的通过所述块体介质的电流路径的电流的密度进行成形来对所述块体介质进行加热：沿着所述电极之间的通过飞行器的一部分的电流路径并且以1MHz至50MHz之间的频率生成AC电流信号，其中，所述频率使得通过调整沿所述电流路径的电流的趋肤深度来在第一方向上对电流的密度进行成形；以及提供第二电流路径，所述第二电流路径被定位成沿着通过所述飞行器的所述部分的所述电流路径的至少一部分并且在所述飞行器的所述部分的表面的10cm的邻近度内，其中，所述第二电流路径对所述飞行器的所述部分的表面的邻近度使得通过调整沿所述电流路径的一部分的电流的邻近效应来在不同的第二方向上对电流的密度进行成形。

第八一般方面可以体现在一种用于对块体介质的外表面进行加热的系统中。所述系统包括彼此间隔开且附接至所述块体介质的两个或更多个耦接条带。所述耦接条带中的各耦接条带具有沿所述块体介质的表面延伸的多层结构，所述多层结构与所述块体介质相结合地形成电气传输线。所述多层结构包括所述块体介质上的第一介电层、所述第一介电层上的导电层、所述导电层上的第二介电层、以及所述第二介电层上的导电屏蔽层。功率控制系统耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层以及所述块体介质。所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述块体介质的表面进行加热。在各种实现中，所述块体介质可以是飞行器蒙皮、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

第九一般方面可以体现在一种用于对结构的外部进行加热的系统中，其中，所述结构由非导电材料制成。所述结构包括嵌入在其中的块体导电材料。所述系统包括彼此间隔开且附接至所述结构的两个或更多个耦接条带。所述耦接条带中的各耦接条带具有沿所述结构延伸的多层结构，所述多层结构与嵌入在所述结构内的块体导电材料相结合地形成电气传输线。所述多层结构包括与所述块体导电材料重叠的导电层、以及所述块体导电材料和第一导电层之间的第一介电层。所述功率控制系统耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层以及所述结构。所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述结构的表面进行加热。在各种实现中，所述结构可以是飞行器蒙皮、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

第十一般方面可以体现在一种安装块体介质加热系统的方法中。所述方法包括获得耦接条带，其中各耦接条带包括多层结构，所述多层结构包括第一介电层、与所述第一介电层重叠的导电层、与所述导电层重叠的导电屏蔽层、以及所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层。所述方法包括将所述耦接条带中的各耦接条带附接至块体介质的表面且彼此间隔开，其中各耦接条带的第一介电层定位在所述块体介质和所述导电层之间。所述方法包括将所述耦接条带中的各耦接条带的导电层耦接至功率控制系统，所述功率控制系统被配置为向所述耦接条带提供电流。在各种实现中，所述块体介质包括飞行器蒙皮、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

可以实施本说明中所描述的主题，以实现以下优点中的一个或多个优点。可以使用较轻、较不庞大的电气系统来对导体进行加热。另外，加热可以局部化到目标区域，并且不使加热系统电路过热。加热系统可以例如通过直接在块体介质(例如，飞行器机翼)本身中产生热、而不是在附接至块体介质的加热元件或加热层中产生热来更高效。系统还可以使用较少的电流和电压来进行加热，这可能提高安全性和可靠性。在一些实现中，组件应力也可以减少。系统的安装或改装可以更容易、更快或更便宜。系统的维护可以更便宜或更容易。系统在被改装为现有系统时可以是非侵入性的。系统在除冰时可以更快。

在以下附图和说明书中详细阐述了本说明的主题的一个或多个实现。根据说明书、附图和权利要求，本主题的其它特征、方面和优点将变得明显。

附图说明

图1是用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。

图2A～2B是示出用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图，该示例性设置利用趋肤效应以使电流密度在块体导体中集中在第一方向。

图3是示出由于趋肤效应而引起的作为施加AC电流的函数的电流密度的增加集中的标绘图。

图4A～4D是示出用于对块体介质进行加热的示例性设置的示意图，该示例性设置利用邻近效应以使电流密度在块体导体中集中在第二方向。

图5A～5B是示出由于邻近效应而引起的作为导体之间的距离的函数的第二导体附近的块体导体中的电流密度的增加集中的模拟图形。

图6A是用于使用电极阵列对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。

图6B～6D是用于使用各种电极布置对块体介质进行加热的示例性设置的示意图。

图7是包括变换到标准化功率(“TSP”)主子单元和AC产生(“ACG”)主子单元的示例性信号变换单元(“STU”)的示意图。

图8是包括TSP主子单元、ACG主子单元和控制主子单元的示例性STU的示意图。

图9A是包括反激转换器和共式扼流圈的示例性TSP子单元的示意图。

图9B是示例性反激转换器的示意图。

图10A是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器、温度控制石英振荡器(“TCXO”)和栅极驱动器的示例性ACG子单元的示意图。

图10B是示例性D类开关式放大器的示意图。

图10C是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器、TCXO、栅极驱动器和低功率转换级(“LPC”)的示例性ACG子单元的示意图。

图11是包括微控制器和LPC的示例性控制子单元的示意图。

图12是源和负载之间的阻抗调节网络的图。

图13A～13D是示例性阻抗调节网络构建块的示意图。

图14是包括被动调节子单元的示例性调节网络单元的示意图。

图15A是包括主动调节子单元和控制子单元的示例性调节网络单元的示意图。

图15B是包括主动调节子单元、LPC和控制子单元的示例性调节网络单元的示意图。

图16是示例性加热系统中的线缆级的示意图。

图17是加热系统所用的示例性电极的示意图。

图18A是电极和块体介质之间的示例性钎焊接头附接的示意图。

图18B是电极和块体介质之间的示例性铆钉紧固件附接的示意图。

图18C是电极和块体介质之间的示例性空气密封带附接的示意图。

图18D是电极和块体介质之间的示例性组合附接的示意图。

图19是根据本发明的实现的用于向块体介质提供高频加热信号的示例性耦接条带的截面图。

图20描绘了飞行器机翼上的图19的耦接条带的示例性布局。

图21描绘了若干示例性耦接条带的俯视图，以示出耦接条带内的导电层的各种配置。

图22A描绘了由示例性耦接条带在飞行器蒙皮中产生的模拟电流密度以及耦接条带和飞行器蒙皮之间的电场密度的标绘图。

图22B描绘了在图22A所描绘的飞行器蒙皮中产生的模拟电流密度的标绘图。

图23描绘了耦接条带内的若干示例性导电层布置的布局图。

图24A描绘了根据图23的布局A在A-A’处截取的耦接条带的截面图。

图24B描绘了根据图23的布局B在B-B’处截取的耦接条带的截面图。

图24C描绘了根据图23的布局C和布局D在C-C’处截取的耦接条带的截面图。

图25A描绘了用于将耦接条带附接至块体介质的示例性配置的截面图。

图25B描绘了用于将耦接条带附接至块体介质的另一示例性配置的截面图。

图26A是具有双面附着剂底层的耦接条带在安装于块体介质上之前的截面图；图26B是安装在块体介质上的图26A的耦接条带的截面图。

图27A～27F描绘了嵌入式耦接条带的各种实现的截面图。

图28描绘了耦接条带连接器的实现的图。

图29描绘了耦接条带连接器的另一实现的图。

图30是根据本发明的实现的利用耦接条带的第一示例性块体介质加热系统的框图。

图31是根据本发明的实现的利用耦接条带的第二示例性块体介质加热系统的框图。

图32是根据本发明的实现的利用耦接条带的第三示例性块体介质加热系统的框图。

各个附图中的相同附图标记和标示表示相同元件。

具体实施方式

本说明书的加热系统使用AC电流以增加导电材料(例如，铝、碳纤维复合材料)的有效电阻，以便更容易对其进行加热。一般来说，在导电材料中产生的热可用于融化在导电材料表面上形成的冰。热还可用于将导电材料保持在升高的温度，以防止表面的气相沉积或防止水在表面冻结以及防止冻结降水(例如，雪、冰球、雾、冻雨)在表面积聚。例如，在导电材料中产生的热可以在整个导电材料中传导(例如，扩散)。另外，所产生的热可以引起跨导电材料和表面上的任何液体之间的界面的对流，以便例如对液体进行加热并防止其冻结。

可以利用交流电流来感应增加导电材料的有效电阻的许多电磁效应，从而促进在导电材料中使用焦耳加热进行发热。这种效应包括趋肤效应、邻近效应、感应、涡流、滞后损耗和介电损耗。利用趋肤效应，如果导体中的电流的频率被设置为足够高的值，则大部分电流将通过导电材料的趋肤深度，该趋肤深度显著小于导电材料的几何厚度。另外，可以使用特定的装置几何形状来在导电材料内产生邻近效应，这将进一步约束电流密度的宽度，从而进一步增加沿着导电材料内的电流路径的有效电阻。总之，这两种效应可用于增加导电材料的电阻并导致焦耳加热。

例如，焦耳加热一般是指通过使电流通过导体而产生的热。在给定载流导体中产生的热与材料的电阻乘以电流幅值的均方根的平方成正比：

P∝I²R。

一般通过增加通过导体的电流并且通过具有相对较高的电阻加热元件来增加从加热元件输出的热。然而，本发明的实现通过利用特定电磁现象(例如，趋肤效应和邻近效应)使块体介质内的局部电流的电流密度收缩来产生焦耳加热。电流密度的这种收缩在块体介质内沿电流路径产生增加的有效电阻。虽然特定效应可以在不同材料中以不同几何形状而不同，但是沿着通过块体介质的电流路径的给定长度的有效电阻一般可以表示为：

其中ρ表示电流流过的材料的电阻率，l表示电流路径的长度，以及A_eff表示电流密度的收缩截面积。本发明的实现使用电磁现象来将A_eff减小至比沿电流路径的块体介质的截面小的面积，从而使块体介质的有效电阻增加到高于块体介质对DC电流的电阻。

本发明的一些实现可以使用这些电磁现象来增加通过块体介质的电流路径的长度。例如，如以下参考图4D所述，这里描述的技术可用于使沿着附接至块体介质的两个电极之间的非直接路线(例如，蛇形路径)的电流路径“转向”。非直接路线可以产生电流路径，该电流路径例如具有比一般将通过在没有诸如邻近效应等的电磁效应的情况下在两个电极之间通过电流而产生的基本直线路径长的有效长度(l_eff)。因此，这里描述的系统可以将电流路径长度l增加到比在没有这里描述的各种系统和导体布置的情况下电流将采用的直接路径长的有效长度(l_eff)。因此，这种实现可以通过使流过块体介质的电流的有效截面积(A_eff)收缩并且还增加电流穿过块体介质的有效长度(l_eff)来增加有效电阻(R_eff)，从而使块体介质的有效电阻进一步增加到高于块体介质对DC电流的电阻。在这样的实现中，有效电阻一般可以表示为：

通过使用这种技术，本发明的实现可以在导电块体材料(例如，铝、铜、钢及其合金)中产生高局部电阻。

如这里所使用的，趋肤效应一般是指交流电流在导体中不均匀分布的趋势，使得电流密度在导体表面附近较大，并且随着到导体表面的距离的增加而减小。趋肤效应的强度随着电流的频率以及运载电流的材料的导电率而增加。本发明的一些实现可以调整趋肤效应，以使电流以较高AC频率更多地在导体的外表面(例如，“趋肤深度”)处流动。

一般来说，导体中的趋肤效应可以由下式表示：

J＝J_Se^-(1+j)d/δ其中

其中J是电流密度，J_s是表面电流密度，d是计算电流密度的点的深度，δ是趋肤深度，ρ是导体的电阻率，ω是电流的角频率，μ是导体的磁导率，ε是导体的介电常数。在具有基底半径R的圆柱形导体的情况下，电流密度可进一步推导为：

其中J₀是第一类0阶贝塞尔函数。

在表面电流流动的矩形、无限长且宽的板的情况下，趋肤效应可由下式表示：

其中，J_s是强制表面电流，ζ是板导电率，e是板厚度，以及sh是双曲正弦函数。例如，在图3中示出并在下文更详细讨论的图表示出由趋肤效应引起的圆柱形导体中的材料深度(例如，趋肤深度)内的电流密度收缩的示例。如上文所述，有效截面的这种收缩增加了导体的有效电阻。

例如，在图3中示出并在下文更详细讨论的图表示出由趋肤效应引起的材料深度(例如，趋肤深度)内的电流密度收缩的示例。

如这里使用的，邻近效应一般是指第一电流路径(例如，导体)中流动的AC电流对附近的第二电流路径中流动的AC电流的电流密度的影响。例如，如在图5A～5B中示出并在下文更详细地描述，第一电流路径中的AC电流导致第二电流路径中的AC电流的密度“聚集”或收缩在第一电流路径周围。在本发明的实现中，例如，当将导体放置成邻近通过块体介质的电流时，通过块体介质的电流的密度被朝向运载AC电流的另一导体“牵引”。由邻近效应引起的电流密度收缩(例如，聚集)的程度和方向取决于若干变量，例如包括两个或更多个AC电流路径之间的距离、各个电流路径中相对于彼此的电流行进方向、电流路径中的AC电流的频率以及电流路径中的各个电流的幅度。

为了清楚起见，将参考飞机外表面所用的除冰和防冰系统的示例情景来描述本发明的加热系统。然而，本发明的加热系统可用于其它情景，包括但不限于加热其它飞行器、无人机、风力涡轮机、低温操作单元、热泵、汽车、无线电塔、铁路轨道、有人或无人军用车辆、屋顶的表面或者加热可从冰或水形成的控制中受益的其它导电表面。加热系统可用于除冰或防冰。在一些实现中，加热系统可用于通过例如在非导电材料上方或内部施加导电层来加热较不导电的材料。这种实现可用于加热道路(例如，车道)、建筑材料、屋顶、地板或其它低导电或非导电材料的表面。

如这里所使用的，除冰一般是指从表面去除雪、冰或霜(统称为“冰”)。在一些实现中，加热系统只能熔化导电表面上的现有冰的一部分。然后(例如，通过一旦融化过程开始并且冰-表面结合破裂就滑离表面)将冰从表面去除。

如这里所使用的，防冰一般是指防止雪、冰或霜(统称为“冰”)在表面的形成或粘附。在一些实现中，加热系统使表面温度保持足够高，以防止冰在表面形成并防止冰积聚或形成(例如，防止诸如雪、霜、冰球、冻雨等的冻结降水)。

图1示出用于加热块体介质的示例加热系统100的框图。加热系统100包括耦接到电极116和118的功率控制系统104。电极116和118耦接到块体介质102的目标区域(例如，飞行器机翼的一部分)。功率控制系统104跨通过电线(或路径或线缆)106、块体介质102和最终的电线(或返回路径)108的闭路来产生交流电流(AC电流)(例如，频率为1kHz或更高)。通过电线的电流112的方向由虚线箭头指示。

在一些实现中，加热系统100可以包括但不限于功率控制系统104、电极116和118以及专用线缆(例如，电线108和106)。在一些实现中，加热系统被配置成耦接到电极116和118。在一些实现中，加热系统被配置成耦接到专用线缆(例如，108或116)。在一些实现中，功率控制系统104可以包括但不限于信号生成单元、电源、信号变换单元、阻抗调节网络、控制单元和传感器，其具体配置在下文中更详细地描述。如下文详述的，在一些实现中，阻抗调节网络是阻抗匹配网络。

在一些实现中，电极116和118是接触电极。例如，电极116和118物理连接到块体介质102以将电流从功率控制系统104传导到块体介质。在一些实现中，电极116和118可以耦接到块体介质102，但与块体介质102电气绝缘。例如，在这种实现中，电极116和118可以是感应线圈的输入和输出，该感应线圈被定位成邻近块体介质102以在块体介质102中磁感应出电流。

功率控制系统104可以以足够高的频率(例如，高于1kHz)供给电流，以通过调整趋肤效应来使电极116和118之间的电流流动在z方向上收缩，从而导致块体介质102的电阻较高。例如，功率控制系统104可以以1kHz至300GHz之间的频率提供AC电流。在一些实现中，电流频率在10kHz至30GHz之间。在一些实现中，电流频率在100kHz至450MHz之间。在一些实现中，电流频率在1MHz～50MHz、100MHz～150MHz、200MHz～300MHz、400MHz～500MHz或800MHz～1GHz的范围内。

