光和其他电磁波的等效导波体的等效导波器与等效集输装置

摘要

本发明涉及光等电磁波的广义菲涅尔等效聚焦导波体与集输装置。由等效导波单元组合构成等效导波单元层及其薄层式或空腔式或多层式广义菲涅尔等效导波体，大大减少导波体重量和材料用量。由广义菲涅尔等效导波体梯次逐级递进组合，较易实现大型化和构成自动跟踪式或固定静置式大面积集散汇聚的等效导波器及集输装置。利用光等电磁波自身能量，将分散低密度太阳能等电磁波聚集为高密度资源。既可输送到需要或便于应用的地点，也可现场就地转换利用，提高太阳能等应用灵活性。可广泛应用于加热、照明、光伏、照射、辐射、激发等领域。全新高密度绿色可再生太阳能等电磁波资源，结构简约，成本低，经济价值和生态环保意义很大。

说明书

技术领域

本发明涉及光和其他电磁波的广义菲涅尔等效聚焦导波的等效导波体及其等效导波器与等效集输装 置，属光等电磁波技术领域。

背景技术

自然光(如阳光、散射光)等电磁波几乎是取之不尽、用之不竭的可再生资源。照射到地球及周边空 间范围内太阳光能量的总量非常巨大。自然光在空间传播过程中不需要外加能量，可以自行传输到各处空 间。自然光分布广泛，没有许多能源资源存在的远距离运输问题，处处都有可能实现采集和利用。因此， 自然光(太阳能)具有无可比拟的优越性。但自然光(太阳能)不仅能量密度较低，而且传播角度在全方 位范围变化，并且传播分布的空间非常大，限制了自然光等电磁波在许多方面的应用。

经典菲涅尔透镜(螺纹透镜或阶梯透镜)为凸透镜的薄层式等效导波体或等效导波器。凸透镜及其菲 涅尔透镜式的薄层式等效导波体，两者都为经典聚焦原理的点聚焦型透镜。点聚焦透镜与自动跟踪装置组 合，使太阳光线与主光轴平行，在透镜结构(入射面和出射面及透镜立体的结构)及透镜折射率的组合作 用下，使太阳光形成点聚焦。凸透镜为非均匀曲率表面，结构较复杂，不是较简单或较规则结构的导波器， 不仅制造难度和成本较高，而且难以大型化。凸透镜的薄层式等效导波器即菲涅尔透镜结构也复杂，也难 以大型化，难以实现较大规模太阳能聚集。点聚焦的焦点附近的光线传播的角度范围较大，难以直接组合 多级凸透镜或多级菲涅尔透镜提高太阳能的聚集规模。

固定静置式汇聚导波器及其集散汇聚装置可实现较大规模集散汇聚(黄太清等，ZL201220001925.4)， 其规则形状的通体实心的透反式或透镜式导波体的结构较简单，便于制造，可以不需要自动跟踪装置。较 大型通体实心式棱锥形或圆锥形或椭圆椎形的通体实心式导波体(直径或尺寸为米级数值或更大)，可能 较大或较重，导波材料(透波介质)用量较大，电磁波的吸收等损耗也较大。

现有太阳能设施基本为聚集现场直接转换应用的方式，包括光伏、太阳能热水器、太阳能集热器、太 阳能炉、太阳能灶等，未能将汇聚后较高能量密度的太阳能传输到室内或更有利于应用的位置进行使用， 限制了现有太阳能利用设施的应用灵活性。

发明内容

本发明的目的是利用透波介质的折射性能，以几何光学为基础，为汇聚导波的通体实心式导波体设置 具有等效导波作用的等效导波体，以较大程度地减少导波体的重量、透波材料用量及电磁波的吸收损耗， 也突破经典菲涅尔透镜较难制造、难以大型化、难以多级组合等问题，并克服自然光等电磁波存在的能量 密度低、传播角度范围大和资源分散等问题。与通体实心式导波器等效地使光等电磁波按照设计路径或通 道实现大面积汇聚，获得规模化、高密度的光或其他电磁波资源。

本发明通过设置等效导波单元层构成多层式或薄层式或空腔式等效组合结构的等效导波体实现上述 目的。由等效导波单元构成等效导波单元层，由等效导波单元层构成与通体实心式导波体具有等效导波功 能的等效导波体，由等效导波体构成等效导波器及集输装置。被等效的通体实心式导波体(如棱锥形或圆 锥形或组合结构导波体)为汇聚型或转向型或转直型或转直汇聚型导波体，为透镜式或透反式或透镜式与 透反式组合的混合式结构的导波体，为单一规则结构导波体或组合结构导波体。汇聚型或转向型或转直型 或转直汇聚型通体实心式导波体的后部或尾部在电磁波传播方向为逐渐缩径或尺寸逐渐缩小的结构。

等效导波单元设置为与其对应的通体实心式导波体的相似形结构或近似相似形结构的小型或微型导 波单元。相似形结构的对应面或对应截面都为相似形几何面，几何光学前提下，等效导波单元与对应的通 体实心式导波体的对应的出射波平行，即两者具有等效的导波作用或接近等效的导波作用。因此，等效导 波单元与其对应的通体实心式导波体具有等效导波作用或近似等效导波作用。

等效导波单元为小型或微型的全透波结构的透镜式单元，其立体结构由其入射面和出射面相互连接或 封闭形成；或该等效导波单元为小型或微型的结构中含有反射面的透反式单元，其立体结构由其反射面和 入射面及出射面相互连接或封闭形成；或该单元为小型或微型的透镜式与透反式组合的混合式单元。透镜 式或透反式或混合式等效导波单元都可以实现与其对应的通体实心式导波体的等效或近似等效导波作用。

等效导波单元为空心的中空环带单元或非空心(实心)的条带单元或实心的柱状单元。

中空环带单元为中空弧弯环带单元或中空三角形折弯环带单元或中空多边形折弯环带单元或弧弯与 折弯组合的混合式中空环带单元。

中空环带单元为中空环带形棱锥缺体单元(中空或空心的棱锥体单元)或中空环带形棱锥台缺体单元 (中空或空心的棱锥台体单元)，或该中空环带单元为中空环带形圆锥缺体(空心圆锥体)单元或中空环 带形圆锥台缺体单元，或该中空环带单元为中空环带形椭圆锥缺体单元或中空环带形椭圆锥台缺体单元； 或该中空环带单元为上述中空环带单元结构的部分类型结构或全部类型结构的组合结构的中空环带形等 效导波单元。

条带单元为直条带单元或弧弯条带单元或折弯条带单元或折弯与弧弯组合的混合式条带单元。

条带单元为条带形棱锥体单元或条带形棱锥缺体单元或条带形棱锥台体单元或条带形圆锥缺体单元 或条带形圆锥台缺体单元或条带形椭圆锥缺体单元或条带形椭圆锥台缺体单元；或该条带单元为上述条带 单元结构的部分类型结构或全部类型结构的组合结构的条带形等效导波单元。

柱状单元为柱状棱锥体或柱状棱锥缺体或柱状棱锥台体单元，或该柱状单元为柱状圆锥体或柱状圆锥 缺体或柱状圆锥台体单元，或该柱状单元为柱状椭圆锥体或柱状椭圆锥缺体或柱状椭圆锥台体单元，或该 柱状单元为上述柱状单元结构的部分类型结构或全部类型结构的组合结构的柱状等效导波单元。

等效导波单元及其对应的通体实心式导波体用多种折射型透波介质材料制造，或用多种折射型透波介 质材料与多种反射面材料制造。常见折射型透波介质材料为无机玻璃和有机玻璃及塑料或树脂，塑料或树 脂为亚克力塑料(亚克力树脂)、PC塑料(PC树脂)、氟塑料(氟树脂)等。每种电磁波有其透波效果较好 的透波介质材料。反射面材料为反射膜型材料或反射涂层型材料或反射板型材料或具有反射表面的金属。 透反式等效导波单元既需要透波介质材料，又需要反射面材料。

等效导波单元的直径或尺寸一般设置在数毫米到数十毫米范围。根据电磁波的波长和便于工业中进行 生产与制造，等效导波单元的尺寸或直径在相应场合可做适宜的调整。在以中空环带单元或条带单元进行 等效组合的情况下，最大的单元的尺寸与对应的原通体实心式导波体在部分维度的尺寸相同或接近。

可见光为亚微米级波长的电磁波，近红外光为微米级波长的电磁波，波长都较小。紫外光及波长短于 紫外光的电磁波的波长更短。波长较短的电磁波可以用既方便制造、重量较小、又便于组合的较小的等效 导波单元进行等效导波，如厘米级直径或尺寸的等效导波单元。

对于波长较长的电磁波，如亚毫米级及波长更长的电磁波(包括远红外和微波等)，需要采用较大的 等效导波单元进行等效的定向导波，如采用十几厘米直径或更大的等效导波单元。

等效导波单元层由一个或两个或多个等效导波单元构成。等效导波单元层中的两个或三个或多个等 效导波单元的组合构成方式为并列组合方式或串级组合方式或并列与串级的混合组合方式，并列组合为紧 邻式或隔离式或紧邻与隔离的混合式并列组合，串级组合为紧邻式或隔离式或紧邻与隔离的混合式串级组 合。紧邻并列组合的等效导波单元拼合形成的面为平面式组合面或弧形组合面或折形组合面。并列组合为 横向组合同级或同层等效导波单元，串级组合为与电磁波传播同向地组合上下游的等效导波单元。

等效导波单元层为中空环带单元层或条带单元层或柱状单元层的等效导波单元层。

等效导波单元层为全部由透镜式等效导波单元构成的透镜式单元层或全部由透反式等效导波单元构 成的透反式单元层或由透镜式与透反式两种等效导波单元组合构成的混合式单元层。

等效导波单元层以单元层组合板组合构成方式为，设置与等效导波单元相同或不同透波介质材料的单 元层组合板，用于并列组合或串级组合或并列与串级的混合式组合两个或三个或多个等效导波单元构成等 效导波单元层。单元层组合板为等厚度(均匀厚度)薄板，与等效导波单元相同或不同透波介质的等厚度 薄板的单元层组合板不影响等效导波单元的导波方向或电磁波传播方向。

单元层组合板并列组合等效导波单元时，在电磁波传播方向的横向上设置单元层组合板，单元层组合 板设置在被组合的等效导波单元的顶部或底部或顶部到底部之间的中部。单元层组合板的形状根据对应的 原入射面的形状相应设置。单元层的组合入射面为平面时，单元层组合板为单个整体平面型薄板，单元层 组合板设置在单元层的顶部或底部或中部。单元层的组合入射面为曲面时，单元层组合板可以设置在等效 导波单元层的顶部，但由于曲面区域更难以制成等厚度的单元层组合板，单元层组合板设置在单元层的曲 面入射面内侧区域的下游方向的中部或单元层的底部，单元层组合板为单个整体平面型薄板、或为两个或 多个平面型薄板拼合构成的折型薄板。两个或多个薄板拼合构成的单元层组合板情况下，实际上相当于把 单元层分割为紧邻设置的两个或多个等效导波单元块。但以单元层组合板组合的单元层一般用于不大的单 元层，因此不是分块固定或支撑单元层，仍为整个单元层统一固定或支撑。单元层组合板设置在等效导波 单元底部情况下，等效导波单元为棱锥台体或椭圆锥台体或圆锥台体的单元结构(等效导波单元的底端尖 顶部分进入单元层组合板中并形成一体而消失)。因此，相同结构的规则形等效导波单元便于并列组合。