在一些实现中，返回路径108被布置成紧邻块体介质102的表面。返回路径108相对于块体介质表面的邻近度可用于调整在电极116和118之间流动的电流的邻近效应，从而进一步使电流收缩并增加块体介质内的加热。为了利用邻近效应来使电极116和118之间流动的电流成形，无需使用来自加热系统电路本身的返回电流路径108。在一些实现中，(例如，来自不同电路的)另一电流路径122可被放置成与块体介质102非常邻近(例如，距离120a)。例如，当电流路径108或122与块体介质102的距离120或122a足够小时，可以使用邻近效应来进一步约束通过块体介质的电流。

例如，块体介质和路径108(或122)之间的距离120(或120a)可以小于1m，或小于50cm，或小于10cm，以产生邻近效应。如果在考虑设计约束(例如，以飞机机翼作为块体介质，其中飞机的翼肋或翼梁不在返回路径108/122的途中)的情况下，较近的距离是可能的，则距离120(或120a)可以小于25cm或小于10cm。

块体介质102可以包括诸如但不限于铝、金属合金、碳纤维复合材料、铜、银、钛或钢等的材料。例如，块体介质可以是飞行器机架的任何部分(例如，飞机最外面的壳或表面，也称为飞机的“蒙皮”)，诸如机身、机翼、起落架、尾翼等。

电极(116和118)可以包括诸如但不限于铝、银、铜、其合金或其它导电材料等的材料。在一些实现中，电极材料至少与块体介质102一样导电。在一些实现中，电极116和118可以布置成电极的阵列。电极可以以多种方式耦接到块体介质，例如耦接到介质的顶面或底面或嵌入在介质内。

加热系统100被配置为通过对通过块体介质102的电流的密度进行成形来产生通过该介质的有效电阻。换句话说，对于飞机应用，飞机的现有机架将用作加热系统的电路的一部分。加热系统100通过调整趋肤效应、邻近效应或其组合以沿着电极116和118之间的电流路径增加块体介质102的有效电阻，来对电流密度进行成形。在一些情况下，还利用邻近效应来引导电流路径，例如如图4D所见，以对块体介质的期望部分进行加热。块体介质的期望加热部分可被称为“目标加热位置”或“目标位置”。

在一些实现中，频率为1kHz或更高的交流电流可直接通过飞机的机架。作为结果，焦耳加热将发生在机架表面附近有电流通过的部分。另外，由电流产生的热将通过在整个块体介质102中传导来扩散。

参考图2A～2B，加热系统100通过利用趋肤效应来对通过介质目标区域102的电流密度进行成形。如图1中，通过块体介质102的目标区域跨电极116和118施加(沿方向212的)AC电流。图2A是示出在没有趋肤效应(例如，电流频率低于1kHz)的情况下的通过块体介质102目标区域的电流密度202的分布(例如，侧视图)的示意图。电流在y方向(212)上行进，其中大部分电流在由箭头指示的介质102的体积内流动。例如，电流具有约2mm的深度206，例如，几乎是块体介质的整个厚度。正因如此，图2A示出系统100的操作，其中很少或没有通过趋肤效应使电流密度成形。

图2B是由于跨电极施加较高频率的AC电流(例如，超过1kHz)而产生的电流密度202的分布的示意图。图2B示出通过趋肤效应对电流密度进行成形的系统100的操作。例如，由于以高频操作加热系统100所产生的趋肤效应，流过块体介质102的电流密度202的深度在z方向上收缩到块体介质102的表面附近的窄区域。此外，电流流动区域中的块体介质102的有效电阻被充分地增加，使得可以在该区域实现焦耳加热，而不会使电路的其余部分(例如，电线、电源、逆变器、调节网络、电极)过热。块体介质对目标区域中的AC电流的有效电阻可以大于块体介质对DC电流的电阻。例如，有效电阻可以比块体介质对DC电流的电阻高两个或更多个数量级。

图3是示出由于趋肤效应而引起的作为施加AC电流的函数的电流密度(y轴，归一化到1)向材料深度(x轴，归一化到1)的集中的标绘图。电流密度沿介质厚度(z方向)呈指数衰减。随着频率从1kHz增加到10MHz，电流密度在块体介质表面附近变得更集中。因此，频率越高，衰减就越明显。换句话说，趋肤效应使电流密度收缩，从而导致电流通过块体介质表面附近的薄层。因此，在该层中也将发生焦耳加热。

图4A是用于利用邻近效应来进一步约束电流密度的系统400的侧视示意图。如图1中，电极116和118附接到块体介质102(例如，机身上的目标区域)并使AC信号(例如，超过1kHz)通过以创建具有通过介质的方向412的电流密度(或路径)410。返回路径108位于距介质中的电流路径(或密度)410的距离120内，并且具有与方向412不同的方向112。在一些实现中，返回路径108与块体介质102电气绝缘。例如，返回路径108可以是位于块体介质102的距离120内的电线或线缆。返回路径108可以是完成系统400的电路的电线或线缆。

如果返回路径108足够接近电流路径410(例如，小于50cm)，则返回路径108中的AC电流将电流路径410中的电流约束在跨电流路径410的电流流动路径的方向上。换句话说，将返回路径108定位成足够接近电流路径410，这导致电流路径410中的电流流动的截面积收缩。例如，参考图4A～4C，电流在电极116和118之间沿两个方向(例如，如图所示的x方向和z方向)收缩。例如，如图4D所示，邻近效应根据电流流动的方向使电流密度410沿x方向或y方向收缩。例如，在电流沿x方向流动的情况下，邻近效应使电流沿y方向收缩。例如，邻近效应主要使电流跨电流流动的方向收缩，而趋肤效应主要使电流密度在块体介质的深度内(例如，沿如图2A和2B所示的z方向)收缩。在一些情况下，邻近效应还可以增加块体介质102的深度(例如，z方向)中的电流密度的收缩，例如，在利用趋肤效应和邻近效应这两者的实现中增强趋肤效应。在一些实现中，邻近效应还可用于限定通过块体介质的电流流动的方向(例如，电流通过块体介质102所遵循的路线)。

图4B～4C是从顶部看到的系统400的示例性示意图。电极116和118附接到块体介质目标区域102，并使AC信号(例如，超过1kHz)通过以创建具有通过介质的方向412的电流密度(或电流路径)410。返回路径108位于与块体介质102中的电流路径(或密度)410不同的x-y平面(虚线)中。在一些实现中，返回路径108中的电流流动位于与通过块体介质102的电流路径410中的电流流动方向412不同的方向112中。例如，在一些实现中，返回路径108中的电流流动的方向112与电流路径410中的电流流动的方向412相反。当返回路径108到电流路径412的距离120足够小(例如，低于50cm)时，如图4C所示，由于邻近效应，在块体介质102内的电极116和118之间流动的电流将聚集在靠近返回路径电线的位置处(例如，在y方向和z方向上收缩)。如图4B所示，返回路径108远离块体介质102的距离越大，块体介质102中的电流路径412受到的约束就越小。

图4D是从顶部看到的系统450的另一实现的示例性示意图。如在先前的系统100中，电极116和118附接到块体介质102的目标区域。返回路径108被定位成邻近块体介质102并且在与块体介质102内的电流路径410不同的x-y平面中。所示的实现展现了返回路径108(或另一单独的电流路径)可如何用于对电流410通过块体介质102所遵循的路径进行成形。例如，通过将第二电流路径(例如，载流电线或线缆，诸如返回路径108等)放置成邻近块体介质102，可以利用邻近效应来约束跨电流流动方向的电流密度的宽度并且还对块体介质102内的电流路径410进行成形。图4D还展现出，邻近效应跨电流流动方向约束沿电流路径410的电流密度。例如，在图4D中，沿电流路径410的电流密度被约束在基本上垂直于路径410的各段中的电流流动方向的方向上，并且块体介质102内的电流路径410符合遵循返回路径108的形状。更具体地，在电流路径410的A部分中，电流被引导成沿着x方向流动，并且电流密度在y方向和z方向上收缩。在电流路径410的B部分中，电流被引导成沿着y方向流动，并且电流密度在x方向和z方向上收缩。

如图4D所示，利用邻近效应将电流路径成形为更复杂几何形状的能力可以提供许多优点。首先，这种路径几何形状可用于增加有效电流路径长度l。如上所述，增加的路径长度导致增加的电阻，因此导致增加的焦耳加热。第二，电流路径几何形状可被配置成将电流流动引导至用于加热的战略位置。第三，电流路径几何形状可用于在电流路径的尖角处创建增加的加热区域(例如，热点)。

由于邻近效应和趋肤效应的组合而引起的块体介质对目标区域中的AC电流的有效电阻可以大于块体介质对DC电流的电阻。例如，有效电阻可以比块体介质对DC电流的电阻高两个或更多个数量级。

图5A～5B是示出由于邻近效应而引起的作为导体之间的距离120的函数的第二导体/路径108附近的块体导体目标区域102中的电流密度的增加集中的模拟图形。当距离120减小时，块体导体和第二路径中的电流足以引起邻近效应(例如，超过1kHz或10MHz)。例如，如图5A所示，当距离120为20cm时，电流密度410在x-y平面中保持大致均匀。当距离120减小到2cm时，如图5B那样，邻近效应引起电流410在x-z平面中围绕返回路径108“聚集”或“收缩”。这是通过大部分电流410聚集在沿块体导体的窄条上并且遵循第二导体的路径(108)(例如，返回路径或其它载流电线)来实现的。换句话说，电流410遵循最小电感路径，而不是均匀地扩散在整个块体介质中。

在一些实现中，使用除返回路径108之外的电线来引起邻近效应，如图1中的路径122所示。在这种情况下，该电线中的电流振荡可以由或可以不由与路径106和108相同的系统(例如，功率控制系统104)驱动。在这种情况下，电线122的邻近效应将取决于电线112与块体导体中的电流路径412的距离。就如返回路径108那样，电线122可能需要足够接近路径412(例如，低于50cm)。

一般来说，功率控制系统104通过电极(例如，116和118)和定制的电导体(例如，专用电线或专用线缆)将电流递送至块体介质102以形成闭路(参见图1)。以下将进一步详细说明这三个组成部分。

在一些实现中，如图6A所示，电极116和118包括输入电极和输出电极的阵列。电极系统600包括形成电极阵列116的三个输入电极116(1)～(3)以及形成电极阵列118并导致块体介质中的相邻电流路径410的三个输出电极118(1)～(3)。如上详述，由于返回电线108中的电流112引起的邻近效应约束了块体介质中的电流密度410。

一般来说，可以使用各种电极几何形状以在块体介质102的目标区域中实现期望加热。例如，参考图6B，系统610示出用于施加通过块体介质的目标区域102的电流的两个电极布置116和118(具有输入/输出电线106和108)。电极布置116和118可以是如图6A所示的一个或多个电极的阵列。图6C～6D分别是用以加热例如飞行器机翼上的目标区域120的其它电极配置620和630的示意图。如图6A所示，由116、118和640指示的电极布置可以是单个电极或一个或多个电极的阵列。以下进一步详述了电极形状和设计。

在一些实现中，块体介质是飞机的蒙皮，并且用于加热的目标区域包括但不限于以下项：机翼、机身、垂直稳定器、水平稳定器、窗、小翼、风挡、控制表面(襟翼、副翼、舵、升降舵、空气制动器等)，鼻/鼻锥、起落架、起落架制动器、起落架门、发动机和发动机舱、AC入口和出口、燃料箱通风口、皮托管头、静压口、以及其它天线、传感器和外部灯、燃料箱通风口、维修面板。换句话说，所提出的技术可以涉及将电极放置在机架内部(在一些情况下，放置在图6A～6D所示的一个或多个配置中)。在一些实现中，加热系统100将在目标区域的部分中产生焦耳加热，并且随后，材料内的传导可导致更“扩散”的加热。

一般来说，功率控制系统104包括信号生成系统，该信号生成系统被设计为生成高频(例如，高于1kHz)交流电信号(AC)并将其发送通过块体介质的上述目标区域102。在目标区域的阻抗低(在一些情况下远低于1Ω)的一些实现中，信号生成系统被配置为生成并维持期望电流水平，以在目标区域处产生焦耳加热。在一些情况下，由于系统的其它部分(例如，传输信号的电导体或电线)的阻抗高于零，因此通过这些部分的高电流将在目标区域之外产生不期望的焦耳加热。出于该原因，在一些实现中，信号生成系统被设计为使得仅高电流被递送至靠近目标区域的位置。

在一些实现中，信号生成系统的元件/单元中的一些或全部以及连接它们的导电单元/线缆被设计成尽可能多地减少在传输高电流和高频电磁信号时通常发生的不期望的功率损耗。

在一些实现中，信号生成系统可以从现有电源(例如，飞行器上的现有电气总线)接收功率。在一些实现中，系统使用作为系统的一部分的定制电池或定制电源。例如，这种定制电源可以包括但不限于：基于燃料的发电机、基于太阳能的发电机、基于风力的发电机、基于燃气动力的发电机等。在一些实现中，信号生成系统可以放置在电源(例如，现有电气总线、定制电池、定制电源)和目标区域之间的电路中。

另外，在一些实现中，信号生成系统可以包括作为独立单元存在和/或嵌入在作为信号生成系统的一部分的其它单元的组合内的控制电路和装置。

在一些实现中，加热系统100用于加热许多不同的目标区域。在这种情况下，加热系统的各元件或单元(例如，信号变换单元、阻抗调节网络等)可以对于整个系统集中，或者分布为各目标区域或目标区域组的不同单元或更多。集中或分布配置可用于改进系统功能、能量效率、成本、法规遵从性、重量、大小和复杂性以及其它标准。例如，在一些实现中，信号变换单元是集中的，而阻抗调节网络分布到各目标区域的一个或多个单元中。在一些实现中，信号变换单元仅部分地利用集中TSP(“变换到标准化功率”)子单元集中，而是利用ACG(“AC产生”)子单元分布为各目标区域或目标区域组的一个或多个子单元。在一些实现中，信号变换单元完全分布，其各子单元分布为各目标区域或目标区域组的一个或多个子单元。

在一些实现中，功率控制系统104以连续方式向目标区域102发送功率，直到加热/除冰/防冰操作完成为止。在一些实现中，系统可以以改进/高效的方式(例如，使用控制单元)接通和关断电源，以在导电材料102中实现期望的热产生和热分布。例如，在系统接通期间，热在目标区域的特定位置产生，并跨目标区域进行传导，从而“传播”到目标区域的其余部分。在系统关断期间，所产生的热继续在目标区域内传导。

在一些实现中，系统可以包括针对接通状态的不同功率水平，并且以改进的方式循环通过关断状态和不同功率水平。在一些实现中，与一步功率增量或减量相反，可以通过功率的平滑增加/减少来达到特定功率水平。这种脉冲功率系统模式可以在构建系统时完全预规定，或者可以基于形成系统的控制单元的反馈环路而变化和动态改进，如下文进一步详述。

在加热系统包括若干目标区域的一些实现中，上述的脉冲功率模式可以跨所有目标区域异步使用，使得所有目标区域将在期望时间量内加热，同时将总平均功率水平和总瞬时功率水平保持在设置阈值以下。例如，对于两个机翼、机身以及水平和垂直稳定器将被加热的飞行器除冰系统，这种分阶段功率模式可被设计成使得一次仅针对一个目标区域接通系统。在一些实现中，分阶段功率模式可以是：针对左翼、然后是机身、然后是右翼、然后是垂直稳定器、然后是水平稳定器为系统通电。

在一些实现中，可以在各级使用改进的定时，以实现期望的热、平均功率、瞬时功率水平以及可接受热分布。在一些实现中，与上述模式类似，可以在给定时间加热目标区域的任何子集。

在一些实现中，作为加热系统设计的一部分提及的一个或多个单元或元件将具有外壳。这种外壳可被设计用于单个单元或任何单元组合。在一些实施中，外壳被设计成符合环境鉴定标准。例如，外壳可被设计成符合诸如不可燃性、防止降水、提供外部冲击和振动保护的附接和构建、电气绝缘、防止外部电磁干扰(“EMI”)和屏蔽封闭电路的EMI发射以及热缓解等的标准。

在一些实现中，一些外壳可被设计成诸如使用被加热物体(例如，块体导电材料)的结构作为散热器。例如，加热系统的一个或多个单元可被容纳在金属或导电结构中，这些金属或导电结构被安装成对其所在的块体介质具有高导热性。这种安装的一个可能益处是既加热块体介质又为电子设备提供必要的冷却。这种设计的另一可能优点是通过消除提供单独的散热器以耗散损耗的需要来减轻加热系统(或装置)的重量。在一些实现中，目标区域可用作加热系统单元的散热器的一部分。这种使用可提高加热系统的效率，因为加热系统的电路不可避免地产生可被传导到目标区域以加热这些目标区域的热损耗。

在一些实现中，可以采用多种附着剂或安装类型来将外壳安装到块体介质上。例如，主要用于保持机械刚性的附着剂可用于将壳体保持在适当位置，而不同附着剂(或界面)可用于为外壳的散热功能提供较低的热阻抗路径。

在一些实现中，加热系统的一个或多个单元可被配置为检测一个或多个测量，包括但不限于在单元的电路、周围线缆、其它单元或目标区域上测量到的电压、电流、温度、正向功率和反射功率。在一些实现中，这样的测量随后可用于监测单元的操作状况并(使用反馈机制)控制其操作，包括开启/关闭、输出电平以及开关和可调谐部分的电路内控制以进行改进(下文找到与动态调节网络内的开关和可调谐部分的控制有关的更多详情)。受控参数可以包括负载的功率和/或负载的电流、调节网络中的电压控制以及其它相关信号。

在一些实现中，用作上述反馈环路的一部分的测量还可包括可安装在目标区域上或附近的特定冰传感器。这种传感器例如可用于向加热系统和/或用户通知除冰完成状况，并用作用以在除冰和防冰操作阶段调节功率水平的输入。在一些实现中，冰传感器还可用于确定系统内的故障和/或服务需求。

在一些实现中，加热系统可以包括协议转换器控制单元(或“控制单元”或“控制子单元”)，从用户(在飞行器除冰系统的情况下可以是飞行员或副飞行员)和/或系统的传感器获取输入并向所有其它单元输出控制信号。在一些实现中，来自用户的输入可以包括但不限于开启/关闭状态、除冰/防冰/关闭状态、目标区域的目标温度和目标区域的目标功率输出。在一些实现中，来自传感器的输入可以包括但不限于电压、电流、温度、正向功率和反射功率、阻抗、以及来自冰传感器、挂片式开关、各种飞行器逻辑单元的数据、来自航空电子设备的信息、以及其它数据。在一些实现中，协议转换器单元对于整个系统是集中的。在一些实现中，协议转换器单元是分布式的，其中每个目标区域或目标区域组具有一个协议转换器控制单元。

在一些实现中，用户输入可以使用电线(例如，使用诸如ARINC 429等的数据传送标准)或通过无线的方式(例如，使用低功耗蓝牙或Wi-Fi连接)而被传送至控制单元。在一些实现中，用户的输入装置可以集成到正被加热的系统(例如集成到飞行器除冰系统的驾驶舱的屏幕上控制中)，或者可以是单独的装置，诸如触摸屏平板(例如安装在驾驶舱中的单独平板，或者在飞行器除冰系统的情况下安装在飞行员的触摸屏平板上的特殊应用)等。

在一些实现中，功率控制系统104包括信号变换单元(“STU”)或电路，该信号变换单元或电路将来自现有电气总线或定制电池或加热系统的任何其它电源的信号改变成期望的高频AC波形，以在块体介质中产生电流。例如，在飞行器应用中，信号变换单元可以获取从飞机的电气总线可用的DC功率并转换成期望的高频AC信号。在另一飞行器示例中，信号变换单元可以获取以AC信号的形式从飞机的电气总线可用的功率并转换为期望的高频AC信号。在一些实现中，信号变换单元可以获取从定制电池或从任何定制电源(例如，形成加热系统的一部分)可用的DC功率，并转换为期望的高频AC信号。在一些实现中，定制电池或电源可以嵌入在与信号变换单元相同的外壳和/或电路板内。

图7是功率控制系统104所用的示例性信号变换单元(“STU”)700的示意图，该STU700包括变换到标准化功率(“TSP”)710主子单元和AC产生(“ACG”)720主子单元，这些主子单元位于装置100的其余部分中的其它电路730之前。如图7所示，功率控制系统104可以从现有电源汲取功率。

图8是功率控制系统104所用的示例性信号变换单元(“STU”)800的示意图，该STU800包括TSP 810、ACG 820和控制子单元830。

在一些实现中，TSP从现有电源或加热系统的电池汲取功率，并将其变换为标准化输入，诸如用于ACG的改进操作以及用于信号变换单元的改进功率传送效率的250VDC等。

在现有电气总线以400Hz、115VAC信号的形式向TSP提供功率的一些实现中，TSP可以包括在输出处具有滤波器(诸如共式扼流圈等)的反激转换器，从而防止电磁干扰到达或损坏ACG。图9A是包括反激转换器910和共式扼流圈920的示例性TSP子单元900的示意图。图9B是示例性反激转换器910的示意图。

在一些实现中，TSP是将来自现有电源的AC功率转换为任何期望DC电压的桥式整流器。在一些实现中，TSP从电池或现有电源(例如飞行器中的典型28VDC)汲取DC功率，并将其变换为不同的DC电压或AC电压。例如，DC-DC转换可用于加热系统的功率控制单元和元件，在这种情况下，可能的电压水平可以包括±3.3V、±5V和/或±12V。最后，在一些实现中，功率因子校正(“PFC”)级可以根据电源而被包括在TSP的设计中。在一些实现中，PFC可用于校正可能需要的电源的非线性负载。主动PFC级和被动PFC级均是可能的。

在一些实现中，ACG使用来自TSP的输入功率并将其变换为期望的高频AC信号。在一些实现中，ACG被设计用于提高信号变换单元的功率传送效率。在一些实现中，ACG包括功率放大器或AC或RF产生器或振荡器。

在一些实现中，功率放大器的初级功率放大级是“线性”级或“开关”级。这两种架构之间的相关权衡可以包括效率、功率处理和线性度。示例线性放大器可以包括A类、B类和C类。示例开关放大器可以包括D类、E类和F类。在一些实现中，与开关放大器相比，线性放大器具有高线性度和低效率。低效率可能意味着更困难的热管理、更高额定的组件要求等。低线性度可能意味着增加的谐波含量可能导致法规遵从性问题、降低的效率、更困难的物理和电气布局设计等。

在一些实现中，ACG包括全桥D类放大器。例如，放大器设计利用双重MOSFET晶体管，该晶体管由栅极驱动器和温度补偿晶体振荡器(“TCXO”)进行馈送，从而产生期望的频率。图10A是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器1010、温度控制石英振荡器(“TCXO”)1020和栅极驱动器1030的示例性ACG子单元1000的示意图。图10B是使用双重MOSFET的示例性D类放大器的理论示意图。在一些实现中，与半桥架构相比，全桥架构可以提供差动(平衡)驱动能力以及在给定负载下针对给定总线电压水平的四倍功率输出。差动驱动也可能针对预期机翼结构所呈现的平衡负载条件下的排放遵从性相关。另外，在一些实现中，D类架构与其它开关架构相比可以具有更高的开关利用因子。

在一些实现中，在单频驱动下的D类架构中，可以改变许多输入参数以实现改进的输出参数。示例输入参数包括死区时间。示例输出参数包括效率、峰值组件应力等。

在一些实现中，D类架构可以具有高开关利用因子和完整的基于硅的组件实现，使得它们适合于潜在的ASIC开发。在这种开发中，SoC(片上系统)实现是可能的，其中所有控制组件和功率电子器件存在于同一裸片或MCP(多芯片封装)上。在一些实现中，D类架构具有容纳SoC的分布式模块以及附接到飞行器的给定特征上的各个分布式位置的支撑电路。

在其它实现中，利用其它开关式设计，诸如单开关架构，例如E类或F类。在一些实现中，这种架构可具有较高的开关频率实现，其中高侧栅极驱动器可能是困难的或不切实际的。在一些实现中，由于D类实现在这些频率处的潜在限制，因此随着频率增加，可以使用单开关架构来代替D类实现。

在一些实现中，谐波降低和谐波消除技术可与开关式放大器一起使用，以减轻一些开关架构中固有的非线性失真的任何负面影响。例如，改变基础波形占空比、消隐脉冲和其它技术可用于在信号生成期间去除谐波。

在一些实现中，ACG包括包含硅MOSFET的晶体管。在一些实现中，晶体管是氮化镓(GaN)MOSFET。在特定实现中，GaN晶体管具有有利的特性，诸如：导通电阻、导通栅极电荷和反向恢复电荷。在一些实现中，GaN适合于较高的频率。

在一些实现中，TSP另外包括诸如线性稳压器等的低功率转换(“LPC”)级，以从现有电源汲取功率并将其转换为适合于驱动ACG的元件(诸如栅极驱动器或晶体振荡器等)的功率输入信号。图10C是包括具有双重MOSFET晶体管的D类放大器1010、温度控制石英振荡器(“TCXO”)1020、栅极驱动器1030和LPC 1060的示例性ACG子单元1050的示意图。

在一些实现中，AC产生子单元位于接近目标区域的位置处。这种设计的可能优点是限制在通过调节网络从AC产生子单元向目标区域运载交流电流时发生的损耗和排放。在一些实现中，TSP子单元可以位于接近AC产生单元或接近现有电源或定制电池的位置处。当TSP更接近ACG时，其可以与ACG集成，从而可能减少系统中的模块数量及其复杂性。当TSP更接近现有电源或定制电池时，其可被设计用于改进从电源或电池到ACG的功率传送(包括提高效率和降低EMI)。例如，当现有电源以400Hz、115VAC电压的形式提供功率时，TSP可以包括AC-DC转换器，用于将电源电压转换为250VDC，从而降低AC电流将引起的EMI，并通过增加电压和减小从TSP运载到ACG的电流来提高效率。

在一些实现中，控制子单元基于在开发装置(加热系统)的应用中可用的相关数据输入并且通过将控制信号输出到其它信号变换子单元(包括TSP以及ACG的驱动器)来控制信号变换单元的状况(包括开/关模式、功率输出、频率和其它参数)。在飞行器所用的除冰和防冰加热系统的示例中，在一些实现中，数据输入可以包括来自驾驶舱开关的手动飞行员输入、来自机身内部和外部的温度传感器的温度、来自挂片式开关、各种飞行器逻辑单元的轮上重量状况、来自航空电子设备的信息、来自装置(加热系统)本身的反馈信息、以及其它数据。在一些实现中，控制子单元包括微控制器监控器，该微控制器监控器由诸如线性稳压器等的低功率转换(LPC)级进行馈送，从而从现有电源汲取功率并将其转换为合适的功率输入信号并向TSP和ACG输出控制信号。图11是包括微控制器1110和低功率转换级(LPC)1120的示例性控制子单元1100的示意图。

在一些实现中，例如，在改装成飞行器的除冰加热系统的情况下，信号变换单元可以在集中位置被安装得接近可用电气总线。这可以降低单元的安装复杂性、人工时间和成本。在一些实现中，信号变换单元是非集中的，并且安装在更接近目标区域的位置处。这可以减少AC信号在信号变换单元和目标区域之间必须行进的长度，从而可能降低与信号的电磁干扰(“EMI”)屏蔽以及运载此类AC信号的线缆要求相关联的成本。

在一些实现中，加热系统具有被配置为将加热系统的输出阻抗调节到期望水平的阻抗调节网络(“IAN”)。例如，IAN可被配置为调节加热系统的输出阻抗以与要加热的块体介质的输入阻抗相对应。例如，IAN可被配置为将加热系统的输出和块体介质的输入之间的阻抗调节在彼此的期望范围内。在一些实现中，阻抗调节网络被配置为调节加热系统的输出阻抗以与块体介质的阻抗充分匹配。换句话说，匹配网络被配置为在合理的工程容差内使STU(“源”)的输出阻抗与目标区域(“负载”)的阻抗相匹配。在一些实现中，使源阻抗和负载阻抗相匹配包括将加热系统的源阻抗调节为块体介质的阻抗的复共轭。在一些实现中，阻抗调节网络被调节成使得加热系统的输出阻抗在要加热的块体介质的阻抗的10％至30％内。

图12是源1210和负载1220之间的调节网络1200的概念图。图12示出调节网络通过经阻抗调节到STU的输出的输入端口从STU(“源”)获取输入功率，并通过经阻抗调节成对应于目标区域的输出端口将功率输出到目标区域(“负载”)。

一般来说，对于AC信号，在源的输出阻抗与负载的阻抗不对应的情况下，从源发送到负载的信号的一部分反射回源而不是行进通过负载。在一些实现中，阻抗调节网络可以通过抑制信号反射和电压驻波累积来实现若干益处，包括：

·降低加热和电弧风险时的电压

·提高加热系统的效率

·降低STU所需的总输出功率，从而使STU的大小、重量和成本减小

·降低系统组件上的应力

·提高可靠性

·降低布线和块体介质中的温度梯度

在一些实现中，STU的输出阻抗高于目标区域的阻抗。在这种情况下，调节网络将来自STU的相对高电压和低电流的功率转换为递送到目标区域的相对低电压和高电流的功率。在实现中，这意味着高电流仅在调节网络之后递送，因此更接近目标，从而减少SGU的其余部分的焦耳损耗并提高加热系统的总体效率。

在各种实现中，调节网络在整个目标区域中可以是集中的或分布式的。分布调节网络可以允许布线用作滤波器，同时可能降低峰值电压、峰值电流和/或温度对任何给定组件的影响。分布还可以增加系统设计的模块化，这可以提高部件可维护性/替换性。另外，分布可能允许系统避免敏感设备和/或危险区域(例如燃料箱)。

另外，在一些实现中，可以通过在网络中包括附加的电容元件和接地的对称中点来平衡调节网络。当由全差分源驱动时，对网络进行平衡可以允许高的共模抑制和更大的噪声抗扰度。在一些实现中，没有实现这样的平衡，并且调节网络的返回路径在电路的接地端结束。

一般地，在一些实现中，调节网络可以包括以特定构建块配置而布置的被动电子组件。例如，这些构建块配置可以包括变压器、L网络、π网络、T网络和其它配置。图13A～13D是示例性阻抗调节网络构建块的示意图。

在一些实现中，加热系统的调节网络包括被动调节子单元。图14是包括被动调节子单元1410的示例性调节网络单元1400的示意图。在一些实现中，被动调节子单元可以包括上述构建块配置中的一个或多个以及装配在一起的其它配置。在一些实现中，选择具有高质量因子的被动调节子单元的被动电子组件，以诸如提高网络的效率。

在一些实现中，加热系统的调节网络可被设计成具有高质量因子(高Q)或低质量因子(低Q)。高Q调节网络可用于滤除谐波信号含量。滤波在开关放大器设计中可以是有利的，因为对于线性放大器而言，谐波含量可能更高。然而，高Q网络可能对部件容差、外部条件下的操作变化、装配变化以及系统中的任何其它变化更为敏感。因此，高Q系统在实现系统时可能呈现实际问题。例如，在飞行器机翼除冰系统的情况下，如果系统是高Q，则阻抗调节网络可能由于小的扰动(例如襟翼移动)而变得非常失协，从而导致故障风险。降低基本驱动频率之外的谐波含量对于监管认证以及实际设计问题(包括在设计内包含杂散信号、使组件过应力(在峰值或时间平均额定值中)、控制算法不稳定等)而言可能是有利的。在一些情况下，可以通过使用动态调谐元件来减轻或者甚至消除这些灵敏度问题。

在一些实现中，加热系统的调节网络设计可以基于传输线调节概念。例如，调节网络的输入和/或输出处的布线可被视为调节网络的一部分。在一些实现中，通过选择正确的线缆材料、形状因子、尺寸和长度，可以实现适当的阻抗调节。