单元层组合板串级组合等效导波单元时，与电磁波传播方向同向或近似同向地设置单元层组合板，被 组合的全部等效导波单元设置于单元层组合板的一侧或两侧或多侧或周围。单元层组合出射面为平面时， 单元层组合板为单个整体平面型薄板，单元层组合板设置在单元层组合出射面内侧或该内侧至对面一侧之 间的中部或该对面一侧。单元层组合出射面为曲面时，单元层组合板可以设置在组合出射面内侧，但由于 曲面区域更难以制成等厚度单元层组合板，单元层组合板设置在单元层曲面出射面内侧区域的内侧至对面 一侧之间的中部或该对面一侧，单元层组合板为单个整体平面型薄板、或为两个或多个平面型薄板组合的 折型薄板。整体固定或支撑等效导波单元层。相同结构的规则形等效导波单元更便于串级组合。

单元层组合板用于组合构成等效导波单元层，相当于单元层组合板的上方或下方或侧面设置有等效导 波单元并列组合或串级组合或混合式组合的阵列。单元层组合板既是单元层共用连接板，又可以起固定单 元层的作用，如可通过单元层组合板将该单元层固定在其外周的通道壁或支撑框或支撑架或支撑柱上。

以单元层组合板组合构成的等效导波单元层的制造方式包括模压、注射、注模、压制、胶合、接合等， 将等效导波单元与单元层组合板通过一次性整体加工与组合的方式或多次加工与组合的方式，制成一个等 效导波单元层。

一次性整体加工与组合方式制成的等效导波单元层，一般是以一体化整体集成的方式通过模压或注射 或压制等过程，一次性将一个或两个或多个等效导波单元层生产出来。

多次加工与组合的方式制成的等效导波单元层，一般是按依次照几道工序或过程进行加工或组合，最 后构成等效导波单元层的整体，如将模压或注射或胶合或接合等加工过程进行先后组合，又如通过多次的 胶合或接合过程完成整个等效导波单元层的组合和制造。

用反射型内壁通道或保护型通道的通道壁直接固定单元层组合板及该单元层组合板连通的等效导波 单元层；或在单元层组合板的周围设置单元层组合框或单元层组合圈以固定整个单元层。单元层组合框或 单元层组合圈通过通道壁或支撑框架或支撑柱进行固定和支撑。单元层组合框或单元层组合圈为金属材料 或透波材料(如玻璃)或其他材料(如塑胶或木板)。

各种通道壁的外侧可设置肋条或肋板或筋板或固定框或固定圈或固定板，并以焊接或螺栓固定等方式 将整个通道和通道内的全部等效导波单元层及连接在一起的其他部件共同固定在支撑架或支撑柱上。

在单元层组合板的外周设置反射面、或在固定单元层的通道壁内侧或单元层组合框内侧或单元层组合 圈内侧设置反射面，避免或基本消除单元层组合框或单元层组合圈或通道壁对电磁波导波的影响。

微型或较小的等效导波单元的重量较轻，较适合于用单元层组合板组合构成等效导波单元层。尤其是 在导波体不大、并且等效导波单元较小的情况下，没有不要为每个或数个等效导波单元设置组合、支撑或 固定机构。在没有通道壁场合，用支撑架或支撑柱直接固定或支撑单元层组合架或单元层组合框。

等效导波单元层以单元块组合板组合构成方式为，对于较大的等效导波单元层(如入射面内侧的单元 层或出射面内侧的单元层)，将单元层分为若干个等效导波单元块，为每个等效导波单元块设置一个单元 块组合板，用于组合两个或三个或多个等效导波单元构成单元块。单元块组合板为等厚度(均匀厚度)的 与等效导波单元相同或不同透波介质材料的薄板，等厚度的单元块不影响等效导波单元的导波方向。

单元块组合板并列组合等效导波单元时，在电磁波传播方向的横向上设置单元块组合板，单元块组合 板设置在被组合的等效导波单元的顶部或底部或顶部到底部之间的中部。单元块的组合入射面为平面时， 单元块组合板为平面型薄板，单元块组合板设置在等效导波单元的顶部或底部或中部。单元块组合入射面 为曲面时，单元块组合板可以设置在等效导波单元顶部，但由于曲面区域更难以制成等厚度的单元块组合 板，单元块组合板设置在单元块的曲面入射面内侧区域的下游方向的中部或单元块的底部，单元块组合板 为横向薄板或斜向薄板。每个单元块分别固定或支撑，然后统一固定或支撑整个单元层。单元块组合板设 置在等效导波单元底部时，等效导波单元为棱锥台体或椭圆锥台体或圆锥台体的单元结构(等效导波单元 的底端尖顶与单元块组合板形成一体而消失)。因此，相同结构的规则形等效导波单元更便于并列组合。

单元块组合板串级组合等效导波单元时，与电磁波传播方向同向或近似同向地设置单元块组合板，被 组合的全部等效导波单元设置于单元块组合板的一侧或两侧或多侧或周围。单元块的组合出射面为平面 时，单元块组合板设置在单元块组合出射面的内侧或该内侧至对面一侧之间的中部或该对面一侧，单元块 组合板为平面型薄板。单元块组合出射面为曲面时，可以将单元块组合板设置在出射面的内侧，但由于曲 面区域更难以制成等厚度的单元块组合板，单元块组合板设置在单元块曲面出射面内侧区域的内侧至对面 一侧之间的单元块中部或该对面一侧，单元块组合板为纵向薄板或斜向薄板。相同结构的规则形等效导波 单元更便于串级组合。

等效导波单元块的生产方法包括模压、注射、注模、压制、胶合、接合等方式，将等效导波单元与单 元块组合板通过一次性加工或多次加工与胶合过程，组合形成一个等效导波单元块。

每个单元块组合板的外周设置单元块组合框或单元块组合圈，用支撑架或支撑柱连接并固定全部单元 块组合板的组合框或组合圈。每个单元块组合板连通和固定该单元块内部的等效导波单元，每个单元块组 合板又为该单元块与整个单元层的组合和固定创造了条件，发挥其组合和连通其下游或上游的全部等效导 波单元的作用。

全部单元块组合框或单元块组合圈构成组合型网络结构。平面网络结构用于入射面或出射面内侧的单 元层的固定和支撑，立体组合网络结构用于同时固定和支撑入射面内侧和出射面内侧的单元层。单元块组 合板方式组合构成的等效导波单元层，为各个单元块组合板的上方或下方或侧面的单元阵列。通过通道壁 固定上述网络结构，在没有通道壁场合，用支撑架或支撑柱直接固定或支撑上述网络结构。

等效导波单元层以单元组合板组合构成方式为，较大等效导波单元时，如每个等效导波单元直径或尺 寸达十几厘米、甚至数十厘米，为每个等效导波单元设置单元组合板。单元组合板为与等效导波单元相同 或不同透波介质的等厚度薄层，等厚度单元组合板不影响等效导波单元的导波方向或电磁波传播方向。

单元组合板并列组合等效导波单元时，在电磁波传播的横向上设置单元组合板，单元组合板设置在被 组合的等效导波单元的顶部或底部或顶部到底部之间的中部。等效导波单元的入射面为平面时，单元组合 板为平面型薄板，单元组合板设置在等效导波单元的顶部或底部或中部。单元的入射面为曲面时，单元组 合板可以设置在顶部，但最好是设置在单元的曲面入射面内侧区域的下游方向的中部或单元的底部，单元 组合板为横向薄板或斜向薄板。单元组合板设置在单元的底部情况下，等效导波单元为棱锥台体或椭圆锥 台体或圆锥台体的单元结构。相同结构的规则形等效导波单元更便于并列组合。

单元组合板串级组合等效导波单元时，与电磁波传播方向同向或近似同向地设置单元组合板，被组合 的等效导波单元设置于单元组合板的一侧或两侧或多侧或周围。单元出射面为平面时，单元组合板设置在 出射面的内侧或该内侧至对面一侧之间的中部或该对面一侧。单元出射面为曲面时，单元组合板设置在单 元曲面出射面内侧区域的内侧至对面一侧之间的中部或该对面一侧。单元组合板为纵向薄板或斜向薄板。 相同结构的规则形等效导波单元更便于串级组合。

在单元组合层的外周设置与组合层尺寸对应的单元组合框或单元组合圈。等效导波单元通过胶合、接 合或卡夹等方式固定在单元组合框或单元组合圈上。

每个单元组合板的外周设置组合框或组合圈。等效导波单元层中的多个单元组合框或多个单元组合圈 构成平面网格或立体网格结构。平面网络结构的单元组合框或单元组合圈用于固定入射面内侧或出射面内 侧的等效导波单元层，立体网络结构的单元组合框或单元组合圈用于同时固定入射面内侧和出射面内侧的 等效导波单元层。用支撑柱或支撑框架固定组合框网络结构或组合圈网络结构。并列组合时用通道壁直接 横向固定组合框网络结构或组合圈网络结构，串级组合时用通道壁直接纵向固定组合框网络结构或组合圈 网络结构。组合框网络结构或组合圈网络结构用透波材料(如玻璃)或其他材料(如金属)制成。在没有 通道壁场合，用支撑架或支撑柱直接固定或支撑上述网络结构。

尺寸较大(如十几厘米、甚至数十厘米)的等效导波单元有一定的重量，可能较适合于用单元组合框 网络结构或单元组合圈网络结构进行组合和固定等效导波单元层。

透镜式的通体实心式导波体的等效导波体构成方式为，在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元 层构成入射面内侧的薄层式等效导波体，该等效导波单元层的组合入射面与其对应的原通体实心式导波体 的入射面相同或接近；或在其对应的各出射面内侧以单个等效导波单元层构成出射面内侧的薄层式等效导 波体，该等效导波单元层的组合出射面与其对应的原通体实心式导波体的出射面相同或接近；或同时在其 对应的各入射面内侧和对应的各出射面内侧以单个等效导波单元层组合构成空腔式等效导波体；或在其对 应的原通体实心式导波体的整个空间范围内以两层或三层或多层等效导波单元层组合构成多层式等效导 波体。

透镜式的通体实心式导波体被等效构成的薄层式或空腔式或多层式的等效导波体中的等效导波单元 层为透镜式单元层或透反式单元层或透镜式与透反式的混合式单元层，对应地构成透镜式组合结构或透反 式组合结构或透镜式与透反式的混合式组合结构的等效导波体。

等效导波单元层在等效导波体中的层与层之间或等效导波体中各层的单元之间或同层的单元之间为 一致性方向设置或均分角度交叉旋转设置或非均分角度交叉旋转设置。一般采用一致性方向设置，更便于 等效导波单元层和等效导波体的组合、制造、固定和支撑。

由多个等效导波单元组合构成的组合式结构的等效导波体，为结构设置提供了灵活性。不仅全部由透 镜式等效导波单元(层)构成的透镜式等效导波体可实现或近似实现原透镜式的通体实心式导波体的导波 功能，而且透反式或混合式的等效导波体也可以实现或近似实现原透镜式的通体实心式导波体的导波功 能，达到等效导波或近似等效导波的目的。

各种空腔式等效导波体外形与对应的原通体实心式导波体外形为整体相同或接近，各种透反式等效导 波体的外形与对应的原通体实心式导波体外形变化不大。入射面内侧薄层式的透镜式等效导波体外形与对 应的原通体实心式导波体变化较大。

入射面内侧一般设置并列组合式等效导波单元层。出射面内侧一般设置串级组合式等效导波单元层。

对于较大型的导波体，出射面内侧可设置串级与并列混合式组合的等效导波单元层，以覆盖整个出射 面或使组合出射面能够对应于原出射面，如在对应的出射面内侧以单元块并列与串级组合构成组合出射面 内侧的等效导波单元层。

对于较大型的导波体，在对应的入射面内侧以单元块组合构成组合入射面内侧的单元层，一般仍是并 列方式组合。

透镜式等效导波体可根据需要设置或不设置反射型内壁通道或保护型通道。通过固定或支撑等效导波 单元层以固定或支撑透镜式等效导波体。

透反式或透反式与透镜式的混合式等效导波体都有反射面，该反射面设置为反射式内壁的通道内壁或 导波体外表面向内侧的反射型表面。该反射面为膜型反射面或涂层型反射面或金属本身的反射型表面等。

各种反射型内壁表面通道壁或保护型通道壁可为单元层和整个等效导波体的支撑或固定提供条件。

在等效导波体的各种通道壁的外侧或周围可设置螺栓孔板、焊接板、固定圈(框)、肋条、肋板或筋 板等，用于连接支撑或固定该等效导波体。

透反式的通体实心式导波体的等效导波体构成方式为，在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元 层构成入射面内侧的薄层式等效导波体；或同时在其对应的各入射面内侧和对应的各出射面内侧以单个等 效导波单元层构成薄层式等效导波体；或同时在其对应的各入射面内侧和对应的各出射面内侧及对应的各 反射面内侧(此时取消原反射面)以单个等效导波单元层组合构成空腔式等效导波体；或由其对应的反射 面和在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元层构成入反型薄层式等效导波体；或由其对应的反射面 和在其对应的各出射面内侧以单个等效导波单元层构成出反型薄层式等效导波体；或同时由其对应的反射 面和在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元层及在其对应的各出射面内侧以单个等效导波单元层 组合构成空腔式等效导波体；或由其对应的反射面和对应于原通体实心式导波体的整个空间范围内以两层 或三层或多层的等效导波单元层组合构成多层式等效导波体。

透反式的通体实心式导波体被等效组合构成的薄层式或空腔式或多层式的等效导波体中的等效导波 单元层为透镜式单元层或透反式单元层或透镜式与透反式的混合式单元层，对应地构成透镜式组合结构或 透反式组合结构或透镜式与透反式的混合式组合结构的等效导波体。

同样，不仅全部由透反式等效导波单元组合构成的透反式等效导波体可以等效或近似等效地实现原透 反式的通体实心式导波体的导波功能，而且由透镜式单元或混合式单元分别构成的透镜式或混合式等效导 波体也可以等效或近似等效地实现原透反式的通体实心式导波体的定向导波功能。

反射面保留时，或反射面与原反射面相同，包括与原反射面相同的材质、几何结构和位置；或反射面 为等效导波单元层的组合等效反射面。反射面被取消时，在原反射面内侧设置等效导波单元层。

可参照透镜式的通体实心式导波体的透镜式或透反式或混合式等效导波体的方式固定、支撑透反式的 通体实心式导波体的透镜式或透反式或混合式等效导波体。

透反式与透镜式组合的混合式的通体实心式导波体的等效导波体构成方式为，在其对应的各入射面内 侧以单个等效导波单元层构成入射面内侧的薄层式等效导波体；或在其对应的各出射面内侧以单个等效导 波单元层构成出射面内侧的薄层式等效导波体；或同时在其对应的各入射面内侧和对应的各出射面内侧以 单个等效导波单元层构成薄层式等效导波体；或同时在其对应的各入射面内侧和对应的各出射面内侧及对 应的各反射面内侧(此时取消原反射面)以单个等效导波单元层组合构成空腔式等效导波体；或由其对应 的反射面和在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元层构成入反型薄层式等效导波体；或由其对应的 反射面和在其对应的各出射面内侧以单个等效导波单元层构成出反型薄层式等效导波体；或同时由其对应 的反射面和在其对应的各入射面内侧以单个等效导波单元层及在其对应的各出射面内侧以单个等效导波 单元层组合构成空腔式等效导波体；或由其对应的反射面和对应于原通体实心式导波体的整个空间范围内 以两层或三层或多层的等效导波单元层组合构成多层式等效导波体；或同时参照上述透镜式的通体实心式 导波体的等效组合方式和透反式通体实心式导波体的等效组合方式进行组合式的等效组合设置。

透反式与透镜式的混合式的通体实心式导波体被等效构成的薄层式或空腔式或多层式的等效导波体 中的等效导波单元层为透镜式单元层或透反式单元层或透镜式与透反式的混合式单元层，对应地构成透镜 式组合结构或透反式组合结构或透镜式与透反式组合的混合式组合结构的等效导波体。

各种通体实心式导波体被等效组合形成的薄层式或空腔式或多层式等效导波体为透镜式组合结构或 透反式组合结构或透镜式与透反式的混合式组合结构的等效导波体。

等效导波单元层在等效导波体中的层与层之间或等效导波体中各层的单元之间或同层的单元之间为 一致性方向设置或均分角度交叉旋转设置或非均分角度交叉旋转设置。一般采用一致性方向设置，更便于 等效导波单元层和等效导波体的组合、制造、固定和支撑。

入射面内侧一般设置并列组合式等效导波单元层，该单元层的组合入射面与对应的原通体实心式导波 体的入射面相同或接近。

出射面内侧一般设置串级组合式等效导波单元层，该单元层的组合出射面与对应的原通体实心式导波 体的出入射面相同或接近；对于较大型的导波体，出射面内侧可设置串级与并列混合式组合的等效导波单 元层，以覆盖整个出射面或使组合出射面能够对应于原出射面。

在对应的原反射面内侧，在取消反射面的情况下，一般按照出射面内侧的方式进行等效组合设置。在 保留反射面的情况下，或保留原反射面，或由等效导波单元层的等效组合反射面替代原反射面。

透镜式等效导波体中的透镜式等效导波单元层用固定框或固定圈连接支撑架或支撑柱固定，或将单元 层直接固定在反射型或保护型通道的壁上，在通道壁的外侧连接支撑柱或支撑架固定整个等效导波体。

透反式或混合式等效导波体中的等效导波单元层可以固定或支撑在反射型或保护型通道壁上，在通道 壁的外侧设置固定框或固定圈，并将固定框或固定圈连接支撑架或支撑柱固定整个等效导波体。

等效导波体及等效导波单元的结构为，其入射面或入射面的延伸面或入射面切面的延伸面与其出射面 或出射面的延伸面或出射面切面的延伸面之间相交夹角大于导波体的全内反射临界角；其入射面或入射面 的延伸面或入射面切面的延伸面与该入射面的电磁波传播的下游方向的反射面或反射面延伸面或反射面 切面的延伸面之间相交夹角大于导波体的全内反射临界角；其出射面或出射面的延伸面或出射面切面的延 伸面与同导波体区域的对面的反射面或反射面延伸面或反射面切面的延伸面之间向电磁波传播的下游方 向相交夹角小于导波体的全内反射临界角的一半；其出射面或出射面的延伸面或出射面切面的延伸面与同 导波体区域的对面的出射面或出射面的延伸面或出射面切面的延伸面之间向电磁波传播的下游方向相交 的夹角小于导波体的全内反射临界角；或等效导波体及等效导波单元的结构为满足上述角度关系的部分角 度关系或全部角度关系的结构。

按照上述方式，可为通体实心式导波体构成多种立体结构(透镜式或透反式或混合式)的折射型透波 介质的等效导波单元，由等效导波单元构成等效导波单元层，由等效导波单元层构成具有等效导波功能的 薄层式或空腔式或多层式的透反式或透镜式或混合式组合结构的等效导波体。与通体实心式导波体相比， 多层式或薄层式或空腔式结构的等效导波体可明显减少重量、透波材料用量和电磁波吸收等损失。

等效导波体为与其对应的通体实心式导波体具有等效导波作用或近似等效导波作用的组合型等效导 波结构体。被等效的通体实心式导波体为转直汇聚型或汇聚型或转向型或转直型导波体。

等效导波体为转直型或转直汇聚型或汇聚型或转向型等效导波体，分别对应于转直型或转直汇聚型或 汇聚型或转向型通体实心式导波体。

多层式等效导波体由两层或三层或多层的等效导波单元层组合构成，组合两层或三层或多层的等效导 波单元层的方式为并列组合或串级组合，并列组合为紧邻式或隔离式并列组合，串级组合为紧邻式或隔离 式串级组合。

多层式等效导波体的组合构成方式为，由两个或三个或多个的并列方式组合构成的等效导波单元层以 串级组合方式构成多层式等效导波体，或由两个或三个或多个串级方式组合构成的等效导波单元层以并列 组合方式构成多层式等效导波体。

多层式等效导波体可以采用前述薄层式或空腔式等效导波体类似的方式固定或支撑整个等效导波体。

等效导波体及其中的等效导波单元层的上游或下游可设置电磁波发射体或滤波体。

除多层式等效导波体外，薄层式或空腔式等效导波体都为由单层等效导波单元层的等效导波结构体。 虽然都可以在入射面内侧或出射面内侧设置两层或多层的等效导波单元层，但由于单层等效导波单元层结 构的薄层式或空腔式等效导波体可以实现等效或近似等效导波，设置两层或多层就没有必要。

等效导波体的通道为，透反式等效导波体设置反射型内壁通道，该通道既是导波通道，而且在其外壁 可设置肋板或筋板用于支撑或固定等效导波体。透镜式等效导波体无外周通道或设置保护型通道。汇聚型 或转直汇聚型等效导波体为缩径通道。转直型或转向型等效导波体为等径通道。

透镜式等效导波体可设置非反射型内壁的保护性通道或支撑等效导波体的支撑通道。

波长大于微波波长的电磁波和部分波长较长的微波范围内的电磁波，由于波长较大，需要采用尺寸较 大的通体实心式导波体进行定向导波或聚集。

波长小于微波波长的电磁波和部分波长较小的微波范围内的电磁波，如毫米级以下波长的微波范围内 的电磁波或波长更小的电磁波(可见光为亚微米级波长的电磁波)，由于波长小，较大的通体实心式导波 体的尺寸比电磁波的波长大得多，工业制造意义或宏观概念的小型或微型等效导波单元组合的薄层式或空 腔式或多层式等效导波体，由于小型或微型等效导波单元的尺寸仍比上述波长较短的电磁波的波长大得 多，既不影响定向导波，又可避免上述大型通体实心式导波体的问题。

被等效组合的通体实心式导波体为转直汇聚型或汇聚型或转向型或转直型导波体。

被等效组合的通体实心式导波体包括透镜式或透反式或透镜式与透反式的混合式的通体实心式导波 体或通体实心式组合导波体或通体实心式导波体的导波体段或通体实心式组合导波体的导波体段。

通体实心式的透镜式或透反式或透镜式与透反式的混合式的导波体为均匀曲率表面的导波体或有非 均匀曲率表面的导波体，为单出射面或双出射面或多出射面的导波体，为圆锥体或圆锥缺体或圆锥台体或 圆锥台缺体或棱锥体或棱锥缺体或棱锥台体或棱锥台缺体或椭圆锥体或椭圆锥缺体或椭圆锥台体或椭圆 锥台缺体形状的导波体。棱锥体的截面为三角形截面或四边形截面或多边形截面。

共面导波过程为，电磁波在通体实心式导波体或等效导波单元或等效导波体的入射面入射后，该电磁 波传播的路径或波路始终都在同一平面内，即同一平面内的导波。该电磁波导波平面称为共面导波面。