在一些实现中，加热系统的调节网络是包括主动调节子单元和控制子单元的动态调节网络。图15A是包括主动调节子单元1510和控制子单元1520的示例性调节网络单元1500的示意图。在一些实现中，主动调节子单元包括由控制子单元控制的一个或多个调节网络配置。在一些实现中，选择具有高质量因子的主动调节网络子单元的被动电子组件，以诸如提高网络的效率。在一些实现中，控制子单元从发送到目标区域和来自目标区域的信号接收输入数据(诸如正向功率、反射功率或电压驻波比)，并且动态地控制主动调节网络子单元以实时地调节阻抗调谐。例如，这种控制可以通过主动调节网络子单元的设计中所包括的调谐元件来实现。例如，动态调谐元件可以包括可调谐电容器和/或可调谐电感器。此外，可调谐元件示例包括：PIN二极管、BST电容器、DTC(离散调谐电容器)、变容二极管、MEMS、铁电变容二极管、铁磁组件、YIG调谐滤波器等。在评价此类装置时可考虑的示例性度量包括：工作频率范围、调谐DC电压、调谐控制信号线性度、控制复杂性、电容/电感调谐比、调谐速度、质量因子(Q)、开关寿命、封装成本、功率处理、功率消耗、击穿电压、线性度、三阶截距(IP3)、集成能力等。

在一些实现中，在目标区域和调节网络之间使用具有反馈的控制单元可以允许网络适应于可能影响目标区域阻抗或STU输出阻抗的任何外部变化，这些变化包括温度、目标区域的几何配置、加热系统的位置、系统和目标区域周围的环境以及其它参数的变化。在一些实现中，调节网络附加地包括诸如线性稳压器等的低功率转换(“LPC”)级，以从现有电源汲取功率并将其转换为适合于控制子单元的功率输入信号。图15B是包括主动调节子单元1510、低功率转换级(“LPC”)1560和控制子单元1520的示例性调节网络单元1550的示意图。

在一些实现中，可以针对涵盖加热系统使用期间的可能情况的频谱的所有配置和环境条件在目标区域上进行专门的阻抗测量。这些测量可以允许适合于最窄阻抗范围的动态调节网络单元的设计，该最窄阻抗范围允许在上述情况的整个频谱中进行充分的阻抗调节。在一些实现中，这种设计是通过使用算法优化或计算机模拟来实现的，以提高系统的效率，同时降低调节网络的重量、复杂性和成本。

在一些实现中，可以在加热系统中使用专用线缆，该专用线缆在每级被专门设计或选择以用于提高效率和屏蔽运载到目标区域的功率信号。图16是示例性加热系统中的线缆级的示意图。在各种实现中，可以定制加热系统中的线缆的各级，包括电源1620和STU1610之间的线缆(第一线缆级1630)、TSP 1640和ACG 1650子单元之间的STU中的线缆(第二线缆级1660)、STU 1610和调节网络1670之间的线缆(第三线缆级1680)、以及调节网络1670和目标区域1690之间的线缆(第四线缆级1695)。

一般来说，在整个加热系统中设计专用线缆时可能涉及到各种设计考虑因素。在一些实现中，热考虑因素可能是相关的。例如，在一些实现中，将调节网络连接到目标区域(或者在某些情况下在目标区域附近运行并返回到调节网络)的线缆被紧固以允许从线缆到目标区域的热流增加。这对于以下是有利的：当电流流过线缆时产生的一些热(否则会丢失)被回收并传送到目标区域，在目标区域中，目的是产生热，从而提高系统的效率。

在一些实现中，线缆可以通过使用紧固件在目标区域附近布线。为了在这种情况下改进热接触，具有改进的导热性的热界面材料可以用于填充线缆-紧固件-目标区域界面之间的气隙。

在一些实现中，线缆直接附接到目标区域。为了在这种情况下改进热接触，可以使用具有更高导热性的附着剂将线缆附接到接触区域。另外，具有更高导热性的热界面材料可以用于填充存在于线缆和目标区域之间的一些或所有剩余气隙。

在一些实现中，根据线缆连接的单元、目标区域或电源，可以使用不同几何形状的截面以及不同线缆形状因子。在一些实现中，线缆仅包括具有或不具有保护护套的主导体(包括用于电气绝缘和/或环境保护，例如腐蚀、湿度、极端温度、摩擦)。这种配置对于系统中将运载DC信号或将信号递送到目标区域的部分可能是有利的。

在一些实现中，线缆是同轴线缆。同轴线缆可以包括屏蔽件，该屏蔽件可以减少在运载AC信号时的EMI发射，并且可以防止在运载任何信号时的系统周围的EMI。

在一些实现中，线缆是三轴线缆。在运载任何信号时，更具体地例如在调节网络单元的平衡实施例的输出处运载平衡信号时，这种设计可以有利于EMI保护和绝缘。

在一些实现中，线缆是双轴线缆。这种设计可能具有与三轴线缆提供的优点类似的优点。

在一些实现中，根据线缆连接的单元、目标区域或电源，可以使用不同的线缆截面几何形状。

在一些实现中，线缆导体的截面具有圆形几何形状。在同轴/三轴/双轴形状因子的情况下，该设计具有相对低成本制造(低非经常性工程成本)的优点。

在一些实现中，线缆的截面是平的和/或矩形的。例如，该截面可以是系统的最后级的有利的线缆几何形状，在系统的最后级，线缆将电流递送到目标区域。在该级处，矩形形状可以允许对在线缆内循环的电流的邻近效应和趋肤效应的较低的影响，从而减少损耗并提高系统的效率。另外，该几何形状可以减少线缆中所需的导电材料的总量，因此减少系统的重量，这是在飞行器除冰系统的情况下的重要考虑因素。

在一些实现中，根据由线缆运载的特定输入和输出电流和信号以及根据其截面几何形状和其它因素，可以选择截面的尺寸以将操作温度限制到指定范围内(例如，为了遵从性并且根据用于制造线缆的材料)以及减小其重量和尺寸。

在一些实现中，将根据线缆连接的单元、目标区域或电源，将使用不同的线缆屏蔽类型(和截面几何形状)。

在一些实现中，线缆将不包括任何屏蔽。这在运载DC电流(因此具有较低的EMI抑制要求)以及不需要运载返回路径的级(例如在目标区域运载返回电流并且附近的线缆向目标区域馈送该电流的实施例中的系统的较后级)处可能是更有利的。

在一些实现中，将使用单一屏蔽。例如，在一层屏蔽足以使线缆符合EMI/EMC要求以及其它环境要求的情况下，这是有利的。

在一些实现中，将使用双重屏蔽。这增加了例如可以进一步降低EMI发射并降低线缆的EMI敏感性的另一层屏蔽。

在一些实现中，将使用三重或更多屏蔽。与上述原因类似的原因，这增加了额外的屏蔽层。

在一些实现中，对于给定的目标区域，将电流递送到该区域的线缆可能遵循不同的可能路径。

在一些实现中，线缆只是大致沿着从目标区域的一侧到另一侧的直线路径。在一些情况下，这些路径可以是平行的。在一些实现中，线缆可能对角地穿过目标区域，在目标区域上的不同位置处相互交叉。这例如有助于在目标区域的表面产生更均匀的热量，并在线缆交叉的期望位置处产生相对较热的点。

在一些实现中，线缆行进锯齿形路径、蛇形路径或者可以通过2D样条曲线建模的路径。这种设计可以通过延长流过目标区域的电流所遵循的路径来增加系统的效率，从而进一步增加其有效电阻。例如，这可以帮助实现更高的效率、更低的电流以及更稳定的系统阻抗调节。

在一些实现中，线缆路径设计基于上面列出的选项以及其它选项的组合。

在一些实现中，根据线缆的设计、级和用途，可以在其制造中使用不同的材料。

根据局部电压、电流、温度、功率、弯曲半径和耐久性要求以及其它标准，可以选择线缆的导体材料以提高效率、电导率、重量、成本、尺寸和热方面。

在一些实现中，导体材料由铜、银、铝、碳纤维复合材料、钛或其合金制成。在一些实现中，导体由前述材料中的任何材料制成，并涂覆有其它材料，例如银涂层以改进导体的蒙皮的导电率。

在一些实现中，导体可以由固体材料或绞线制成。例如，在一些实现中，绞线可以通过使用诸如珐琅等的绝缘涂层而彼此绝缘。例如，Litz电线可以用于减少线缆内的趋肤效应和邻近效应的影响。

在一些实现中(例如，对于同轴/三轴/双轴线缆)，根据局部电压、电流、温度、功率、弯曲半径和耐久性要求以及其它标准，可以选择线缆的介电材料以提高效率(例如通过减少介电损耗)、重量、成本、灵活性、最大电压容差、最大功率容差、温度额定值(通过容忍更高的温度和/或具有更高的热容量和/或更低的介电损耗和/或更好的线缆外热传导)。

在调节网络单元中使用传输线调节的一些实现中，相关线缆可以使用也被选择以达到期望阻抗水平的介电材料。示例性材料包括聚乙烯和聚四氟乙烯基材料以及其它材料。

在一些实现中，根据局部电压、电流、温度、功率、弯曲半径和耐久性要求以及其它标准，将选择线缆的护套材料以改进诸如重量、成本、灵活性、最大电压容差、温度额定值以及到附近散热器(例如，在用作散热器的情况下到目标区域)的热传导等的参数。

在一些实现中，在传输线调节用作调节网络的一部分的情况下，除了其电介质之外，还可以控制用于阻抗调节的线缆的长度，以达到目标阻抗水平。例如，将电流递送到目标区域的线缆被用作传输线调节系统的一部分，并且添加额外长度以用于阻抗调节并且将额外长度局部地卷绕以占用较小的空间量。

在一些实现中，可以使用特定的紧固技术来布线线缆穿过系统的结构。可以选择这种技术来改进安装成本和时间、系统重量(通过减少所需的电线的长度和紧固技术的重量)以及改进接近目标区域的线缆的期望电磁效应和热传送。

在一些实现中，选择紧固件以减小向目标区域递送功率的线缆与目标区域之间的距离。这种设计可以以更强烈的方式产生邻近效应。在一些实现中，可以选择传统的线缆紧固件设计用于低的线缆-目标区域距离。

在一些实现中，还将使用紧固件来增加从线缆到目标区域的热传导。

在一些实现中，选择紧固件材料用于更低的系统的重量和成本。这可以通过使用例如复合材料来实现。在还使用紧固件将热传导到目标区域的一些实现中，还将选择材料用于增加的导热性(例如，金属材料通常具有相对高的导热性)。

在一些实现中，选择用于将紧固件连接到其接合区域的附着剂，以增加强度并确保长期接合到目标区域。附着剂的强度在接合区域相对小并且在接合区域上产生的机械约束相对强的情况下是有利的。另外，在使用紧固件将热从线缆传导到目标区域的一些实现中，还选择附着剂以增加导热性。

最后，在使用紧固件将热从线缆传导到目标区域的一些实现中，使用热界面材料填充线缆、紧固件和目标区域之间的区域中的气隙，该热界面材料具有足够的导热性以确保改进的从线缆到目标区域的热流动。

在一些实现中，使用附着剂将线缆直接附接到周围结构(诸如块体介质等)，从而允许从线缆到其附接至的结构的更好的热传送。基于与紧固件使用的标准类似的标准来选择附着剂。

在一些实现中，线缆组件设计包括将给定线缆路径拆分成一组两个或更多个独立分支。例如，在一个调节网络将电流发送到一组若干目标区域的实现中，这是有用的。在这种实现中，一个线缆可以是调节网络的唯一输出，并且当它布线到目标区域时，线缆可以拆分成单独分支，各分支将电流递送到目标区域。在一些实现中，这种拆分可以通过将给定的导体绞线拆分成若干较小的导体绞线、当拆分线缆具有绞线导体时通过向各单独分支发送绞线的子集、或者通过使用功率分配器来实现。功率分配器可以用于控制流向线缆被拆分成的各分支的电流、电压和功率的量。

类似地，在一些实现中，两个或更多个线缆可以合并为更少数量的线缆，这些线缆累积来自所有合并线缆的信号。这种合并可以通过将给定的导体绞线合并成其它绞线、通过将绞线的不同子集重新分组成新绞线线缆、或者通过使用功率组合器(例如，与功率分配器相同的装置，但向后使用)来实现。功率组合器可以用于控制流向线缆合并成的各分支的电流、电压和功率的量。

在一些实现中，加热系统中的各线缆级都有独特的线缆设计考虑。

在一些实现中，选择第一线缆级以允许从电源到TSP子单元的有效功率传送。在电源输出DC电流的一些实现中，第一线缆级包括用适配材料绝缘的并具有适合于运载到TSP子单元的功率、电压和电流的总等效计量的绞合铜。在电源输出400Hz、115VAC信号的一些实现中，第一线缆级包括用适配材料绝缘的并具有适合于运载到TSP子单元的功率、电压和电流的总等效计量的绞合卷绕铜。

在一些实现中，选择第二线缆级以允许从TSP到ACG子单元的有效功率传送。在TSP以250VDC信号的形式输出功率的一些实现中，第二线缆级包括用适配材料绝缘的并具有适合于运载到TSP子单元的功率、电压和电流的总等效计量的绞合铜。

在一些实现中，选择并定制第三线缆级以允许高频AC功率信号从STU输出到调节网络的有效传送。例如，该线缆可以被设计成减少由信号的高频引起的电阻和电磁损耗、以及被屏蔽以免受可能改变信号的完整性的外部干扰、并防止可能影响周围设备和材料的来自线缆的信号泄漏。在一些实现中，第三线缆级是以定制同轴线缆形式的高功率、高频传输线。在一些实现中，同轴线缆包括：运载调节网络的输入信号并且由外径大到足以以减小的电阻损耗运载功率的绞合铜制成的芯导体；围绕所选择的芯以增加电气绝缘并维持高电压和温度范围的介电材料；提供到ACG的信号返回路径的屏蔽导体，该ACG由等效计量大到足以以减小的电阻损耗运载功率的绞合编织铜制成；绝缘所选择的导电屏蔽件以维持高电压和温度范围的第一壳体；类似于导电屏蔽件但不直接运载电流并用于屏蔽线缆免受外部干扰和防止泄漏的外屏蔽件；以及类似于第一壳体并绝缘外屏蔽件的最后的第二壳体。

在一些实现中，选择并定制第四线缆级以允许将高频和高电流AC功率信号从调节网络到目标区域的有效传送。在一些实现中，该线缆被设计成对调节网络和目标区域之间的阻抗进行调节、减少由信号的高频引起的电阻和电磁损耗、以及被屏蔽以免受可能改变信号完整性的外部干扰、并防止来自线缆的可能影响周围设备和材料的信号泄漏。在一些实现中，第四线缆级是定制同轴线缆形式的高功率、高频和高电流传输线，类似于第三线缆级的上述实施例，不同的是，其具有更大的导体计量和直径以及具有相同导体的附加银涂层以改进高电流性能和进一步降低电阻损耗。在一些实现中，第四线缆级是基于Litz电线设计而附加地定制的。这种设计的目的是通过用比趋肤深度更薄、单独绝缘(例如使用珐琅涂层)和完全对称的卷绕编织的品牌制造导体来减少由于线缆中的邻近效应和趋肤效应造成的损耗。

通常，电极包括电流进入和离开块体介质目标区域所通过的材料。在一些实现中，将使用连接器将电极连接到块体介质。连接器是指将电极连接到块体介质的附接夹具。在一些实现中，电极和连接器被设计成减小电极和块体介质之间的接触电阻。换句话说，对于给定的返回路径，电极被设计成平滑跨目标区域出现的电位差。如果该接触电阻高于两个电极之间的目标区域的电阻，则在接触点处将发生比沿着目标区域更多的加热，所有其它都相等，从而降低加热系统的加热效率。在一些实现中，出于类似的原因，电极和连接器被设计成减小加热系统的电极和电线(或线缆)之间的接触电阻。在一些实现中，电极和连接器也将被设计成减少电磁损耗(例如，电磁辐射)。

在一些实现中，实现上述目标中的一个或多个的电极设计考虑包括(1)选择具有高导电率的电极材料以及(2)增加电极和块体介质之间以及电极和电线之间的“实际”接触区域。“实际”接触区域是指电流从一种材料流到另一种材料的微小金属间或材料间接触，通常称为“a点”。在一些实现中，连接器也将被设计成实现这些目标。