共面导波过程中，电磁波在通体实心式导波体或等效导波单元或等效导波体的入射面入射，可平行于 对称轴入射或平行于主光轴入射，也可以是相对于主光轴或对称轴为斜向入射，即不一定需要与主光轴或 电磁波主传播方向或对称轴平行的方向入射。电磁波入射后在导波体内发生折射，然后还可能发生全内反 射或反射或出射或出射后的再次入射，最终从某个出射面发生出射后离开通体实心式导波体或等效导波体 或等效导波单元，期间无论是未发生还是发生了一次或两次或多次全内反射、或期间无论是未发生还是发 生了一次或两次或多次反射、或期间无论是未发生还是发生了一次或两次或多次入射、或期间无论是未发 生还是发生了一次或两次或多次出射、或期间无论是只发生了一次还是发生了两次或三次或多次折射，该 电磁波传播的路径或波路始终都在同一个导波平面内。

共面导波的形成条件，除电磁波传播方向需要具备一定条件外(虽然除平行主光轴外的一些斜向入射 也可以形成共面导波)，还需要通体实心式导波体或等效导波体或等效导波单元具备结构条件。需要电磁 波传播方向与通体实心式导波体或等效导波体的结构共同配合或组合才能形成共面导波。棱锥形等效导波 单元或通体实心式导波体或等效导波体的横截面有若干个边(边数为偶数或奇数)，在相对的两个出射面 (相对出射面组)上的横截面的两个边平行，该相对出射面组为共面导波的出射面组；或在与反射面相对 的出射面上的横截面的边与该反射面上的横截面的边平行，形成共面导波的反射面与出射面组。

共面导波的相对的出射面组或相对的出射面与反射面组称为共面导波面组，其中的反射面为共面导波 反射面，其中的出射面为共面导波出射面。

共面导波过程中，电磁波在共面导波出射面组的相对出射面之间传播时，在共面导波出射面内侧交替 发生全内反射，往返式传播，最终出射；或在共面导波反射面与出射面组的相对出射面与反射面之间传播 时，交替地在该反射面内侧发生反射和在该出射面内侧发生全内反射，也为往返式传播，最终出射。如果 电磁波入射并在导波体内传播形成的导波平面与共面导波面组的两个面同时垂直，形成了共面导波。

棱锥形等效导波单元或通体实心式导波体或等效导波体有一个或两个或多个相对出射面组或相对反 射面与出射面组；或既有一个或两个或多个相对出射面组，又有一个或两个或多个相对反射面与出射面组。

圆锥形或椭圆锥形等效导波单元或通体实心式导波体或等效导波体中，过对称轴及其两侧对称的相对 出射线(表面上与对称轴对称的相对两条线)的导波面为共面导波面。

太阳光传播到地球周围的光线是接近平行的电磁波线。采用自动跟踪装置，可以在共面导波面组的相 对面之间形成共面导波。光线不一定要平行于主光轴或对称轴，光线入射只要在共面导波面内即可。

共面导波的出射电磁波中，近出射面侧的最大斜度的电磁波线为紧贴出射面的角度，即出射面斜度决 定了近出射面侧电磁波线的最大斜度。如果出射面越直(斜度越小)，近出射面侧最大斜度电磁波线也越 直。因此，可通过设置出射面斜度控制近出射面侧电磁波线的最大斜度或转直程度。

共面导波的出射电磁波中，无论其初始是平行主光轴入射或与入射面垂直入射还是斜向入射，向出射 面外侧方向或向远离出射面方向出射的电磁波中最大出射角度或最大斜度(或直度)，可以通过组合设置 入射角、导波体折射率、入射面与出射面之间相交的夹角、入射面与反射面相交夹角、出射面与其相对出 射面之间相交夹角、出射面与其相对反射面之间相交夹角进行控制。类似于凸透镜或螺纹透镜的场合。

共面导波过程中，在入射角全方位范围变化情况下，即不限定(或不限制)入射角在共面导波面内的 入射角度的范围，让入射角度在共面导波面内可以任意角度(此参数的自由度为多个等效导波体的并列组 合或串级组合奠定基础)，可通过组合设置导波体折射率、入射面与出射面之间相交的夹角、入射面与反 射面之间相交的夹角、共面导波面组的出射面与其相对反射面之间相交的夹角、共面导波面组的相对出射 面之间向电磁波传播下游方向相交的夹角，控制出射电磁波的直度或斜度。凸透镜或螺纹透镜(菲涅尔透 镜或阶梯透镜)用于聚集太阳能时不调节入射角参数，而是要求平行于主光轴入射，固定了入射角或入射 方向与入射面或主光轴之间的角度参数，这也导致难以通过多个凸透镜或螺纹透镜的直接组合实现提高太 阳能的聚集规模。

共面导波过程中，如规则棱锥形导波体的入射面为平面和电磁波垂直入射面入射(即平行于对称轴或 主光轴入射)场合，设置入射面与出射面之间相交夹角值在导波体的全内反射临界角与2倍全内反射临界 角之间、并接近于2倍全内反射临界角，大入射角入射的这部分电磁波在导波体内发生首次折射后在出射 面外侧以贴近出射面的方式出射，其余的较小角度或不足够大角度入射的电磁波则发生第一次全内反射。 如果设置入射面与出射面之间相交夹角大于2倍的全内反射临界角，则从入射面入射的全部电磁波发生首 次折射并首次进入出射面内侧后不会有电磁波从该出射面出射，全部电磁波都发生第一次全内反射。

共面导波过程中，如上述的规则棱锥形导波体内的相对的共面导波出射面之间或相对的共面导波出射 面与共面导波反射面之间的场合，电磁波在导波体内传播的过程中，除去上述以贴近出射面出射的电磁波 外，从出射面内侧以全内反射方式传播的电磁波与法线之间最小的角度为导波体的全内反射临界角。实际 上，电磁波在导波体内传播过程中，每个出射面内侧接收到的从相对的出射面内侧以全内反射方式传播过 来的电磁波中，与发生全内反射处的法线之间的最小夹角都为导波体的全内反射临界角。因此，只要共面 导波的相对出射面之间向电磁波传播下游方向相交夹角小于导波体的全内反射临界角、并且足够小，全内 反射后的电磁波每次会有一部分在对面的出射面外侧以贴近出射面的方式出射，其余的电磁波继续发生全 内反射。如此多次和不断进行相似的导波过程，不断有电磁波以贴近出射面的方式出射。

同理，共面导波过程中，在共面导波出射面与共面导波反射面之间也可以发生相似的过程，只要该出 射面与相对的该反射面之间相交的夹角小于导波体全内反射临界角的一半、并且足够小，电磁波依次在出 射面内侧发生全内反射和在反射面发生反射后逐渐从出射面外侧以贴近出射面的方式出射。

共面导波的透镜式导波结构中，在共面导波面组的相对出射面之间相交夹角足够小，全部电磁波都在 出射面外侧附近以贴近出射面的较小角度(即较直)方式出射，并向下游方向汇聚形成明显小于入射面的 聚焦焦面，实现转直与汇聚双功能作用。出射的全部电磁波可以用全内反射式光纤型导波通道或反射式内 壁导波通道进行采集和输送。不一定需要以平行于主光轴方向或平行于对称轴方向或平行于电磁波传播主 方向的方式入射，可以是共面导波面内的斜向入射，同样可实现转直汇聚双功能作用。透镜式等效导波体 或其对应的通体实心式导波体或等效导波单元为转直汇聚型双功能导波体结构。转直汇聚型透镜式等效导 波体或通体实心式导波体可不设置外周通道，也可以设置缩径的反射型内壁通道或缩径的保护型通道。

共面导波的透镜式导波结构中，在共面导波面组的相对出射面之间相交夹角较小(小于全内反射临界 角)但不是足够小，电磁波在出射面外侧出射后不全是转直汇聚型电磁波，出射角度范围超出了上述的转 直汇聚型出射角度范围，即不能形成明显小于入射面的聚焦焦面，但出射的全部电磁波仍可以采用全内反 射式光纤型导波通道或反射式导波通道进行采集和输送，没有实现转直汇聚双功能，但实现了转直功能。 不一定需要以平行于主光轴方向或平行于对称轴方向或平行于电磁波传播主方向的方式入射，可以是共面 导波面内的斜向入射，同样可实现转直功能。透镜式等效导波体或通体实心式导波体或等效导波单元为转 直型导波体结构。转直型透镜式等效导波体或通体实心式导波体设置等径的反射型内壁通道更为有利。

共面导波的透镜式导波结构中，在共面导波面组的相对出射面之间相交夹角小于全内反射临界角，但 大于上述两种情况，电磁波在出射面外侧出射角度范围更大一些，超出了上述的转直型出射角度范围，不 能使全部电磁波转直(不能全部用全内反射式光纤型导波通道进行采集和输送)。但在透镜式等效导波体 或通体实心式导波体与其外周的缩径型反射式内壁通道的共同作用下，仍可以实现汇聚。汇聚型电磁波可 以采用反射式内壁导波通道进行采集和输送。不一定需要以平行于主光轴方向或平行于对称轴方向或平行 于电磁波传播主方向的方式入射，可以是共面导波面内的斜向入射，同样可实现汇聚。透镜式等效导波体 或通体实心式导波体或等效导波单元为汇聚型导波体结构。

同理，共面导波情况下，透反式等效导波体或其对应的通体实心式导波体或等效导波单元的结构中， 只要共面导波的出射面与反射面之间相交夹角小于全内反射临界角的一半，为汇聚型导波体结构。如果共 面导波的出射面与反射面之间相交夹角足够小，则形成转直型或转直汇聚型导波体结构。透反式导波体结 构中的缩径的反射型内壁通道具有汇聚作用，还可以为导波体的内部结构部件提供固定或支撑的条件。

因此，透镜式或透反式等效导波体及其对应的通体实心式导波体都可以设置为汇聚型或转直型或转直 汇聚双功能型导波体结构，同理也可以设置为转向型导波体结构。

因此，与凸透镜及菲涅尔透镜相似，通过组合设置折射率(全内反射临界角)、入射面与出射面相交 夹角、入射面与反射面相交夹角、相对出射面相交夹角、出射面与相对反射面相交夹角，可以分别形成转 直型或转直汇聚型或汇聚型或转向型导波体结构(通体实心式导波体或等效导波体)。通体实心式导波体 及其等效导波体成为转直型或转直汇聚双功能型或汇聚型或转向型导波体结构，或被称为转直型或转直汇 聚型或汇聚型或转向型等效导波体或对应的通体实心式导波体。

共面导波电磁波转直汇聚的导波过程中，聚焦斑面位于等效导波体或通体实心式导波体或等效导波单 元的底端尖顶(尖顶点或尖顶线)所在的面。规则型转直汇聚导波体结构的聚焦斑面为入射面按照汇聚程 度缩小比例的相似形几何面。

规则的棱锥形或圆锥形导波体的共面导波面组具有转直或转直汇聚或汇聚或转向导波功能，非规则形 结构的导波体，只要导波体结构有共面导波面组，都可以实现转直或转直汇聚或汇聚或转向导波功能。但 由于非规则结构导波体的结构更为复杂，除共面导波外，还会有其他的导波过程。

因此，从共面导波和汇聚或转直或转直汇聚或转向方面考虑，应采用规则形导波体结构，并且所有的 出射面或反射面都应该是共面导波面组中的面。规则形结构不仅有利于形成共面导波，而且制造成本低。

多层式等效导波体中实现部分转直汇聚和部分全方位集散汇聚功能的过程原理为，一致性设置各层 等效导波单元结构及其方位和方向，不仅各层等效导波单元的导波材料和结构一致，并且各层对应位置的 等效导波单元的空间方位和方向也一致。此时，各层等效导波单元对应的共面导波的相对出射面组的相对 并平行的横截面的边都平行。设置等效导波单元的横截面所有的边都为共面导波出射面上的边(所有的面 都为共面导波面组中的面)，或设置等效导波单元为圆锥体或椭圆锥体，有利于增加等效导波单元对电磁 波共面导波的适应性。

多层式等效导波体中，如前述，一致性设置等效导波单元，如果电磁波从上一层等效导波单元从入射 到出射已经形成共面导波过程，在下一层等效导波单元中将继续保持为共面导波过程，即一致性设置的多 层式等效导波体具有保留电磁波继续发生共面导波的功能。

多层式等效导波体中，对于从上一层等效导波单元出射面出射的非共面导波的电磁波，或在下一层等 效导波单元的入射面入射，或在其他等效导波单元的出射面(侧面)入射。由于是非共面导波，经其他等 效导波单元的折射作用，当电磁波再次从出射面出射后将改变传播方向。由于非共面导波的电磁波将不断 改变传播方向，直到在某一层等效导波单元入射面入射后形成共面导波后不再改变入射和出射传播方向。

多层式等效导波体中，按照上述原理，如果等效导波单元层数足够多，从多层式等效导波体的首层以 各种全方位角度(全方位角度)入射的电磁波，将全部转变为共面导波的电磁波。

相对于固定静置的通体实心式导波体而言，由于多层式等效导波体中等效导波单元之间有空隙，电磁 波出射进入上述的各层空隙中后，再次或多次在下游的入射面入射或在单元的侧面入射，然后从入射的该 单元出射。每次在单元入射后并出射的过程，为电磁波改变传播方向提供了条件，增加了非共面导波电磁 波转变为共面导波电磁波的可能性。反之，在通体实心式导波体中没有这种转变的可能性。在多层式等效 导波体的各层等效导波单元的导波作用下，共面导波的电磁波将不断地逐渐增加。

非一致性设置近似等效导波单元的多层式近似等效导波体情况下，如各层相同结构和材质的近似等效 导波单元为平移或旋转或交错方式设置，或各层单元的位置或方向一致但材质不同，非一致性设置的多层 式近似等效导波体仍具有部分转直汇聚和部分汇聚的近似等效导波功能。

一致性设置导波单元的多层式近似等效导波体的转直汇聚或汇聚的共面导波过程的保持和非共面导 波转化为共面导波的过程相对较简单，而非一致性设置导波单元的多层式近似等效导波体的转直汇聚或汇 聚的共面导波过程的保持和非共面导波转化为共面导波的过程相对更加复杂。

因此，固定静置式有限层数的多层式等效导波体可以将全方位的任意角度从首层入射的电磁波部分转 变为转直汇聚型电磁波，部分转变为汇聚型电磁波。

多层式等效导波体的等效导波单元不能形成共面导波时，如无共面导波面组或为无规则结构的场合， 等效导波体不能形成转直电磁波，而形成角度较大的汇聚型电磁波，此时为汇聚型等效导波体。

除多层式等效导波体外，汇聚型薄层式或空腔式等效导波体输出的电磁波中，除汇聚型电磁波外，也 有一部分是转直汇聚型电磁波。

在转直型或转直汇聚型或汇聚型等效导波单元或等效导波体或通体实心式导波体中，由于要求共面导 波面组中的相对的面相交的夹角足够小，在直径或尺寸较大的通体实心式导波体情况下，导波体将又大又 长，尤其是长度将是较长的结构。又大又长的通体实心式导波体将引起消耗较多的导波介质材料、较多的 电磁波吸收损失、导波体重量较重等问题。可能在要求共面导波面组中的相对的面相交的夹角足够小的情 况下，甚至会出现通体实心式导波体过长(过高)或体积过大，使得通体实心式导波体难以可行，尤其是 转直或转直汇聚情况下难以可行。

因此，采取由等效导波单元构成的等效导波单元层、继而由等效导波单元层构成的薄层式或空腔式或 多层式等效导波体替代对应的通体实心式导波体，可以解决上述通体实心式导波体的问题。

经典的点聚焦的凸透镜型通体实心式导波体及其薄层式等效导波体即菲涅尔透镜，要求垂直入射面入 射或平行于主光轴入射或平行于对称轴入射。因此，点聚焦型凸透镜和菲涅尔透镜是发生共面导波汇聚的 特例，如凸透镜或菲涅尔透镜用于自动跟踪的聚焦太阳能的场合。凸透镜或菲涅尔透镜用于聚焦太阳能， 必须配置较精确地跟踪太阳运行角度的自动跟踪装置。

汇聚型或转直汇聚型通体实心式导波体及其等效导波单元与等效导波体，不一定需要垂直入射面入射 或平行于主光轴或平行于对称轴入射。对于部分斜向入射，只要导波体具有形成共面导波的结构条件，入 射波路在共面导波面内，在共面导波面组的相对面(如棱锥体或棱锥台体的截面的相对边相互平行的相对 的出射面)之间可实现共面导波和汇聚或转直汇聚。在圆锥体形或圆锥台形导波体中的在对称轴两边并处 于对称位置的出射线之间可实现共面导波和汇聚或转直汇聚。

因此，汇聚型或转直汇聚型通体实心式导波体及其等效导波单元与等效导波体，与凸透镜及其菲涅尔 透镜的聚焦原理相似，也是在导波体的结构(入射面结构和出射面结构及导波体立体结构)和折射率的共 同作用下实现共面导波型聚焦，都是实现聚焦的设施。不同之处在于，凸透镜及菲涅尔透镜是点聚焦原理， 汇聚型或转直汇聚型通体实心式导波体及其等效导波单元与等效导波体都是面聚焦原理。

如果将凸透镜看成是经典聚焦(点聚焦)原理及经典聚焦导波体，汇聚型或转直汇聚型通体实心式导 波体相当于是广义聚焦(面聚焦)原理及广义聚焦导波体。

菲涅尔透镜是凸透镜的薄层式经典等效聚焦导波体或薄层式经典菲涅尔等效导波体；等效导波单元或 等效导波单元层及由其构成的等效导波体(薄层式或空腔式或多层式)相当于是对应的通体实心式导波体 的广义菲涅尔等效导波体或广义等效聚焦导波体。

广义等效聚焦型等效导波单元及等效导波体采用共面导波原理聚焦，不一定需要电磁波平行于主光轴 或平行于对称轴或垂直于入射面入射，可以在共面导波面内斜向入射，这为广义等效聚焦型导波单元和等 效导波体的组合创造了条件。突破了凸透镜或经典菲涅尔透镜难以进行组合扩大汇聚规模的问题。

广义等效聚焦型等效导波单元及等效导波体可用于两个或三个或多个的并列组合，也可用于两级或三 级或多级的串级组合。并列组合和串级组合可以实现大型化，并保持共面导波过程和共面导波特性。

相反，经典聚焦型凸透镜及其经典等效导波体(菲涅尔透镜)，要求电磁波与主光轴平行或与对称轴 平行的方式入射，既难以进行并列组合，也难以进行串级组合。凸透镜和菲涅尔透镜结构都较复杂，难以 制造单个较大型凸透镜或菲涅尔透镜。这些因素使凸透镜及菲涅尔透镜难以大型化。

广义聚焦型通体实心式导波体及其等效导波单元和等效导波体，可以被做成较大型的规则的形状和结 构，如规则形状的棱锥形或棱锥台形或圆锥形或圆锥台形或椭圆锥形或椭圆锥台形。相对于凸透镜或菲涅 尔透镜而言，规则形的广义聚焦导波体较易实现单个导波体的大型化，尤其是等效导波体较易实现单个薄 层式或空腔式或多层式结构的大型化。因此，广义等效聚焦导波体不仅具有单个大型化的优势，而且如前 述，还具有通过数级或多级等效导波体组合实现更加大型化的优势。

规则形状的通体实心式导波体，尤其是其等效导波单元、等效导波单元层和等效导波体，有利于降低 制造、组合或组装等环节成本；也有利于降低形成较大型装置的难度和成本。

对于横截面为多边形的棱锥形等效导波单元，如果电磁波的共面导波在相对的共面导波出射面对的中 部进行，将继续保持为共面导波的转直汇聚型或汇聚型出射。如果电磁波的共面导波的初始过程发生在近 棱锥体的棱边附近，随着共面导波过程中的全内反射的进行，全内反射过程将不断靠近棱边。如果共面导 波的初始位置靠近棱边足够近，原本为共面导波的电磁波在全内反射导波过程中，可能偏离原来共面导波 面，而斜向传播到旁边的出射面内侧，转变为非共面导波，并继续以非共面导波方式传播，最终以较大角 度的非转直汇聚或非汇聚或非转直的方式出射。

为了尽量减少由于缩径产生的共面导波向非共面导波的转变，可将等效导波单元的尖顶部分以横向截 断方式去掉，如由棱锥体等效导波单元变为棱锥台体等效导波单元。棱锥台体型等效导波单元可以减少共 面导波向非共面导波转变。

等效导波体为与其对应的通体实心式导波体具有等效导波作用相似形等效导波体或近似等效导波作 用的近似等效导波体。相似形等效导波体由单个或两个或多个的相似形等效导波单元层构成。相似形等效 导波单元层由单个或二个或多个相似形等效导波单元构成。近似等效导波体由单个或两个或多个近似等效 导波单元层构成，近似等效导波单元层由单个或二个或多个近似等效导波单元构成。近似等效导波单元为 近似柱状单元或近似条带单元或近似中空环带单元。

相似形等效导波单元为质形相似形单元或局部相似形单元的等效导波单元。质形相似形等效导波单元 为质形相似形柱状单元或质形相似形条带单元或质形相似形中空环带单元。质形相似形单元为对应的原通 体实心式导波体的相同透波介质和为各对应截面都为相似形几何面的单元。质形相似形单元为质形相似形 柱状单元或质形相似形柱状单元的半体或质形相似形柱状单元的部分体、或为质形相似形条带单元或质形 相似形条带单元的半体或质形相似形条带单元的部分体，或为质形相似形中空环带单元或质形相似形中空 环带单元的半体或质形相似形中空环带单元的部分体。

局部相似形等效导波单元为局部相似形柱状单元或局部相似形条带单元或局部相似形中空环带单元。 局部相似形单元为相同透波介质的等效导波单元被组合后，所处于对应原导波体非均匀曲率面内侧位置的 局部面积范围内，等效导波单元与原导波体的各个对应的表面或各个对应的截面为相似形几何面；在上述 局部面积范围以外，等效导波单元与原导波体的对应截面或表面之中，有的为相似形几何面，有的为非相 似形几何面。

局部相似形单元为柱状局部相似形单元或柱状局部相似形单元的半体或柱状局部相似形单元的部分 体，或为局部相似形条带单元或局部相似形条带单元的半体或局部相似形条带单元的部分体，或为局部相 似形的中空环带单元或局部相似形的中空环带单元的半体或局部相似形的中空环带单元的部分体。

局部相似形单元虽然只与原通体实心式导波体在对应的局部结构为相似形体，而与不对应的局部结构 不一定为相似形体，但正是由于各个位置的局部相似形单元的等效导波单元与原通体实心式导波体在对应 的局部结构为相似形体，其组合形成的导波体与原通体实心式导波体具有基本相同的导波特性，其仍为等 效导波单元及等效导波体。