在一些实现中，电极的材料可以包括银、铜、铝、碳纤维复合材料、钛或其合金。

在一些实现中，电极是用于将电流输送到块体介质的线缆的一部分。

在一些实现中，电极的几何形状被设计成适合于特定的目标区域和/或减小电极和块体介质之间的接触电阻和/或减小电磁损耗。

在一些实现中，电极是圆形的。

在一些实现中，电极是用于将电流输送到块体介质的线缆的端部的形状。

在一些实现中，使用线电极(例如，长度大于宽度的矩形电极)。

在一些实现中，使用具有小厚度(第三空间维度)的2D样条曲线形状的电极。

在一些实现中，线缆导体可以通过夹在连接器板和目标区域之间而连接到目标区域。例如，可以将连接器板的与目标区域接触的一侧的一部分磨掉。该连接接合到目标区域的线缆的导体可以放置在该磨掉部分中。这种配置可以允许电极连接器板与线缆导体底部夹紧或附着，而不必使连接弯曲以确保与目标区域正确接合。

一般而言，预期电极和连接器的各种实现和设计考虑。

图17是用于加热系统100的示例性圆形柱状电极1700的照片。电极包括耦接到由导电材料(例如铝)制成的盘1710的圆形接地柱，在该盘1710上安装有螺纹导电材料1720(例如铝)。

在一些实现中，通过电极1700连接到目标区域的线缆的导体缠绕在螺纹导电材料1720上，从而平放并覆盖螺纹导电材料和盘这两者的表面积的大部分。在一些实现中，螺母和垫圈可用于螺纹材料1720上以将导体压靠在盘1710上，从而确保更高的接触区域和更低的接触电阻。

在一些实现中，垫圈、线缆和盘1710之间的气隙填充有导电和/或导热的热界面材料，从而确保从线缆到柱1700的改进的热和/或电流传导性。

在一些实现中，使用特别选择的附着剂将圆形柱状电极1700附接到目标区域，该附着剂充分导电和导热以将热和电信号从线缆传导到目标区域。在一些实现中，附着剂也足够强以承受由螺母和垫圈产生的扭矩。

在一些实现中，连接器是以在电极和块体介质之间施加显著抗压强度的方式附接到块体介质和电极的U形夹具。

在一些实现中，可以选择电极和连接器的材料以减轻它们的重量。在一些实现中，除了减轻电极的重量外，选择电极的材料以改进通过材料的电和/或热传导。改进的传导对于电极设计是有利的，其中从线缆流到目标区域的电流通过电极(例如，圆形柱状，一个板设计)。

在一些实现中，作为连接器和电极设计的一部分包括特定外壳。例如，这种外壳可被选择用于环境鉴定，包括诸如热释放和/或绝缘、电气绝缘、EMI屏蔽、腐蚀保护、抗振动和冲击、耐久性、免受外部污染和降水的保护等的标准。

一般而言，预期在电极和/或连接器与块体介质之间的各种附着配置(及其组合)。在一些实现中，这些配置减小电极和块体介质之间的接触电阻以及/或者减小电磁损耗。

在一些实现中，使用钎焊接头将电极连接到块体介质。图18A是电极1802和作为较大块体介质1806的一部分的块体介质目标区域102之间的示例性钎焊接头附接件1800的示意图。钎焊材料用于创建钎焊接头1804。例如，可以使用低温钎焊填充金属(例如，AL 802)将电极钎焊到目标区域以创建低电阻接触。在一些实现中，为了减轻氧化(在钎焊部位形成氧化铝层)，填充金属将涂覆有焊剂。焊剂是在高温下溶解氧化物并防止表面再氧化直到填充金属使表面润湿为止的材料。

在一些实现中，电极和目标区域在压力和温度下包覆在一起。例如，在一些实现中，在电极和目标区域之间施加压缩力。在不希望受理论约束的情况下，压缩力可根据以下等式减小电极和块体介质之间的接触电阻：

其中ρ是接触材料的电阻率，H是接触表面较软的维氏硬度，以及F是压缩或接触力。

在一些实现中，可以使用机械紧固件连接器施加压缩力来连接电极和块体介质。图18B是电极1802和目标区域102之间的示例性附接配置1820的示意图，目标区域102是较大块体介质1806的一部分。实心铆钉1822用于施加压缩力以将电极连接到目标区域。

在一些实现中，可以使用真空带或可以气封电极和目标区域之间的连接的类似物体来施加压缩力。图18C是在电极1802和目标区域102之间的示例性附接配置1840的示意图，目标区域102是较大块体介质1806的一部分。使用气封带1842连接电极和目标区域。在完成气封之后，可以使用抽吸装置在电极和目标区域之间产生真空，从而将两者结合在一起并产生压缩力。

在一些实现中，可以使用夹住电极和目标区域并在它们的界面处增加压力的夹钳来施加压缩力，例如使用C形夹钳。

在一些实现中，可以使用磁体或磁化表面施加压缩力。在一些实现中，电极的面或目标区域的面被磁化，从而允许磁体和电极和/或接触区域之间的吸引力，这得到期望的压缩力。在一些实现中，使用两个或更多个磁体，并且电极和目标区域夹在它们之间，从而允许磁体之间的吸引力，这得到期望的压缩力。在一些实现中，电极的面和目标区域的面这两者都被磁化，从而允许电极和目标区域之间的吸引力，这得到期望的压缩力。

在一些实现中，通过附着到目标区域上或附近的表面的外部或内部压缩夹具连接器施加压缩力，并且将附着强度转换为期望的压缩力。在一些实现中，附着剂(例如，固化附着剂)可与夹具连接器结合使用。

在一些实现中，可以使用前述方法中的一种或替代技术将电极部分地或全部地嵌入块体介质中。

在一些实现中，导电材料(例如石墨烯)放置在电极和目标区域之间。

在一些实现中，用于将电极连接到目标区域的连接器材料是为增加的强度而选择的附着剂，从而确保长期接合到目标区域。附着剂的强度在接合区域相对小并且在接合区域上产生的机械约束相对较强的情况下(例如，在U形柱状电极的情况下)可以是有利的。在一个实施例中，当电极需要保持在固定位置以在施加附着剂之后固化该附着剂时，可以使用利用附着剂和机械力的内部或外部/一次性夹具将电极保持在适当位置。

在一些实现中，用于将电极连接到目标区域的连接器材料也被选择用于更高的热导率和/或电导率，以确保电流和热从线缆到目标区域的改进流动。例如，较高的导电率可以是如下的考虑，其中附接所使用的电极，使得附着剂在从线缆/电极流到目标区域(例如，具有圆形柱状电极和单板设计电极)的电流路径上。为此，在一些实现中，纳米材料(例如，CNT)放置在电极和块体介质之间。在一些实现中，可以操纵电极的表面和将与电极接触的块体介质的表面的一部分(例如，目标区域)，以增加它们之间的“实际”接触区域。

在一些实现中，并且结合上述实现以及其它实现，用减小或消除电磁损耗的材料来包封连接器、电极和目标区域的一部分。

在一些实现中，上述方法的任何组合与任何电极和连接器实施例一起使用。例如，图18D是电极1802和块体介质1806的目标区域102之间的示例性组合附接件1860的示意图。附接件包括钎焊接头1804和实心铆钉1822。

在一些实现中，系统可能不需要连接器/线缆，因为不需要物理接触产生期望电流。在这种情况下，在一些实现中，信号的返回路径可以是布线返回到调节网络的电线的附加部分。

这里描述的加热系统的实现可用作用于通过将高频AC电流施加到飞机的蒙皮/机身的目标区域(例如，以产生焦耳加热)来融化来自飞机表面的冰的除冰/防冰装置。在机身目标区域中产生的热被传导到机身的表面，并且通过机身-冰界面对流到冰中。在一些实现中，冰完全融化。在一些实现中，冰的一部分(与机身直接接触的层)融化，从而在冰和机身之间形成水层、允许冰滑落或机械地从机身去除。在一些实现中，在存在冰之前发生加热，从而防止形成冰。

在一些实现中，在冰融化时，继续施加高频AC电流以维持机身内的焦耳加热的产生，其中利用传导和对流将焦耳加热传送到在表面上形成/残留的任何水。

图19～32提供用于运载和递送用于块体介质加热系统的电磁能量的组件的示例。组件(在这里中称为“耦接条带”)被配置成与传输线类似地与组件所附接到的体块导电介质结合起作用。例如，在一些实现中，耦接条带的设计使得块体介质本身以类似于电流行进通过传输线的方式传导电流。耦接条带可以将来自线路的AC信号电磁耦接到块体介质，从而在块体介质内产生相应的电流信号。因此，实际上，可以说耦接条带的设计使得块体介质(与耦接条带结合)也作为传输线操作，或者可替代地使得块体介质和耦接条带一起形成变现得类似于传输线的系统，并且可以如此分析和设计。

例如，如上文所讨论的，本发明的实现可以被配置成通过操纵用于对导电介质(例如，块体介质、导体)内的电流进行成形(例如，收缩、延长等)的机构来在块体介质中产生加热：例如，通过使用趋肤效应和邻近效应。这两种效应都依赖于使高频AC电流通过要加热的导电介质。趋肤效应通过利用交流电流(“AC”)在导体内分布的趋势来限制电流流动，使得电流密度在导体表面附近最大，并且随着导体中的深度更大而减小。邻近效应可用于通过在导体中流动的现有电流附近放置另一AC电流路径来进一步限制导体中的电流流动。邻近效应也可以起到延长电流路径的作用。除了上面讨论的系统和处理之外，耦接条带可用于产生和控制这些效应。例如，耦接条带可以与上述各种功率控制系统一起使用。

图19是示例性耦接条带1900的截面图。耦接条带1900可用于向诸如飞行器蒙皮1902等的块体介质提供高频电流信号以加热块体介质。耦接条带1900具有多层结构，其包括在块体介质1902上的第一介电层1908、在第一介电层1908上的导电层1904、在导电层1904上的第二介电层1908以及在第二介电层1908上的导电屏蔽层1906。

第一介电层1908具有厚度D1。导电层1904具有厚度D2。第二介电层1908具有厚度D3。导电屏蔽层1906具有厚度D4。耦接条带1900的总厚度为D5。导电层1904可由包括但不限于铜、铜合金(例如黄铜或青铜)、银、银合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铬、镍、镍合金、钴基合金、耐腐蚀钢、石墨或其组合的导电材料制成。导电屏蔽层1906可由包括但不限于铜、铜合金(例如黄铜或青铜)、银、银合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铬、镍、镍合金、钴基合金、耐腐蚀钢、石墨或其组合的导电材料制成。在一些实现中，导电屏蔽层1906可形成为金属箔(例如，铜箔或铝箔)或编织金属层。介电层1908可由包括但不限于Kapton、聚酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、橡胶或其组合的介电材料制成。

在一些实现中，耦接条带1900包括在导电屏蔽层上的保护层。例如，保护层可以包括但不限于一层或多层的聚氨酯、多氟化物、涂料、涂料替换膜、密封剂或其组合。

如图20所示，耦接条带1900可布置在诸如飞行器蒙皮2000(例如，机翼)等的块体介质的表面上，以向块体介质提供电流并加热块体介质，从而在块体介质内产生和成形电流流动。耦接条带1900沿着飞行器蒙皮2000的表面延伸并且彼此间隔开。在一些实现中，一个或多个耦接条带1900包括将耦接条带的至少一部分(例如，导电层1904)导电地耦接到块体介质1902的短路端子。例如，耦接条带1900可以以诸如上述电极等的电极终止，以在其中包含的导电层1904和块体介质1902之间形成闭路(例如，短路)。耦接条带1900的终止端是条带的与提供电流的端部相反的远端(例如，与功率输入端相反)。在一些实现中，一个或多个耦接条带1900以开路终止。开路终止意味着耦接条带1900的终止端保持为开路；而不通过块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层连接到电气接地端。在一些实现中，一个或多个耦接条带1900以连接在耦接条带1900和块体介质1902之间的阻抗调节组件(例如，电路元件)终止。例如，耦接条带1900可以以电容、电阻或电感端子终止。例如，诸如电容器、电感器或电阻器等的电路元件可以连接在耦接条带1900的导电层1904和块体介质1902之间。

参考图19和20，功率控制系统(例如，上述功率控制系统104)耦接到各耦接条带的一端，以向各条带馈送电流。例如，来自功率控制系统的电源线可以耦接到各运载条带1900的导电层，并且块体介质1902(例如，飞行器蒙皮2000)中的一个或两个可以耦接到电气接地端。

功率控制系统向各运载条带1900提供AC电流。例如，功率控制系统可以提供频率在1kHz和450MHz之间的AC电流。在一些实现中，频率在1MHz和450MHz之间。在一些实现中，频率在1kHz和1MHz之间。功率控制系统可以被配置为向各耦接条带1900提供0.1A和200A之间的AC电流。例如，功率控制系统的电源和耦接条带1900的电气布置可以被配置为向各耦接条带1900提供期望的电流量(例如，在0.1A和200A之间)。作为一个一般示例，如果耦接条带1900彼此串联耦接到功率控制系统，则可以使用100A电源来向各耦接条带1900提供100A电流。如果十个耦接条带1900彼此并联地耦接到功率控制系统，则可以使用100A电源来向各耦接条带1900提供10A电流。应注意，该示例假定各耦接条带的阻抗相等。如下文所讨论的，耦接条带1900的阻抗可以以各种方式调整以控制耦接条带之间的电流分布，这可能是特定加热应用所期望的或所要求的。

通过导电层1904提供用于加热飞行器蒙皮1902的AC电流。如图22A～22B所示，通过导电层1904提供的AC电流(例如，通过电磁电容和电感耦接)在飞行器蒙皮1902中产生相应的电流。图22A～22B示出模拟附接到导电块体介质1902的示例性耦接条带1900的操作的电磁有限元分析(FEA)的输出图。块体介质1902(例如，模拟为飞行器蒙皮)、导电层1904和导电屏蔽层1906在图22A所示的图中标记。在图22B中，未示出耦接条带1900的单个组件，并且仅标记耦接条带1900(大体描绘)和块体介质1902。两个图中标记为2206的区域表示背景环境(例如，大气)。这两个图示出在块体介质1902中诱导的电流的归一化密度(A/m²)，并且由阴影区域2204指示。块体介质1902中的电流密度在块体介质1902的表面附近的窄区域2204中最大。另外，图22A中的图示出耦接条带1900的介电层内的归一化电场强度(浅灰度级区域2202)。值得注意的是，导电屏蔽层1906屏蔽周围环境2206免受由行进通过导电层1904的电流产生的电场，例如，以减少或消除电磁辐射并保护耦接条带1900免受外部电磁干扰。块体介质1902也通过例如使电场最小化或阻挡电场而用作屏蔽层。因此，在耦接条带1900的实现中，导电屏蔽层1906和块体介质1902可用于包含耦接条带1900内的电场(例如，在导电屏蔽层1906和块体介质1902之间)。这种效果减少或防止了加热系统和其它附近电气组件之间的电磁干扰。结合块体介质1902的耦接条带1900的实现可以实现与带状线型传输线相当的操作性能。

再次参考图19，可以通过改变载体条带的诸如以下等的特性来调节载体条带1900对块体介质的加热效果以及各载体条带1900的阻抗：各层1904、1906和1908的厚度；导电层的宽度；导电层的布局；各层的材料-包括它们的介电常数和导电率属性；或包括阻抗调节组件(例如电容器、电感器和电阻器)。此外，如上所述，还可以通过改变也用于调节行进通过块体介质1902的加热电流的邻近效应和路径的这些特性来改变在块体介质1902中产生的电流的加热效应。