近似等效导波单元为对应的原通体实心式导波体的不同透波介质的相似形结构的单元，或为满足等效 导波要求的对应的原通体实心式导波体相同透波介质的相似立体结构(如棱锥体与棱锥缺体或棱锥台体 或棱锥体的部分体、圆锥体与圆锥台体或圆锥缺体或圆锥体的部分体等)的非相似形单元。不同透波介质 的相似形单元为结构相似形单元或局部相似形单元，结构相似形的近似单元为相似形结构的不同透波介质 的近似等效导波单元。

半体或部分体的等效导波单元，即上述的等效导波单元的半体等效导波单元或部分体等效导波单元， 为原等效导波单元的竖向分裂式部分体或竖向分裂式半体，或为原等效导波单元的横向截断式部分体或横 向截断式半体，或为原等效导波单元的竖向分裂式与横向截断式的混合式分割形成的部分体。

竖向分裂方式用于棱锥形单元形成的竖向分裂式部分体或竖向分裂式半体，其截面与等效导波单元对 应截面的变化关系为，在一侧出射面或反射面不变时，对面的出射面或反射面向内侧偏移，相对的面相交 的角度变小，入射面变小；或在相对的面相交角度不变时入射面向内侧移动(向电磁波传播的下游方向移 动)，入射面和出射面或反射面都变小；或在入射面不变时，出射面或反射面变长，出射面或反射面与对 面出射面或反射面相交角度变得更小。

横向截断式用于圆锥体或棱锥体或椭圆椎体单元形成横向截断式的半体或部分体的等效导波单元，分 别为圆锥台体或棱锥台体或椭圆锥台体。

上述各种缺体的等效导波单元为其对应的规则形立体结构单元的缺少了部分结构的结构体单元，部分 体单元为竖向分裂式或横向截断式部分体的等效导波单元。

空腔式或薄层式或多层式等效导波体可明显减少透波介质材料用量，并使等效导波体轻量化，减少电 磁波吸收等损耗和提高电磁波导波效率。

因此，等效导波单元层中被并列组合或被串级组合的各个等效导波单元可以是可以实现等效导波的结 构相同或相似的单元，或为结构为相似形而材料不同的单元，或为材料相同而结构不同的单元；相对应地， 等效导波单元层为相似形等效导波单元的等效导波单元层或近似等效导波单元的等效导波单元层，等效导 波体为相似形等效导波体或近似等效导波体。

等效导波体一般是通过多个等效导波单元组合构成，大大增加了改善等效导波体性能的调控机会，可 以针对各个位置的等效导波单元采取相同或不同折射率、相同或不同几何结构、相同或不同透波介质等多 方面的调控措施，各个被组合等效导波单元发挥相同或独特的功能，使等效组合的导波体获得更好的导波 效果或具有更有利的结构。因此，相对于原较大的通体实心式导波体而言，由多个等效导波单元组合形成 的等效导波体为调控其性能或结构提供了更多的选择余地、空间和途径，有利于形成升效型组合的升效导 波体，可获得更好的定向导波效果。

近似条带单元或近似柱状单元或近似中空环带单元的近似等效组合的近似等效导波体，结构形式与相 似形等效组合的等效导波体有相同方面，但已突破原通体实心式导波体或相似形单元的相似形等效组合的 等效导波体的内涵或性质。既可整体组合全部近似等效导波单元的结构与功能，又可独立设置各近似等效 导波单元结构或材质与功能，可形成全新组合的导波体，近似单元的近似等效组合的导波体可获得更好的 功能或更有利的结构。也可与外周通道结构形成更有利结构组合，甚至反射面结构也可适宜调整。因此， 近似单元可在等效组合基础上实现进一步改善或提升，近似单元的近似等效组合的近似等效导波体，可能 更有利于形成升效型组合的升效导波体，更有利于获得更好的定向导波效果。

仅在对应的入射面内侧以中空环带单元进行等效组合的薄层式等效导波体，中空环带单元的外环侧面 的延伸面可相交于原通体实心式导波体底端的尖顶点；内环侧面与外环侧面相交的角度可等于或小于原通 体实心式导波体的相对出射面之间相交的夹角。入射面内侧中部为下凸的部分等效柱式单元，该部分等效 柱式单元的上段为等效段，上段的外侧面的延伸面相交于原通体实心式导波体底部尖顶点；下段为收缩段。

等效导波体的组合结构除采用等效导波单元构成的单元层进行等效组合方式构成外，也可以采用半体 或部分体的等效导波单元构成的单元层进行等效组合构成。

等效导波体的形状与等效导波单元或对应的通体实心式导波体的形状相似，都为向电磁波传播下游方 向的逐渐缩径或尺寸逐渐缩小的形状。

等效导波器由单个或两个或多个多层式或薄层式或空腔式等效导波体与等效导波体上下游的单个或 两个或多个反射型内壁采输通道(采集或输送通道)构成。多层式等效导波器由多层式等效导波体构成。

等效导波器中的两个或三个或多个等效导波体的组合方式为并列组合或串级组合或并列与串级的混 合式组合。并列组合为紧邻式或隔离式或紧邻与隔离的混合式并列组合，串级组合为紧邻式或隔离式或紧 邻与隔离的混合式串级组合。紧邻并列组合的等效导波体拼合形成的面(如电磁波人口或受波面)为平面 式组合面或弧形组合面或折形组合面。

等效导波器与通体实心式导波器对应，等效导波器为转直汇聚型或汇聚型或转直型或转向型，分别对 应于转直汇聚型或汇聚型或转直型或转向型通体实心式导波器。

等效导波器与自动跟踪式装置组合，构成自动跟踪式等效导波器。自动跟踪式等效导波器为等效的转 直器或转直汇聚器或汇聚器或转向器。一般以薄层式或空腔式等效导波器与自动跟踪装置组合。

汇聚型等效导波器中含有汇聚型等效导波体。汇聚型等效导波器中可以有其他类型等效导波体，也可 以没有其他类型等效导波体，但至少需要含有汇聚型等效导波体。

转直汇聚型等效导波器含有转直汇聚型等效导波体。转直汇聚型等效导波器中可以有其他类型等效导 波体，也可以没有其他类型等效导波体，但至少需要含有转直汇聚型等效导波体。

等效导波器的保护型通道或反射型内壁通道的外侧设置固定框或固定架或肋板或肋条，用于以焊接方 式或螺栓方式或钩挂方式等方式连接支撑架或支撑柱，以支撑或固定等效导波器。

并列组合一般是在电磁波传播方向的横向上进行。一般情况下应采用紧邻并列式组合，尤其是在等效 导波器的顶部或首层等效导波体的顶部之间应采取紧邻式并列组合，首层的两个或多个等效导波体的顶部 紧邻并列组合可以形成紧密或完整的采波面，有利于提高采波效率。

紧邻并列组合形成的采波面为平面型组合面或折弯型组合面或弧弯形组合面。通过通道壁之间用焊接 方式或螺栓紧固方式或胶粘方式将等效导波体以紧邻方式并列组合和固定在一起。采用螺栓紧固方式连接 和固定的情况下，在每个等效导波体对应的棱边的外侧设置若干个连接螺栓用的螺栓孔板。在通道壁的外 侧连接支撑柱或支撑架固定等效导波器。

并列组合，尤其是紧邻并列组合，可以增大采波面(电磁波采集面)。但单级(或单层)并列组合虽 然可以增大采波面，并列组合后电磁波输出通道也较大，需要同时采用串级组合方式进一步缩小出波通道 和提高汇聚程度。因此，往往是并列组合与串级组合同时并用，即往往构成混合式组合的等效导波器。

紧邻并列组合时，如果相同等效导波体之间顶部为紧邻式并列设置，而底部及顶部以下的其他部位都 为隔离式并列设置，这种并列组合有利于在顶部形成完整的采波面，而下部及底部的隔离空间可设置支撑 或固定设施。同时，以这种顶部紧邻式并列组合相同的等效导波体，可以拼合形成平面式组合入射面(或 采波面)。

紧邻并列组合时，如果处于同层或同级位置的相同等效导波体之间从顶部到底部为完全紧邻式并列组 合，由于等效导波体一般为缩径或尺寸逐渐缩小的结构，则等效导波体的顶部和底部的拼合面一般不是平 面，而是折弯型或弧弯型等结构的曲面型组合面。完全紧邻式并列组合的等效导波体之间，通过通道壁之 间的胶粘或焊接或螺栓等方式固定形成一个整体。在等效导波器的外周通道壁外侧设置等效导波器与其他 结构(如采输通道)或设施(如自动跟踪装置)之间的连接设施，如连接柱或连接板或反射型内壁通道。

隔离式并列组合一般用于接收上游隔离式出波通道或从不同方向的出波通道传播来的电磁波，如上述 等效导波体顶部为紧邻式并列组合、而下部及底部为隔离式并列组合的场合。此时，为了在上一级汇聚的 基础上进一步提高汇聚程度，通过顶部为隔离式并列组合、底部为紧邻式并列组合，将上一级的两个或多 个隔离的出波通道的电磁波汇聚进入一个等效导波体的上游通道的入口或受波通道。

串级组合的目地一般是提高电磁波的汇聚密度。串级组合一般在电磁波传播方向的同向上进行。等效 导波器与等效导波体的形状相似，也为逐渐缩径或尺寸逐渐缩小的结构。上游被串级组合的等效导波体的 尺寸大于下游的等效导波体的尺寸。上游首级的等效导波体尺寸最大，末级的尺寸最小。

串级组合除实现提高汇聚程度的目地外，另外一种重要的组合类型为汇聚功能等效导波体与转直功能 等效导波体的串级组合。首先通过汇聚型等效导波体获得足够密度的汇聚电磁波，然后通过转直型等效导 波体将其中为共面导波性质的电磁波进行转直，以便于通过全内反射式光纤型导波通道将转直的电磁波输 送出去。因此，一般将转直型等效导波体设置在串级组合的等效导波器的末级，将汇聚后的电磁波转直。

串级组合的各级等效导波体之间的连通方式为以反射型内壁通道进行连通。紧邻上下游的两个等效导 波体，上游等效导波体的电磁波输出通道(即出波通道)与下游等效导波体的电磁波输入通道(即受波通 道)的尺寸和截面结构相同。

串级组合的等效导波体的连通方式，参照自然光照明装置的导光管通道中采光器出口通道与导光管通 道入口的连通及自然光照明装置的导光通道中其他环节的连通方式，设置串级组合时等效导波体反射型内 壁出波通道的出口端与下游导波体入口通道或其他通道的串级连接或串级连通。

串级组合的各级之间的连通通道应尽量短或采用最近的连通路径，减少电磁波在反射型连通通道中的 传播损失。串级组合可以是每级都是单个等效导波体的串级组合，构成每级都是单个等效导波体的串级组 合等效导波器(或称为单一串级等效导波器)。

串级组合或隔离式并列组合的等效导波器，用支撑架或支撑柱进行固定。

如果串级组合的过程中，某级或多级出现两个或更多等效导波体在同级或同层进行并列组合的情况， 则为串级组合与并列组合的混合式组合。

在混合式组合过程中，可以多次采用紧邻式并列组合、隔离式并列组合、串级组合。较小的组合型等 效导波器，组合过程较简单。如果反复多次采用紧邻式并列组合、隔离式并列组合、串级组合，可以构成 大型的组合式等效导波器。大型的等效导波器可以将成片的大面积电磁波采集起来，并聚集在适宜较小的 出波通道中，提高电磁波汇聚的程度或密度；或将不成片的各个不同方向的电磁波收集起来，将总采波面 积较大的电磁波采集起来，并聚集在适宜较小的出波通道中，提高电磁波汇聚的程度或密度。