例如，各层1904、1906、1908可以以通常在0.1密耳和1英寸之间、或者在一些实现中在0.5密耳和10密耳之间的范围内的相应厚度(D1-D4)形成。在一些实现中，耦接条带1900可以以将导电层1904与块体介质1902分隔开并且将导电层1904与导电屏蔽层1906分隔开的不同距离形成。在一些实现中，这些距离以比率相关。例如，耦接条带1900可以形成为使得介电层1908的相对厚度D1和D3以比率相关。例如，对于某些实现，比率D1:D3可以在1:1和1:5之间的范围内。对于其它实现，例如，为了获得用于给定应用的期望电流密度和/或阻抗值，可以将比率D1:D3反转到1:1和5:1之间的范围内。在一个示例性实现中，D1是3密耳，D2是1密耳，D3是3密耳，以及D4是1密耳。在另一示例性实现中，D1是7.2密耳，D2是1.4密耳，D3是2.4密耳，以及D4是1.4密耳。在又一示例性实现中，D1是1000密耳，D2是50密耳，D3是500密耳，以及D4是50密耳。在又一示例性实现中，D1是10密耳，D2是2.5密耳，D3是50密耳，以及D4是2.5密耳。在又一示例中，D1是2.4密耳，D2是1.4密耳，D3是7.2密耳，以及D4是1.4密耳。在又一示例中，D1是17.6密耳，D2是9.8密耳，D3是24.5密耳，以及D4是9.8密耳。在又一示例中，D1是100密耳，D2是20密耳，D3是250密耳，以及D4是20密耳。在又一示例中，D1是5.5密耳，D2是2.5密耳，D3是9.0密耳，以及D4是2.5密耳。在又一示例中，D1是1.5英寸，D2是0.25英寸，D3是2.2英寸，以及D4是0.25英寸。在又一示例中，D1是3.8密耳，D2是2密耳，D3是3.8密耳，以及D4是2密耳。在又一示例中，D1是2.9密耳，D2是1.5密耳，D3是5.8密耳，以及D4是2.5密耳。在又一示例中，D1是5密耳，D2是2.5密耳，D3是25密耳，以及D4是1.5英寸。在又一示例中，D1是11密耳，D2是3密耳，D3是5.5密耳，以及D4是3密耳。在又一示例中，D1是21密耳，D2是1.5密耳，D3是7密耳，以及D4是2.5密耳。在又一示例中，D1是10密耳，D2是2.5密耳，D3是2密耳，以及D4是2.5英寸。在又一示例中，D1是4.5英寸，D2是0.25英寸，D3是1.5英寸，以及D4是0.25英寸。在另一示例性实现中，D1是3密耳，D2是1密耳，D3是3密耳，以及D4是1密耳。在又一示例中，D1是10.2密耳，D2是3.5密耳，D3是40.8密耳，以及D4是2.5密耳。在又一示例中，D1是4.8密耳，D2是0.5密耳，D3是14.4密耳，以及D4是0.5密耳。在另一示例中，D1是15密耳，D2是1.4密耳，D3是3密耳，以及D4是1.4密耳。在又一示例中，D1是113密耳，D2是10密耳，D3是28.25密耳，以及D4是10密耳。在另一示例中，D1是127密耳，D2是5密耳，D3是254密耳，以及D4是10密耳。在另一示例中，D1是53密耳，D2是12密耳，D3是159密耳，以及D4是12密耳。在又一示例中，D1是13密耳，D2是1.4密耳，D3是2.6密耳，以及D4是1.4密耳。在又一示例中，D1是23密耳，D2是4密耳，D3是46密耳，以及D4是4密耳。在又一示例中，D1是11.5密耳，D2是2.8密耳，D3是57.5密耳，以及D4是2.8密耳。在又一示例中，D1是10密耳，D2是1.4密耳，D3是2.5密耳，以及D4是1.4密耳。

此外，导电层1904的宽度的范围通常可以在跨该层的几英寸或几密耳之间。图21描绘了若干示例性耦接条带(示例1～9)的俯视图，以示出耦接条带1900内的导电层1904的各种结构。应当注意，图21中的耦接条带1900出于说明性目的被描绘为去除导电层1904上方的层(例如，第二介电层和导电屏蔽层)。导电层1904的截面积可沿其长度变化。例如，导电层1904的宽度可以沿着其长度变化以调整耦接条带1900的阻抗，并且在一些情况下，调整块体介质和导电层中的电流密度。示例1～9示出耦接条带1900的导电层1904的若干示例性宽度变化图案。例如，跨耦接条带1900的导电层1904的宽度可以在最大宽度和最小宽度之间变化。在一些实现中，最大宽度小到是最小宽度的1.5倍。在其它实现中，最大宽度大到是最小宽度的100倍。例如，示例1中所示的导电层1904的宽度在其最大位置(例如，顶端)可以是1.5英寸，并且在其最窄位置(例如，底端)可以是1英寸。在另一示例中，示例1中所示的导电层1904的宽度在其最大位置(例如，顶端)可以是1英寸，并且在其最窄位置(例如，底端)可以是10密耳。

在一些实现中，导电层1904的厚度可以沿其长度变化。例如，导电层1904的宽度可以沿其长度变化以调整耦接条带1900的阻抗。在一些实现中，导电层1904的厚度和宽度以及材料可以沿其长度变化。

在一些实现中，可以通过在沿着导电层1904的长度的一个或多个位置处包括阻抗调节组件(例如，电容器、电感器和电阻器)来调节耦接线1900的阻抗。例如，导电层可以沿着长度分成若干段，其中一个或多个阻抗调节组件连接这些段。例如，参考图21的耦接条带示例4，导电层1904可以在区域2102处被分成两个段，并且阻抗调节组件(例如，电容器、电感器、电阻器或其组合)可以电连接在各段之间。可选地或另外，阻抗调节组件可以作为导电层1904与块体介质1902或导电屏蔽层1906之间的分流元件连接到导电层。

在一些实现中，导电屏蔽层1906的宽度、厚度或这两者可以沿着耦接条带1900的长度变化。在一些实现中，介电层1908的宽度、厚度或这两者可以沿着耦接条带1900的长度变化。例如，在一些实现中，导电层1904、介电层1908和导电屏蔽层1906的截面积可以沿着条带1900的长度变化。

图23示出用于耦接条带1900内的导电层1904的若干示例性布置的布局图(布局A～E)。最初，在(如图21所描绘的)线性布置中，导电层1904沿着耦接条带1900的长度线性地延伸。布局A～E描绘导电层1904被布置成沿着非线性图案或路径的耦接条带1900。具体地，图23所示的示例描绘以各种不同的蛇形图案布置的导电层1904。所描绘的蛇形图案将导电层1904的段在耦接条带1900的宽度方向上彼此并排定位。这种布置允许减少耦接条带1900的总长度，同时保持导电层1904的期望总长度。在一些应用中，在不同的耦接条带1900中保持导电层1904的相对统一的长度有助于在不同长度的耦接条带1900之间保持一致的阻抗。例如，在布局图A和布局图B各自中，导电层1904可以形成为相同的总长度。然而，布局图B中的耦接条带1900的总长度可以缩短为(例如，如图21所描绘的)具有线性布置的导电层的耦接条带1900的长度的一半。类似地，布局C中的耦接条带1900的总长度可以缩短为具有线性布置的导电层的耦接条带1900的长度的三分之一。此外，较短长度的耦接条带1900可以放置在飞行器本体上的空间受限位置。例如，具有根据布局A～E布置的导电层的耦接条带1900可以放置在机翼的窄区域(例如，机翼尖)上，在该窄区域处，具有线性导电层布置的耦接条带1900可能太长而不适合。

各布局A～E示出具有沿着从输入端2302到终止端2304的非线性路径布置的导电层1904的耦接条带1900。布局A示出具有双重叠布置的导电层1904的耦接条带1900。布局图A中的导电层1904包括例如在从输入端2302到终止端2304的U形路径中的彼此并排布置的两个段。图24A描绘根据布局A的耦接条带1900在A-A’截取的截面图。

布局B示出具有三重重叠布置的导电层1904的耦接条带1900。布局B中的导电层1904包括例如在从输入端2302到终止端2304的S形路径中的彼此并排布置的三个段。图24B描绘根据布局B的耦接条带1900在B-B’截取的截面图。

布局C和D示出具有四重重叠布置的不同变型的导电层1904的耦接条带1900。布局C和D各自中的导电层1904包括彼此并排布置的四个段。在布局C中，导电层1904的段例如布置在从输入端2302到终止端2304的M形路径(或W形路径)中。在布局D中，导电层1904的段例如布置为沿其自身折叠的双重叠布置。通过将三重导电层1904沿其自身折叠，类似的技术也可以应用于三重配置。图24C描绘根据布局C和布局D的耦接条带1900在C-C’处截取的截面图。

布局E示出导电层1904的更一般布置。例如，布局E描绘具有彼此并排定位的宽度不同的多个段的导电层1904的示例。此外，在一些实现中，如布局E中所示，导电层1904可以包括在段之间的各种位置处的段之间的互连2306。在一些实现中，耦接条带1900还可以包括多个信号输入2302。

图25A描绘了用于将耦接条带1900附接到块体介质1902的示例性配置的截面图。更具体地，图25A描绘了底部附接配置。在底部附接配置中，附着剂材料2502设置在耦接条带1900的底部(例如，底部介电层)和块体介质1902的表面之间。例如，附着剂材料可以是但不限于双面附着剂(例如，双面胶带)、树脂或环氧树脂的层。

图25B描绘了用于将耦接条带1900附接到块体介质1902的另一示例性结构的截面图。更具体地，图25B描绘了顶部附接配置。在顶部附接配置中，附着剂层2504被施加在耦接条带1900上以将耦接条带1900附接至飞行器蒙皮1902。附着剂层2504可以是例如附着剂涂层、附着剂膜或胶带。

图26A是在安装在块体介质1902上之前的具有双面附着剂底层的耦接条带1900的截面图，以及图26B是安装在块体介质1902上的图26A的耦接条带1900的截面图。在诸如底部附接配置等的一些实现中，耦接条带1900包括附着剂底层2608。附着剂底层可以由双面附着剂材料(例如，双面胶带)形成。在这样的实现中，双面附着剂材料可以用作底部介电层(例如，图19的底部介电层1908)。在一些实现中，附着剂底层2608可以是例如施加到底部介电层1908的底面的附着剂涂层或附着剂膜。在安装之前，具有附着剂底层2608的耦接条带1900可以包括附着剂底层2608上的衬垫2610。衬垫2610可以是例如剥离层。例如，衬垫2610可以在安装之前保护附着剂底层2608。在安装期间，衬垫2610可以从附着剂底层2608去除以暴露其附着剂表面，使得耦接条带1900可以附接到块体介质1902的表面。

在一些实现中，可以包括一个或多个附着剂层2604和2606以将介电层1908附接到导电层1904和/或将导电屏蔽层1906附接到介电层1908。在一些实现中，耦接条带1900包括导电屏蔽层1906上的保护层2602。例如，保护层2602可以包括但不限于一层或多层的聚氨酯、多氟化物、涂料、涂料替换膜、密封剂或其组合。

在一些应用中，可能需要加热非导电块体介质。在这种情况下，这里描述的加热系统和耦接条带可以被修改以在这种情况下加热非导电块体介质。例如，嵌入层可以与耦接条带加热系统一起使用以加热非导电块体介质。

图27A～27F描绘了嵌入式耦接条带的各种实现的截面图。图27A示出与图19的耦接条带1900类似的耦接条带2700。像耦接条带1900那样，耦接条带2700具有多层结构，该多层结构包括块体介质1902上的第一介电层1908、第一介电层1908上的导电层1904、导电层1904上的第二介电层1908和第二介电层1908上的导电屏蔽层1906、以及可选地导电屏蔽层1906上的保护层2706。保护层2706类似于上述保护层2602。耦接条带2700与耦接条带1900的不同之处在于：耦接条带2700附接到非导电块体介质2702的表面，并且非导电块体介质2702包括嵌入其中的块体导电材料2704。例如，块体导电材料2704可以形成为金属箔、金属带或嵌入在非导电块体介质2702内的编织金属层。例如，非导电块体介质2702可以是导电块体材料2704设置在非导电块体介质2702的层之间的层状材料(例如，碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或凯夫拉复合材料)。块体导电材料2704可以由包括但不限于铜、铜合金(例如黄铜或青铜)、银、银合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铬、镍、镍合金、钴基合金、耐腐蚀钢、石墨或其组合的导电材料制成。

在图27A～27F所示的各示例中，通过耦接条带2700的导电层1904的AC电流在块体导电材料2704中而不是在非导电块体介质2702中产生加热电流。然后(例如，通过传导)将在块体导电材料2704中产生的热传送到非导电块体介质2702中。在一些示例中，如果非导电块体介质表现出一些导电行为，则除了块体导电材料层之外，也将在非导电部分中产生热。

图27B示出仅包括保护层2706、导电层1904和介电层1908的耦接条带2700的实现。耦接条带2700布置有导电层1904上的保护层2706以及与介电层1908上的导电层1904。介电层1908通过非导电块体介质2702的一部分与嵌入式导电块体材料2704分离。

图27C示出包括嵌入在非导电块体介质2702内的导电层1904的耦接条带2700的实现。图27C中的耦接条带2700包括保护层2706、导电屏蔽层1906、介电层1908和导电层1904。耦接条带2700布置有导电层1904上的保护层2706、导电屏蔽层1906和介电层1908。导电层1904嵌入在非导电块体介质2702内，并且通过非导电块体介质2702的一部分与导电块体材料2704间隔开。例如，导电层1904和导电块体材料2704可以各自设置在非导电块体介质2702的不同层之间。

图27D示出图27C所描绘的耦接条带2700的一种形式，但没有保护层2706、导电屏蔽层1906和介电层1908。

图27E示出图27D所描绘的耦接条带2700的一种形式，但是导电层1904和导电块体材料2704的取向相反。也就是说，在图27E所描绘的耦接条带2700布置中，导电块体材料2704被定位成比导电层1904更靠近非导电块体介质2702的表面。

图27F示出包括嵌入在非导电块体介质2702内的导电层1904和导电屏蔽层1906的耦接条带2700的实现。在图27F中描绘的耦接条带2700布置中，非导电块体介质2702的部分(例如，非导电块体介质2702的层)将导电层1904与导电屏蔽层1906和导电块体材料2704分离。非导电块体介质2702用于图19所示的耦接条带1900中的介电层1908的类似目的。

图28描绘了耦接条带连接器2802的实现的图。图2805是连接器2802的电路图。连接器2802包括集成阻抗调节网络2804。阻抗调节网络2804电耦接在输入信号接口2806和耦接条带1900之间。例如，输入信号接口2806可以是同轴线缆连接。输入信号接口2806的输入端子2810(例如，同轴线缆连接的中心电线)通过布线2808耦接到耦接条带1900的导电层1904。输入信号接口2806的接地端子2814(例如，同轴线缆连接的屏蔽件)通过一个或多个布线2812耦接到块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层1906中的一个或这两个。

阻抗调节网络2804被配置为将耦接条带1900的输入阻抗调整到如在输入信号接口2806处测量的期望电平。阻抗调节网络2804可以是固定或可变阻抗调节网络。例如，阻抗调节网络2804可以实现为上面参考图12～15B描述的阻抗调节网络中的任一个。在图2850中，阻抗调节网络2804被实现为连接到耦接条带1900的导电屏蔽层1906和块体介质1902(或者如果针对非导电块体介质实现，则为块体导电材料2704)中的任一个或这两者的接地端之间的分流电容器C1。

图29描绘了耦接条带连接器2902的另一实现的图。连接器2902包括例如用于将多个耦接条带1900耦接链接在一起的两个输入信号接口2906A和2906B。图2905是连接器2902的电路图。连接器2902包括集成阻抗调节网络2904。阻抗调节网络2904包括电耦接在输入信号接口2906A、2906B和耦接条带1900之间的串联分流阻抗调节组件2904A、2904B、2904C。例如，输入信号接口2906A和2906B可以是同轴线缆连接。输入信号接口2906A、2906B的相应输入端子22910通过布线2808耦接到耦接条带1900的导电层1904并且彼此耦接。输入信号接口2906A、2906B的相应接地端子2914通过一个或多个布线2912耦接到块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层1906中的一个或这两个。

在图2950中，阻抗调节网络2804被实现为将电容器C1和连接到耦接条带1900的导电屏蔽层1906和块体介质1902(或者如果针对非导电块体介质实现，则为块体导电材料2704)中的任一个或这两者的接地之间的两个分流电容器C2、C3串联。

图30是根据本发明的实现的利用耦接条带1900的第一示例性块体介质加热系统3000的框图。加热系统3000包括彼此间隔开并附接到块体介质1902(例如，飞行器机翼)的多个耦接条带1900。各耦接条带1900连接到功率控制系统3002。功率控制系统3002可以实现为上述功率控制系统104的任何实施例。功率控制系统3002向各条带馈送AC电流。

各耦接条带1900的一端(这里称为“输入端”)通过连接器3004耦接到功率控制系统3002。在所示示例中，各耦接条带1900的相对端(这里称为“终止端”)具有开路端子3006或闭路端子3008。耦接条带1900布置成交替图案，在该交替图案中，各相邻的一对耦接条带1900具有不同类型的端子。例如，各相邻的一对中的一个耦接条带1900在其终止端处设置有开路端子3006，而该对中的另一耦接条带1900设置有闭路端子3008。开路端子3006指示耦接条带1900的终止端保持为开路；不通过块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层连接到电气接地端。在一些实现中，闭路端子3008是耦接条带1900的导电层与块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层中的任一个或这两者之间的短路。在一些实现中，闭路端子3008是电容器连接在耦接条带1900的导电层和电气接地端之间的电容端子。例如，电容器连接在耦接条带1900的导电层与块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层之间。在一些实现中，闭路端子3008是电感器连接在耦接条带1900的导电层和电气接地端之间的电感端子。例如，电感器连接在耦接条带1900的导电层与块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层之间。在一些实现中，闭路端子3008是电阻器连接在耦接条带1900的导电层和电气接地端之间的电阻端子。例如，电阻器连接在耦接条带1900的导电层与块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层之间。

互补端子类型可以应用于相邻的耦接条带1900以在功率控制系统3002处提供期望的输入阻抗、提供跨块体介质1902的期望的加热分布、或者其组合。例如，耦接条带1900可以在相邻的耦接条带1900具有互补的端子类型的情况下安装在块体介质1902上。例如，相邻的耦接条带1900的端子可以在开路端子3006和短路端子(例如，实现为短路的闭路端子3008)之间交替。在另一示例中，相邻的耦接条带1900的端子可以在实现为电容端子的闭路端子3008和实现为电感端子的闭路端子3008之间交替。

图31是根据本发明的实现的利用耦接条带1900的第二示例性块体介质加热系统3100的框图。加热系统3100类似于上述的加热系统3000，其中加热系统3100增加了控制系统3102，该控制系统3102被配置为驱动附接到各耦接条带1900的终止端的可变端子3106。可变端子3106包括可切换端子。在一些实现中，可变端子3106被配置为在短路端子和开路端子之间切换。例如，可变端子3106包括耦接在耦接条带1900的导电层和电气接地端之间的可控开关。可控开关可以实现为电子开关(例如晶体管、功率二极管、晶闸管、可控硅整流器等)或机械开关(例如继电器)。例如，可控开关连接在耦接条带1900的导电层与块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层之间。控制系统的输出耦接到可控开关的控制端子。

通过打开和关闭可控开关(或接通和关断电子开关)，可以在开路和短路之间改变各耦接条带1900的端子。例如，控制系统3102根据需要通过操作可控开关以改变耦接条带1900的端子类型来控制耦接条带1900的可变端子3106的操作从而加热块体介质1902。在一些实现中，控制系统3102可以独立地控制各耦接条带的可变端子3106。在一些实现中，控制系统3102可以彼此同步地控制一组(例如，一对或更大组)耦接条带的可变端子3106。在一些实现中，控制系统3102可以例如根据规则操作周期以规则间隔控制切换一个或多个耦接条带1900的可变端子3106。用于切换可变端子3106的操作周期的范围可以在0.01Hz至100Hz之间。

在一些实现中，控制系统3102通过在开路和闭路端子之间交替地切换来控制可变端子3106的操作。例如，控制系统3102在操作周期的前半部分期间将可变端子3106的一半切换为短路端子，并且将可变端子3106的一半切换为开路端子。然后，在操作周期的后半部分期间，控制系统3102切换可变端子3106，使得作为开路端子的端子被切换为闭路端子，反之亦然。用于切换可变端子3106的操作周期的范围可以在0.01Hz至100Hz之间。

在一些实现中，控制每对相邻的耦接条带1900的可变端子3106以保持相反类型的端子。即，控制系统3102控制可变端子3106，使得各相邻对中的一个耦接条带1900的端子被配置为开路，并且该对中的另一耦接条带1900的端子被配置为开路，其中端子在操作周期的每半个操作周期中交替。

控制系统3102可以是具有被配置为控制可变端子3106的操作的一个或多个处理器或微控制器的计算装置。例如，控制系统3102包括存储指令(例如，软件代码)的存储器，当控制系统执行指令时使控制系统3102向可变端子3106中的可控开关提供适当的控制信号。在一些实现中，功率控制系统3002和控制系统3102可以集成到公共功率和控制系统中。

在一些实现中，可变端子3106被配置为在电容端子和电感端子之间切换。例如，可控开关可以被布置为在将耦接条带1900的导电层耦接到连接至接地端的电容器以及将耦接条带1900的导电层耦接到连接至接地端的电感器之间切换。如上所述，接地端可以通过块体介质1902或耦接条带1900的导电屏蔽层。此外，在这种实现中，控制系统3102可以如上所述地操作以在导电端子和电感端子之间交替地切换可变端子3106。

在其它实现中，可修改可变端子3106以在不同端子类型之间切换，例如，在开路端子和电容端子之间切换，在短路端子和电感端子之间切换，在开路端子和电感端子之间切换，在短路端子和电容端子之间切换，在开路端子和电阻端子之间切换，在短路端子和电阻端子之间切换，或其它组合。

图32是根据本发明的实现的利用耦接条带的第三示例性块体介质加热系统3200的框图。加热系统3200被配置为交替地驱动相邻的耦接条带1900。加热系统3200类似于上述的加热系统3000，其中加热系统3200增加了控制系统3202，该控制系统3202被配置为驱动附接到各耦接条带1900的输入端的可切换连接器3204。可切换连接器3204包括可控开关，该可控开关被布置成将相关联的耦接条带1900与功率控制系统3002连接和断开。可控开关可以实现为电子开关(例如晶体管、功率二极管、晶闸管、可控硅整流器等)或机械开关(例如继电器)。例如，可控开关连接在耦接条带1900的导电层和可切换连接器3204的输入端子之间。控制系统的输出耦接到可控开关的控制端子。

控制系统3202控制可切换连接器3204的操作以交替地使耦接条带1900与功率控制系统3002连接和断开，从而有效地接通和关断耦接条带1900。例如，控制系统3202可以控制可切换连接器3204以交替地接通和关断耦接条带1900。例如，控制系统3202根据需要通过操作可控开关以关断和接通耦接条带1900来控制耦接条带1900的可切换连接器3204的操作从而加热块体介质1902。在一些实现中，控制系统3102可以独立地控制各耦接条带的可变端子3106。在一些实现中，控制系统3102可以彼此同步地控制一组(例如，一对或更大组)耦接条带的可变端子3106。在一些实现中，控制系统3102可以例如根据规则操作周期以规则间隔控制切换一个或多个耦接条带1900的可变端子3106。用于切换可变端子3106的操作周期的范围可以在0.01Hz至100Hz之间。在一些实现中，在操作周期的前半部分期间，控制系统3202使具有开路端子3006的耦接条带1900接通，而使具有闭路端子3008的耦接条带1900关断。然后，在操作周期的后半部分期间，控制系统3202切换可切换连接器3204以使具有开路端子3006的耦接条带1900关断并且使具有闭路端子3008的耦接条带1900接通。

控制系统3202可以是具有被配置为控制可变端子3106的操作的一个或多个处理器或微控制器的计算装置。例如，控制系统3202包括存储指令(例如，软件代码)的存储器，该指令在由控制系统执行时使控制系统3202向可变端子3106中的可控开关提供适当的控制信号。在一些实现中，功率控制系统3002和控制系统3202可以集成到公共功率和控制系统中。

如这里所使用的，术语“垂直”或“基本上垂直”或“正交”或“基本上正交”是指在可接受的工程或测量公差内形成九十度角的两个元件(例如，线、方向、轴、平面、表面或组件)之间的关系。例如，如果方向之间的角度在90度的可接受公差(例如，±1～2度)内，则可以认为方向彼此垂直。

虽然本说明书包含许多具体实现细节，但这些细节不应被解释为对任何发明的范围或对可要求的范围的限制，而应被解释为对可能特定于具体发明的具体实现的特征的描述。在本说明书中在单独实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征还可以单独地以多种实现或者以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可以在上面描述为在某些组合中起作用并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，可以从组合中去除来自要求保护的组合的一个或多个特征，并且要求保护的组合可以指子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘操作，但这不应理解为要求以所示出的特定顺序或按序列顺序进行这种操作，或要求进行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实现中的各种系统模块和组件的分离不应理解为在所有实现中需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件和/或硬件产品中，或者封装成多个软件和/或硬件产品。

已经描述了主题的特定实现。其它实现在所附权利要求书的范围内。例如，可以以不同的顺序执行权利要求中所述的动作，并且仍然实现期望的结果。作为一个示例，附图中描绘的处理没有必要需要所示的特定顺序或序列顺序以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。

除了所附权利要求的实施例和上述实施例之外，以下编号的实施例也是创新性的：

实施例1是一种用于对块体介质的外表面进行加热的系统，所述系统包括：两个或更多个耦接条带，其彼此间隔开且附接至所述块体介质，所述耦接条带中的各耦接条带具有沿所述块体介质的表面延伸的多层结构，所述多层结构与所述块体介质相结合地形成电气传输线，所述多层结构包括：所述块体介质上的第一介电层、所述第一介电层上的导电层、所述导电层上的第二介电层、以及所述第二介电层上的导电屏蔽层；以及功率控制系统，其耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层以及所述块体介质，所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述块体介质的表面进行加热。

实施例2是根据实施例1所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为以1kHz至450MHz之间的AC频率向所述耦接条带提供电流。

实施例3是根据实施例1或2中任一项所述的系统，其中，所述导电层定位在所述块体介质的1英寸内。

实施例4是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为向各耦接条带提供0.1Amp至200Amp之间的AC电流。

实施例5是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层以蛇形图案布置，其中所述导电层的段彼此并排。

实施例6是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述导电层与所述块体介质相隔第一距离，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及所述第一距离和所述第二距离之间的比率在1:1至1:5的范围内。

实施例7是根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，所述导电层与所述块体介质相隔第一距离，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及所述第一距离和所述第二距离之间的比率在5:1至1:5的范围内。

实施例8是根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，所述导电层与所述块体介质相隔第一距离，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及所述第一距离和所述第二距离之间的比率在1:1至5:1的范围内。

实施例9是根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，所述第一介电层具有第一厚度，所述第二介电层具有第二厚度，以及所述第一厚度和所述第二厚度之间的比率在1:1至1:5的范围内。

实施例10是根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，所述第一介电层具有第一厚度，所述第二介电层具有第二厚度，以及所述第一厚度和所述第二厚度之间的比率在1:1至5:1的范围内。

实施例11是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括跨所述导电层的、沿所述导电层的长度变化的宽度。

实施例12是根据实施例11所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括跨所述导电层的、沿所述导电层的长度变化的宽度，跨所述导电层的宽度在最大宽度至最小宽度之间变化，以及所述最大宽度比所述最小宽度大、且最大宽度在最小宽度的1.5倍至100倍之间。

实施例13是根据实施例11所述的系统，其中，跨所述导电层的宽度在最大宽度至最小宽度之间变化，以及所述最大宽度比所述最小宽度大且在其1.5倍至100倍之间。

实施例14是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括多个段，其中在多个段的各对之间耦接有一个或多个电路元件。

实施例15是根据实施例14所述的系统，其中，所述一个或多个电路元件包括电容器。

实施例16是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括沿所述导电层的长度变化的厚度。

实施例17是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述块体介质形成与所述耦接条带中的各耦接条带相结合地形成的电气传输线用的第二屏蔽层。

实施例18是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述导电层和所述导电屏蔽层各自包括铜、银和铝中至少之一。

实施例19是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述导电层包括钛。

实施例20是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述导电屏蔽层包括铜箔、铝箔和编织屏蔽材料中至少之一。

实施例21是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述第一介电层和所述第二介电层各自包括Kapton和聚酯薄膜中至少之一。

实施例22是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述第一介电层和所述第二介电层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)和橡胶中至少之一。

实施例23是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述多层结构还包括所述导电屏蔽层上的保护层。

实施例24是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述第一介电层包括附着剂材料。

实施例25是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述多层结构还包括：所述导电层和所述第二介电层之间的第一附着剂层；以及所述第二介电层和所述导电屏蔽层之间的第二附着剂层。

实施例26是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的到电气接地端的导电路径。

实施例27是根据实施例26所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述块体介质。

实施例28是根据实施例26所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例29是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路。

实施例30是根据实施例29所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述块体介质。

实施例31是根据实施例29所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例32是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地之间的电路元件，所述电路元件包括电容器、电感器和电阻器中至少之一。

实施例33是根据实施例32所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述块体介质。

实施例34是根据实施例32所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例35是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括所述终止端的到所述电气接地端的导电路径。

实施例36是根据实施例34所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述块体介质。

实施例37是根据实施例34所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述第一耦接条带和所述第二耦接条带的相应导电屏蔽层。

实施例38是根据实施例34所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例39是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电容器，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电感器。

实施例40是根据实施例39所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述块体介质。

实施例41是根据实施例39所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述第一耦接条带和所述第二耦接条带的相应导电屏蔽层。

实施例42是根据实施例39所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例43是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及各耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层与所述块体介质和所述导电屏蔽层其中之一或这两者之间的开关，在第一状态下，所述开关在所述导体层与所述块体介质或所述导电屏蔽层之间形成开路，以及在第二状态下，所述开关在所述导电层和电气接地端之间形成闭路。

实施例44是根据实施例43所述的系统，其中，所述电气接地端是所述块体介质。

实施例45是根据实施例43所述的系统，其中，所述电气接地端是所述导电屏蔽层。

实施例46是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此并联地电气耦接在一起。

实施例47是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此串联地电气耦接在一起。

实施例48是根据前述实施例中任一项所述的系统，其中，所述块体介质包括块体介质、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

实施例49是一种用于对结构的外部进行加热的系统，所述系统包括：要加热的结构，所述结构由非导电材料制成并且包括嵌入在其中的块体导电材料；两个或更多个耦接条带，其彼此间隔开并且附接至所述结构，所述耦接条带中的各耦接条带包括沿所述结构延伸的多层结构，所述多层结构与嵌入在所述结构内的块体导电材料相结合地形成电气传输线，所述多层结构包括：与所述块体导电材料重叠的导电层以及所述块体导电材料和第一导电层之间的第一介电层；以及功率控制系统，其耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层以及所述结构，所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述结构的外部进行加热。

实施例50是根据实施例49所述的系统，其中，各耦接条带沿所述结构的表面延伸，以及所述多层结构还包括所述导电层上的保护层。

实施例51是根据实施例49所述的系统，其中，各耦接条带沿所述结构的表面延伸，以及所述多层结构还包括所述导电层上的导电屏蔽层、所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层、以及所述导电屏蔽层上的保护层。

实施例52是根据实施例49所述的系统，其中，各耦接条带的一部分沿所述结构的表面延伸，所述导电层嵌入在所述结构内，所述结构的一部分形成所述第一介电层，以及所述多层结构还包括所述导电层上的导电屏蔽层、所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层、以及所述导电屏蔽层上的保护层。

实施例53是根据实施例49所述的系统，其中，所述导电层嵌入在所述结构内，所述结构的第一部分形成所述第一介电层，以及所述多层结构还包括嵌入在所述结构内并与所述导电层重叠的导电屏蔽层、以及由所述结构的第二部分形成并定位在所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层。

实施例54是根据实施例49所述的系统，其中，所述导电层嵌入在所述结构内，以及所述结构的一部分形成所述第一介电层。

实施例55是根据实施例49至54中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为以1kHz至450MHz之间的AC频率向所述耦接条带提供电流。