混合式组合的等效导波器，尤其是反复交叉采用紧邻式并列组合、隔离式并列组合、串级组合，可以 构成大型等效导波器，需要在多处用支撑架或支撑柱进行固定。

自动跟踪装置与全内反射式光纤型导波通道组合构成采波器，使电磁波传播方向处于光纤型导波通道 的孔径角范围内，用全内反射式导波通道与采波器连通并作为采波器采收太阳光或其他电磁波的采输通 道。有自动跟踪装置可不需要转直器。由于未经汇聚或聚焦，这种方式的电磁波虽然较直，但密度低。用 合路型光纤耦合器式设施作为采波器下游的汇聚器，获得较高密度的电磁波资源。

用全内反射式光纤型导波通道作为转直汇聚型等效导波器等输出的转直汇聚型或转直型电磁波的导 波通道，用合路型光纤耦合器式设施作为该导波通道下游的汇聚器，获得更高密度的电磁波资源。

等效导波器上游的采波通道为单通道或双通道或多通道，采波通道为并列通道或交叉通道。

等效导波器的下游的出波通道为单通道或双通道或多通道，出波通道为并列通道或交叉通道。

等效导波器上游方向的反射型内壁的并列通道或交叉通道用于接收上游导波器以并列通道传播方式 或交叉通道传播方式传播过来的电磁波。等效导波器下游方向的反射型内壁并列通道或交叉通道为并列采 输通道或交叉采输通道。交叉通道一般为汇合型通道或分波型通道，两个或多个通道汇合进入一个通道， 或一个通道的电磁波分波进入两个或多个通道。

等效导波器中用于设置等效导波器的转直汇聚型或汇聚型等效导波体的缩径通道或尺寸逐渐缩小的 通道，为等效导波体的配套通道，该通道为反射型内壁通道或非反射型内壁的保护性通道。

等效导波器中用于设置等效导波器的转直型或转向型等效导波体的等径通道，为等效导波体的配套通 道，该通道为反射型内壁通道或非反射型内壁的保护性通道。

反射型内壁通道用于透反式等效导波体中，也用于透反式或透镜式等效导波体的上下游采输通道。

非反射型内壁的保护性通道用于透镜式等效导波体中。

透反式等效导波体设置反射型内壁通道。透镜式等效导波体在需要时设置反射型内壁通道，也可设置 非反射内壁型保护性通道。等径导波体的上游或下游为单通道或双通道或多通道，为并列通道或交叉通道。

等效导波器的非反射型通道为保护型通道或起支撑、固定等效导波单元层等设施作用的通道。

等效导波器可设置单个或两个或多个电磁波发射体或滤波体，单个或两个或多个的电磁波发射体或滤 波体设置在等效导波器的上游或下游或等效导波器中的等效导波体之间。

等效导波器通过支撑架或支撑柱连接并与自动跟踪装置相互固定，使等效导波器与自动跟踪装置组合 构成自动跟踪式等效导波器(薄层式或空腔式或多层式)。薄层式或空腔式等效导波器需要与自动跟踪装 置组合，构成共面导波的等效定向导波(等效转直型或等效转直汇聚型或等效汇聚型或等效转向型)的自 动跟踪式等效导波器。

通体实心式导波器除直接是固定静置式汇聚型导波器外，也可以与自动跟踪装置组合，构成自动跟踪 式导波器。通体实心式导波器与自动跟踪装置组合，太阳光等电磁波在入射面垂直入射，可以减少入射时 的反射损失，但不能消除导波体内部的电磁波吸收等损失。薄层式或空腔式的自动跟踪式等效导波器，可 以大大减少电磁波的吸收等损失；另外可以减少重量和材料用量。透镜式的通体实心式导波器用固定框或 固定圈连接支撑架或支撑柱固定，或固定在反射型或保护型通道壁上。通道壁的外侧连接支撑架或支撑柱 进行固定。透反式通体实心式导波器通过通道壁的外侧连接支撑架或支撑柱进行固定。

多层式等效导波器或通体实心式导波器都可以构成固定静置式全方位集散汇聚的定向导波器，但多层 式等效导波器可以减少电磁波吸收等损失，而且材料用量少，重量小。

多层式等效导波器也可以与自动跟踪装置组合，构成自动跟踪式的多层式导波器。一般可作为固定静 置式全方位集散汇聚等效导波器更为重要。在不需要自动跟踪装置的情况下，将传播角度全方位范围变化 的电磁波(如非直射太阳光或散射太阳光)汇聚成高密度电磁波资源。而且可以通过数级或多级组合，提 高全方位集散汇聚的程度与规模。并且，汇聚电磁波中有部分为转直汇聚型电磁波，既可以用反射型内壁 导波通道传输，也可以用全内反射型(光纤型)导波通道传输。

多层式等效导波器既可用于自动跟踪式定向导波，又可用于固定静置式全方位集散汇聚的定向导波。 一般多层式等效导波器应作为固定静置式等效导波器。薄层式或空腔式等效导波器需要与自动跟踪装置组 合，作为自动跟踪式等效导波器。多层式等效导波器为固定静置式汇聚型等效导波器；或为部分转直汇聚 与部分汇聚的混合定向导波式等效导波器。多层式等效导波器为固定静置式全方位集散聚集等效导波器。

因此，取决于构成或组合构成等效导波器中等效导波体的类型，构成不同类型的等效导波器。转直汇 聚型等效导波器由转直汇聚型等效导波体构成。汇聚型等效导波器由汇聚型等效导波体构成或由汇聚型等 效导波体与其他类型的等效导波体构成。转直型等效导波器由转直型等效导波体构成。转向型等效导波器 由转向型等效导波体构成。

采输通道为反射式内壁导波通道(如反射式内壁管道或自然光照明中应用的反光管)或全内反射式光 纤型导波通道。电磁波经等效导波器或等效导波体导波(转直汇聚或转直或汇聚或转向导波)后，采用反 射内壁导波通道进行电磁波的采集和传输(或输送)，或采用全内反射式导波的光纤型导波通道采集和传 输。反射式内壁通道既可以输送传播角度在孔径角范围内的转直型电磁波，也可以输送传播角度超出孔径 角范围的汇聚型电磁波。全内反射式导波通道用于输送传播角度在孔径角范围内的转直型电磁波。

等效集输装置由汇聚型或转直汇聚型等效导波器与采输通道或现场转换利用设施组合构成，或由汇聚 型或转直汇聚型等效导波器与采输通道和现场转换利用设施组合构成。等效导波器的电磁波输出通道端口 连通采输通道，将采输通道作为电磁波的输送通道，通过采输通道将汇聚后的光等电磁波输送到需要或便 于应用位置或地点；或等效导波器的输出端口连通现场转换利用设施(如光伏腔体等)，就地利用汇聚后 的光等电磁波。

等效集输装置为固定静置式或自动跟踪式装置。自动跟踪式等效集输装置由自动跟踪式的薄层式或空 腔式或多层式等效导波器与采输通道组合构成。固定静置式等效集输装置由多层式等效导波器与采输通道 组合构成。

等效集输装置中除设置等效导波器外，也可以设置较小的通体实心式导波器与等效导波器进行组合， 构成混合式等效集输装置。

电磁波发射体或滤波体设置于等效导波体及其中的等效导波单元层的上游或下游；等效集输装置设置 有单个或两个或多个电磁波发射体或滤波体，单个或两个或多个的电磁波发射体或滤波体设置在等效导波 器的上游或下游或等效导波器中的等效导波体之间。

电磁波发射体也可以设置于单元层组合板或单元层组合块中，即单元层组合板或单元层组合块与电磁 波发射体合为一体。该组合板或组合块发挥出组合等效导波单元和电磁波发射的两种功能。

电磁波发射体用于发生专门需要的电磁波，并通过等效集输装置进行汇聚和输送。

滤波体用于消除部分电磁波，使部分电磁波不出现在输出的电磁波中。

等效集输装置用采输通道从末端的端口或输出端口将聚集电磁波输出，并连通异地或室内的汇聚电磁 波应用设施，将汇聚电磁波输送到需要应用的位置或地点；也可以在聚集处进行就地应用，提高了汇聚电 磁波的应用灵活性。

等效集输装置输出的汇聚电磁波的类型为，自动跟踪式的通体实心式导波体与薄层式等效导波体或空 腔式等效导波体的组合等效汇聚装置输出转直汇聚型或汇聚型或转直型电磁波；自动跟踪式的薄层式或空 腔式等效汇聚装置也输出转直汇聚型或汇聚型或转直型电磁波；多层式的固定静置式等效汇聚装置输出汇 聚型电磁波、或输出部分转直汇聚型电磁波和部分汇聚型电磁波。

自动跟踪式集输装置由通体实心式导波器(由单个或两个或多个通体实心式导波体构成导波器)与自 动跟踪装置组合构成。导波体之间以采输通道连通，导波体之间为并列组合或串级组合或并列与串级的混 合方式组合，逐级递进组合。自动跟踪式集输装置为转直汇聚装置或汇聚装置或转直装置或转向装置。

转直或转直汇聚后的电磁波，在通过全内反射式光纤型的导波通道输出后，可以继续用合路型光纤耦 合器式设施进一步提高汇聚程度。

对于由等效导波体进行两级或更多级串级组合构成的自动跟踪式等效集输装置，即使通过自动跟踪式 设施使太阳光平行于主光轴或电磁波传播主方向，棱锥体型等效导波单元仍将会使近棱边共面导波的一部 分光电磁波转变为非共面导波。在较高聚焦倍数情况下，在集输装置的汇聚端口即输出端口也会有明显流 通量的非转直汇聚型的电磁波(超出全内反射型导波通道数值孔径的较大角度传播的电磁波或汇聚型电磁 波)，也可以采用上述的现场转换利用设施进行现场利用。

因此，较高聚焦倍数的自动跟踪式等效集输装置输出两种传播方式的汇聚电磁波，一部分为转直汇聚 型电磁波，用全内反射型导波通道或反射型内壁导波通道输出；一部分为汇聚型电磁波，用反射型内壁导 波通道输出或在该装置的现场进行利用，如前述的采用光伏腔体或光热转换或真空集热管等设施进行现场 利用。

多层式等效导波器及其等效集输装置会产生一部分汇聚型电磁波，不能仅用全内反射型导波通道输 送，可以用反射型内壁的导波通道输送到应用位置，或在该装置的汇聚端口即输出端口的下游位置设置现 场转换利用设施，如光伏腔体或光热转换或真空集热管等现场设施。

等效导波器既输出转直型电磁波又输出汇聚型电磁波情况下，全内反射式光纤型导波通在输送转直型 电磁波时需要穿过现场转换利用设施的腔体(如光伏腔体或太阳热腔体等)。为了不影响汇聚型电磁波输 出，在现场转换利用设施腔体内，应采用透波型(如透明型)全内反射式光纤型导波通道。

广义聚焦导波体或广义菲涅尔等效导波体(广义等效聚焦导波体)的汇聚型或转直汇聚型通体实心式 导波体及其等效导波体可以为较简单的结构或较规则的形状。较规则形状的通体实心式导波体比凸透镜结 构简单，其等效导波单元和以多个等效导波单元构成较大型薄层式或空腔式组合结构的广义菲涅尔等效导 波体(广义等效聚焦导波体)的等效导波体也为较简单结构和较规则的形状，便于制造和降低生产成本。