实施例56是根据实施例49至55中任一项所述的系统，其中，所述导电层定位在所述块体导电材料的1英寸内。

实施例57是根据实施例49至56中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为向各耦接条带提供0.1Amp至200Amp之间的AC电流。

实施例58是根据实施例49至57中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层以蛇形图案布置，其中所述导电层的段彼此并排。

实施例59是根据实施例51至53中任一项所述的系统，其中，所述导电层与所述块体导电材料相隔第一距离，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及所述第一距离和所述第二距离之间的比率在1:1至1:5的范围内。

实施例60是根据实施例51至53中任一项所述的系统，其中，所述导电层与所述块体导电材料相隔第一距离，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及所述第一距离和所述第二距离之间的比率在1:1至5:1的范围内。

实施例61是根据实施例49至60中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括跨所述导电层的、沿所述导电层的长度变化的宽度。

实施例62是根据实施例61所述的系统，其中，跨所述导电层的宽度在最大宽度至最小宽度之间变化，以及所述最大宽度比所述最小宽度大且在其1.5倍至100倍之间。

实施例63是根据实施例49至62中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括多个段，其中在多个段的各对之间耦接有一个或多个电路元件。

实施例64是根据实施例63所述的系统，其中，所述一个或多个电路元件包括电容器。

实施例65是根据实施例49至64中任一项所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括沿所述导电层的长度变化的厚度。

实施例66是根据实施例49至65中任一项所述的系统，其中，所述块体导电材料形成与所述耦接条带中的各耦接条带相结合地形成的电气传输线用的第二屏蔽层。

实施例67是根据实施例51至53中任一项所述的系统，其中，所述导电层和所述导电屏蔽层各自包括铜、银和铝中至少之一。

实施例68是根据实施例49至67中任一项所述的系统，其中，所述导电层包括钛。

实施例69是根据实施例51至53中任一项所述的系统，其中，所述导电屏蔽层包括铜箔、铝箔和编织屏蔽材料中至少之一。

实施例70是根据实施例49至69中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述块体导电材料之间的导电路径。

实施例71是根据实施例49至70中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的位于所述导电层和所述块体导电材料之间的开路。

实施例72是根据实施例49至71中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述块体导电材料之间的电路元件，所述电路元件包括电容器、电感器和电阻器中至少之一。

实施例73是根据实施例49至72中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括所述终止端的位于所述导电层和所述块体导电材料之间的开路，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述块体导电材料之间的导电路径。

实施例74是根据实施例73所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例75是根据实施例49至74中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述块体导电材料之间的电容器，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述块体导电材料之间的电感器。

实施例76是根据实施例75所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例77是根据实施例49至76中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的到电气接地端的导电路径。

实施例78是根据实施例77所述的系统，其中，所述电气接地端包括导电块体材料。

实施例79是根据实施例77所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例80是根据实施例49至79中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路。

实施例81是根据实施例80所述的系统，其中，所述电气接地端包括导电块体材料。

实施例82是根据实施例80所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例83是根据实施例49至82中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电路元件，所述电路元件包括电容器、电感器和电阻器中至少之一。

实施例84是根据实施例71所述的系统，其中，所述电气接地端包括导电块体材料。

实施例85是根据实施例71所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

实施例86是根据实施例49至85中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和所述电气接地端之间的导电路径。

实施例87是根据实施例87所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例88是根据实施例49至87中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电容器，以及各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电感器。

实施例89是根据实施例88所述的系统，其中，所述电气接地端包括导电块体材料。

实施例90是根据实施例88所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述第一耦接条带和所述第二耦接条带的相应导电屏蔽层。

实施例91是根据实施例88所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为在向各相邻耦接条带对中的第一耦接条带提供电流和向各相邻耦接条带对中的第二耦接条带提供电流之间交替。

实施例92是根据实施例51至53中任一项所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及各耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层与所述块体导电材料和所述导电屏蔽层其中之一或这两者之间的开关，在第一状态的情况下，所述开关在所述导体层与所述块体导电材料或所述导电屏蔽层之间形成开路，以及在第二状态的情况下，所述开关在所述导电层和电气接地端之间形成闭路。

实施例93是根据实施例92所述的系统，其中，所述电气接地端包括导电块体材料。

实施例94是根据实施例92所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述第一耦接条带和所述第二耦接条带的相应导电屏蔽层。

实施例95是根据实施例49至94中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此并联地电气耦接在一起。

实施例96是根据实施例49至95中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此串联地电气耦接在一起。

实施例97是根据实施例49至96中任一项所述的系统，其中，所述结构包括飞行器蒙皮、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

实施例98是一种安装块体介质加热系统的方法，所述方法包括：获得耦接条带，其中各耦接条带包括多层结构，所述多层结构包括第一介电层、与所述第一介电层重叠的导电层、与所述导电层重叠的导电屏蔽层、以及所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层；将所述耦接条带中的各耦接条带附接至块体介质的表面且彼此间隔开，其中各耦接条带的第一介电层定位在所述块体介质和所述导电层之间；以及将所述耦接条带中的各耦接条带的导电层耦接至功率控制系统，所述功率控制系统被配置为向所述耦接条带提供电流。

实施例99是根据实施例98所述的方法，其中，所述第一介电层包括双面附着剂，以及将所述耦接条带中的各耦接条带附接至所述块体介质的表面包括针对各耦接条带：从所述双面附着剂移除衬垫以露出其附着剂表面；以及将所述附着剂表面附接至所述块体介质的表面。

实施例100是根据实施例98或99中任一项所述的方法，其中，将所述耦接条带中的各耦接条带附接至所述块体介质的表面包括针对各耦接条带在所述耦接条带上施加附着剂顶层，所述附着剂顶层跨所述耦接条带的宽度延伸，使得所述附着剂顶层的侧边缘与所述耦接条带的任一侧的块体介质的一部分接触并粘附到该部分。

实施例101是根据实施例98至100中任一项所述的方法，其中，将所述耦接条带中的各耦接条带附接至所述块体介质的表面包括针对各耦接条带：向所述块体介质的表面施加附着剂材料；以及将所述耦接条带的第一介电层附接至所述附着剂材料。

实施例102是根据实施例98至101中任一项所述的方法，其中，所述块体介质包括飞行器蒙皮、风力涡轮机叶片、建筑物的屋顶、或铁路轨道。

实施例103是一种用于对块体介质进行加热的系统，所述系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至所述块体介质；以及功率控制系统，其耦接至所述电极，所述功率控制系统被配置为通过对沿所述电极之间的电流路径的电流的密度进行成形来对所述块体介质进行加热，从而在所述块体介质中沿所述电流路径产生比所述块体介质对DC电流的电阻大的有效电阻，其中，所述功率控制系统通过调整电流的趋肤深度来对所述块体介质的深度内的电流的密度进行成形，并且所述功率控制系统通过调整电流的邻近效应来对跨所述电流路径的方向上的电流的密度进行成形。

实施例104是根据实施例103所述的系统，其中，所述块体介质是飞行器的一部分。

实施例105是根据实施例103或104中任一项所述的系统，其中，所述块体介质是飞行器机翼的一部分、飞行器尾翼的一部分和飞行器机身的一部分中的一个或多个。

实施例106是根据实施例103至105中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个电极是两个或更多个电极的第一集合，以及所述系统还包括耦接至所述块体介质的不同部分的两个或更多个电极的第二集合，所述功率控制系统耦接至两个或更多个电极的第二集合并且被配置为交替地向两个或更多个电极的第一集合和两个或更多个电极的第二集合递送功率。

实施例107是根据实施例103至106中任一项所述的系统，其中，所述块体介质包括铝或碳纤维复合材料，以及所述两个或更多个电极包括铝、银或铜。

实施例108是根据实施例103至107中任一项所述的系统，其中，所述两个或更多个电极以使所述电极和所述块体介质之间的接触电阻减小的方式耦接至所述块体介质。

实施例109是根据实施例108所述的系统，其中，导电材料设置在所述两个或更多个电极中至少之一与所述块体介质之间。

实施例110是根据实施例103至109中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为通过以大于1kHz的AC频率在所述块体介质中产生电流来调整电流的趋肤深度。

实施例111是根据实施例110所述的系统，其中，所述AC频率在100kHz至450MHz之间。

实施例112是根据实施例103至111中任一项所述的系统，其中，通过将第二电流路径定位成邻近所述块体介质的表面并且沿着所述电流路径的一部分来调整电流的邻近效应。

实施例113是根据实施例112所述的系统，其中，所述第二电流路径的至少一部分定位在所述块体介质的表面的10cm内。

实施例114是根据实施例112所述的系统，其中，所述第二电流路径是完成包括所述两个或更多个电极和所述功率控制系统的闭路的线缆。

实施例115是根据实施例103至114中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统包括被配置为调节所述功率控制系统的输出阻抗的阻抗调节网络(IAN)。

实施例116是根据实施例115所述的系统，其中，所述IAN被配置为调节所述功率控制系统的输出阻抗以与所述块体介质的阻抗相匹配。

实施例117是根据实施例103至116中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统包括被配置为将来自电源的功率变换为适当的AC频率和电压以供所述功率控制系统使用的信号变换电路。

实施例118是根据实施例103至117中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统包括被配置为控制所述功率控制系统的操作的控制器。

实施例119是根据实施例103至118中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统使用电流的邻近效应来对所述电极之间的电流路径的路线进行成形，以使所述电极之间的电流路径的总长度延伸。

实施例120是根据实施例103至119中任一项所述的系统，其中，所述功率控制系统通过将第二电流路径定位成邻近所述块体介质的表面来对所述电极之间的电流路径的路线进行成形，其中，所述第二电流路径根据所述电极之间的电流路径的期望路线来布置。

实施例121是一种系统，所述系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至块体介质；功率控制系统，其耦接至所述电极并且被配置为以大于1kHZ且小于300GHz的频率沿着所述电极之间的通过所述块体介质的电流路径生成AC电流信号；以及第二电流路径，其被定位成邻近所述块体介质的表面并且沿着通过所述块体介质的电流路径。

实施例122是一种飞行器除冰和防冰系统，所述飞行器除冰和防冰系统包括：两个或更多个电极，其彼此间隔开并且耦接至飞行器的一部分；功率控制系统，其耦接至所述电极并且被配置为通过经由以下操作对沿着所述电极之间的通过所述飞行器的所述部分的电流路径的电流的密度进行成形来对所述飞行器的所述部分进行加热：沿着所述电极之间的通过飞行器的所述部分的电流路径并且以1MHz至50MHz之间的频率来生成AC电流信号，其中，所述频率使得通过调整沿所述电流路径的电流的趋肤深度来在第一方向上对电流的密度进行成形；以及提供第二电流路径，所述第二电流路径被定位成沿着通过所述飞行器的所述部分的所述电流路径的至少一部分并且在所述飞行器的所述部分的表面的10cm的邻近度内，其中，所述第二电流路径对所述飞行器的所述部分的表面的邻近度使得通过调整沿所述电流路径的一部分的电流的邻近效应来在不同的第二方向上对电流的密度进行成形。

Claims (26)

1.一种用于对飞行器的外部进行加热的系统，所述系统包括：

两个或更多个耦接条带，其彼此间隔开并且附接至飞行器蒙皮，所述耦接条带中的各耦接条带包括沿所述飞行器蒙皮的表面延伸的多层结构，所述多层结构与所述飞行器蒙皮相结合地形成电气传输线，所述多层结构包括：

所述飞行器蒙皮上的第一介电层，

所述第一介电层上的导电层，

所述导电层上的第二介电层，以及

所述第二介电层上的导电屏蔽层；以及

功率控制系统，其耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层并且耦接至所述飞行器蒙皮，所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述飞行器蒙皮的表面进行加热。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为以1kHz至450MHz之间的AC频率向所述耦接条带提供电流。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导电层定位在所述飞行器蒙皮的1英寸内。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层以蛇形图案布置，其中所述导电层的各段彼此并排。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导电层与所述飞行器蒙皮相隔第一距离，

其中，所述导电屏蔽层与所述导电层相隔第二距离，以及

其中，所述第一距离和所述第二距离之间的比率在5:1至1:5的范围内。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括跨所述导电层的、沿所述导电层的长度变化的宽度，

其中，跨所述导电层的宽度在最大宽度至最小宽度之间变化，以及

其中，所述最大宽度比所述最小宽度大，且是最小宽度的1.5倍至100倍之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带的导电层包括多个段，其中在多个段的各对之间耦接有一个或多个电路元件。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述飞行器蒙皮形成与所述耦接条带中的各耦接条带相结合地形成的电气传输线用的第二屏蔽层。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一介电层包括附着剂材料。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多层结构还包括：

所述导电层和所述第二介电层之间的第一附着剂层；以及

所述第二介电层和所述导电屏蔽层之间的第二附着剂层。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，

其中，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及

其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的到电气接地端的导电路径。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述飞行器蒙皮。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，

其中，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及

其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述飞行器蒙皮。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述电气接地端包括所述至少一个耦接条带的导电屏蔽层。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，

其中，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，以及

其中，所述耦接条带中的至少一个耦接条带包括在所述终止端耦接在所述导电层和电气接地端之间的电路元件，所述电路元件包括电容器、电感器和电阻器中至少之一。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，各耦接条带包括第一端和终止端，

其中，各耦接条带的导电层在所述第一端耦接至所述功率控制系统，

其中，各相邻耦接条带对中的第一耦接条带交替地包括所述终止端的位于所述导电层和电气接地端之间的开路，以及

其中，各相邻耦接条带对中的第二耦接条带交替地包括所述终止端的到所述电气接地端的导电路径。

19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此并联地电气耦接在一起。

20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个耦接条带彼此串联地电气耦接在一起。

21.一种用于对飞行器的外部进行加热的系统，所述系统包括：

飞行器蒙皮，其由非导电材料制成并且包括嵌入在其中的块体导电材料；

两个或更多个耦接条带，其彼此间隔开并且附接至所述飞行器蒙皮，所述耦接条带中的各耦接条带包括沿所述飞行器蒙皮延伸的多层结构，所述多层结构与嵌入在所述飞行器蒙皮内的块体导电材料相结合地形成电气传输线，所述多层结构包括：

与所述块体导电材料重叠的导电层，以及

所述块体导电材料和第一导电层之间的第一介电层；以及

功率控制系统，其耦接至所述耦接条带中的各耦接条带的导电层并且耦接至所述飞行器蒙皮，所述功率控制系统被配置为通过向所述耦接条带提供电流来对所述飞行器蒙皮的表面进行加热。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，各耦接条带沿所述飞行器蒙皮的表面延伸，以及

其中，所述多层结构还包括：

所述导电层上的导电屏蔽层，

所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层，以及

所述导电屏蔽层上的保护层。

23.根据权利要求21所述的系统，其中，所述导电层嵌入在所述飞行器蒙皮内，以及

其中，所述飞行器蒙皮的第一部分形成所述第一介电层，以及

其中，所述多层结构还包括：

导电屏蔽层，其嵌入在所述飞行器蒙皮内并且与所述导电层重叠，以及

第二介电层，其由所述飞行器蒙皮的第二部分形成并且定位在所述导电层和所述导电屏蔽层之间。

24.根据权利要求21所述的系统，其中，所述功率控制系统被配置为以1kHz至450MHz之间的AC频率向所述耦接条带提供电流。

25.一种安装飞行器蒙皮加热系统的方法，所述方法包括：

获得耦接条带，其中，各耦接条带包括多层结构，所述多层结构包括：

第一介电层，

与所述第一介电层重叠的导电层，

与所述导电层重叠的导电屏蔽层，以及

所述导电层和所述导电屏蔽层之间的第二介电层；

将所述耦接条带中的各耦接条带附接至飞行器蒙皮的表面且各耦接条带彼此间隔开，其中各耦接条带的所述第一介电层定位在所述飞行器蒙皮和所述导电层之间；以及

将所述耦接条带中的各耦接条带的导电层耦接至功率控制系统，所述功率控制系统被配置为向所述耦接条带提供电流。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一介电层包括双面附着剂，以及

其中，将所述耦接条带中的各耦接条带附接至所述飞行器蒙皮的表面包括针对各耦接条带：

从所述双面附着剂去除衬垫以露出其附着剂表面，以及

将所述附着剂表面附接至所述飞行器蒙皮的表面。

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