较规则的形状的广义聚焦结构或广义等效聚焦结构的又一个优势为便于并列组合与串级组合形成较 大型等效汇聚装置。并结合自动跟踪装置优势，形成由单个等效导波体或由两个或多个等效导波体组合构 成自动跟踪的等效集输装置。

不像传统凸透镜或传统菲涅尔透镜是单个整体式结构，需要进行整体式制造，制造相对较困难；大型 化也较难；并且由于是点聚焦式导波体，也难以进行多级组合，难以通过逐级递进组合方式提高聚焦规模 和强度。

由于等效导波单元及其等效导波体的结构较规则和较简单，易于制造和加工，成本低，等效导波器为 组合结构，不一定是单个等效导波体的整体式结构的等效导波器，可以通过多个等效导波体的组合构成大 型等效导波器及等效集输装置，较易实现装置的大型化；通过逐级递进组合方式提高聚焦规模和强度；获 得大规模太阳能等电磁波新能源。

经典凸透镜及其菲涅尔透镜基本上为点聚焦导波器，焦点位于凸透镜的下方或一侧。经典菲涅尔透镜 为曲率连续变化的凸透镜的等效导波体。较规则形通体实心式导波体及其广义菲涅尔等效导波与聚焦结构 为焦面聚焦式凸透镜，焦面位于其顶点所在的面。因此可以将较规则形通体实心式导波体的等效导波体认 为是突破传统菲涅尔透镜的更广义、结构更广泛和多样的广义菲涅尔等效导波体与聚焦结构。

广义菲涅尔等效导波体包括透镜式或透反式或透镜式与透反式的混合式的薄层式或空腔式的等效聚 焦结构的导波体。

上述自动跟踪式或固定静置式、广义等效聚焦的等效导波体的转直汇聚或汇聚的多级分层逐次方式汇 聚大面积电磁波的集输装置，可实现大面积电磁波的汇聚。广义菲涅尔等效聚焦导波体及等效导波器较易 组合形成大型装置。利用自然光在传播中自身的能量，或通过自动跟踪式或固定静置的多层式集输装置， 实施大面积转直、集聚和采输，实现规模化的自然光或其他电磁波的转直、聚集和输送，大大提高电磁波 能量密度和总体规模。用于太阳自然光等电磁波场合时，可作为获得大规模、高密度、高品位太阳能的高 效、简约结构和技术。转直、汇聚后的自然光等电磁波可以传输到便于或需要应用的位置或地点，也可现 场直接利用，应用方便，提高了太阳能等应用灵活性。通过转直、汇聚大面积自然光获得高能量密度、绿 色的光电磁波能源，可直接或滤波后用于加热、照明、光伏、照射、辐射、激发等各种领域。结构简约， 成本低，应用领域广泛，市场潜力和前景广阔，经济价值和生态环保、节能减排的社会效益潜力大。

附图说明

图1为通体实心式单出射面的透反式导波器及其等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图，(1a)为 固定静置式或自动跟踪式单出射面的通体实心式的透反式导波器，(1b)为(1a)的上游设置电磁波发射 体的多层式等效导波器，(1c)为(1a)的空腔式等效导波器，(1d)为(1a)的入射面内侧的薄层式等效 导波器，(1e)为(1a)的出射面内侧的等效导波器。

图2为双层串级组合的对置单出射面透反式的每层为单个通体实心式导波体的导波器及其等效导波 器侧视剖面和典型波路示意图，(2a)为固定静置式或自动跟踪式的双层串级组合的对置单出射面透反式 的每层为单个通体实心式导波体的导波器，(2b)为(2a)的双层串级组合的多层式等效导波器，(2c)为 (2a)的首层为空腔式与入射面内侧薄层式的混合组合的等效导波器，(2d)为(2a)的首层为出射面内 侧的薄层式等效导波体的等效导波器。

图3为中置等效转直器的对置单出射面的透反式的通体实心式导波器及其等效导波器的侧视剖面和 典型波路示意图，(3a)为中置等效转直器的单出射面透反式通体实心式导波体与其空腔式等效导波体为 对置方式设置的导波器，(3b)为(3a)的配置电磁波现场转换利用腔体的多层式等效导波器，(3c)为(3a) 的出射面内侧薄层式等效导波体与入射面内侧薄层式等效导波体组合的等效导波器。

图4为双层串级组合的每层为单个等效导波体的等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图，(4a)为 配置电磁波现场转换利用腔体的双层串级组合的每层为单个多层式等效导波体的多层式等效导波器，(4b) 为双层串级组合的每层为单个薄层式等效导波体的薄层式等效导波器。

图5为通体实心式的透反式双出射面的棱锥形导波体或通道内的透镜式棱锥形导波体或通道内的透 镜式圆锥形导波体或通道内透镜式椭圆锥形导波体的导波器及其等效导波器的侧视剖面和典型波路示意 图，(5a)为上述本条图例说明中的各种通体实心式导波体的固定静置式或自动跟踪式导波器，(5b)为(5a) 的多层式等效导波体的多层式等效导波器，(5c)为(5a)的空腔式等效导波体的等效导波器，(5d)为(5a) 的出射面内侧的薄层式等效导波体的等效导波器，(5e)为(5a)的入射面内侧的中空环带式棱锥缺体单 元或条带式棱锥单元或柱状棱锥单元的薄层式等效导波体的等效导波器。

图6为通体实心式的透反式双出射面的棱锥形导波体或圆形通道内的透镜式棱锥缺体形导波体或非 圆形通道内的透镜式圆锥缺体形导波体或非椭圆形通道内的透镜式椭圆锥缺体形导波体的导波器及其等 效导波器的侧视剖面和典型波路示意图，(6a)为上述本条图例说明中的各种通体实心式导波体的固定静 置式或自动跟踪式导波器，(6b)为(6a)的多层式等效导波体的多层式等效导波器，(6c)为(6a)的空 腔式等效导波体的等效导波器，(6d)为(6a)的出射面内侧的薄层式等效导波体的等效导波器，(6e)为 (6a)的入射面内侧的中空环带单元或条带单元或柱状单元的薄层式等效导波体的等效导波器。

图7为空腔式或薄层式等效导波体的自动跟踪式等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图，(7a)为 外周无通道的空腔式等效导波体的等效导波器，(7b)为出射面内侧薄层式等效导波体的外周无通道的等 效导波器，(7c)为外周有反射型内壁通道的入射面内侧的中空环带单元或条带单元或柱状单元的薄层式 等效导波体的等效导波器，(7d)为外周无通道的入射面内侧中空环带单元薄层式等效导波器。

图8为双层串级组合的每层为单个通体实心式导波体的透反式双出射面棱锥体或通道内透镜式棱锥 体或通道内透镜式圆锥体或通道内透镜式椭圆锥体的导波器及其等效导波器的侧视剖面和典型波路示意 图，(8a)为上述本条图例说明中的各种通体实心式导波体的双层串级组合的固定静置式或自动跟踪式导 波器，(8b)为(8a)的多层式等效导波体的多层式等效导波器，(8c)为(8a)的空腔式等效导波体的外 周为保护性通道的等效导波器，(8d)为(8a)的出射面内侧的薄层式等效导波体的外周为保护性通道的 等效导波器，(8e)为(8a)的入射面内侧的中空环带单元或条带单元或柱状单元的薄层式等效导波体的 外周为反射式内壁通道的等效导波器，(8f)为(8a)的入射面内侧中空环带单元薄层式等效导波体的外 周为保护性通道的等效导波器。

图9为三层串级组合与并列组合的混合式组合的出射面内侧薄层式等效导波体的无外周通道的自动 跟踪式等效导波器的侧视剖面示意图。

图10为三层的串级与并列的混合式组合的上部两层分别为紧邻式并列组合的出射面内侧薄层式等效 导波体的配置电磁波现场转换利用腔体的自动跟踪式等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图。

图11为二层的并列组合与串级组合的混合式组合的首层为紧邻式并列组合的中置等效转直器的薄层 式等效导波体的配置电磁波现场转换利用腔体的自动跟踪式等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图。

图12为二层的并列组合与串级组合的混合式组合的首层为紧邻式并列组合的棱锥台体单元或椭圆锥 台体单元或圆锥台体单元的多层式等效导波体的配置电磁波现场转换利用腔体的固定静置式等效导波器 的侧视剖面和典型波路示意图。

图13为三层的并列组合与串级组合的混合式组合的上部两层为混合式并列组合(顶部为紧邻式并列 和下部为隔离式并列)的多层式等效导波体的配置电磁波现场转换利用腔体的固定静置式等效导波器的侧 视剖面和典型波路示意图。

图14为三层的并列与串级的混合式组合的首层为混合式并列组合(顶部为紧邻并列形成平面采波面 和下部为隔离并列)、中间层为混合式并列组合(顶部为隔离并列和底部为紧邻并列)的出射面内侧薄层式 等效导波体的配置电磁波现场转换利用腔体的自动跟踪式等效导波器的侧视剖面和典型波路示意图。

上述各图中：1为通体实心式导波体，2为等效导波单元，3为反射式内壁通道的壁，4为电磁波发射 体，5为全内反射式光纤型导波通道，6为电磁波转换层，7为电磁波转换利用腔体，8为保护性通道，9 为单元层组合板。

具体实施方式

(一)在光电磁波中实施

利用透光介质(如无机玻璃、有机玻璃、亚克力等)的折射性能，参照上述方式，设置定向导光的转 直型或转向型或转直汇聚型或汇聚型通体实心导光体的等效导光单元及其等效导光单元层。由单个或两个 或多个等效导光单元层构成薄层式或空腔式或多层式广义菲涅尔等效聚焦导波体(等效导光体)。并由单 个或两个或多个等效导光体构成固定静置式或自动跟踪式等效导光器。

等效组合导光体及等效导光单元的结构为，其入射面或入射面的延伸面或入射面切面的延伸面与其出 射面或出射面的延伸面或出射面切面的延伸面之间相交夹角大于导光体的全内反射临界角；其入射面或入 射面的延伸面或入射面切面的延伸面与该入射面的电磁波传播的下游方向的反射面或反射面延伸面或反 射面切面的延伸面之间相交夹角大于导光体的全内反射临界角；其出射面或出射面的延伸面或出射面切面 的延伸面与同导光体区域的对面的反射面或反射面延伸面或反射面切面的延伸面之间向电磁波传播的下 游方向的相交夹角小于导光体的全内反射临界角的一半；其出射面或出射面的延伸面或出射面切面的延伸 面与同导光体区域的对面的出射面或出射面的延伸面或出射面切面的延伸面之间向电磁波传播的下游方 向相交的夹角小于导光体的全内反射临界角；或其结构为满足上述角度关系的部分角度关系或全部角度关 系的结构。

采输通道为反射式内壁导光通道(如反光式内壁管道或导光管)或全内反射式光纤型导光通道。

等效导光器由单个或两个或多个的等效导光体与等效导光体上下游的单个或两个或多个的反射型内 壁采输通道组合构成。等效导光器为等效转直器或等效转向器或等效转直汇聚器或等效汇聚器。

等效导光器为多层式或薄层式或空腔式等效定向导光器。空腔式或薄层式等效导光体构成的等效导光 器与太阳运行角度自动跟踪装置组合构成自动跟踪式等效导光器。多层式等效导光体构成固定静置式等效 导光器。

等效集输装置由转直汇聚型或汇聚型等效导光器与采输通道或现场转换利用设施组合构成，或等效集 输装置由转直汇聚型或汇聚型等效导光器与采输通道和现场转换利用设施组合构成。等效导光器的输出端 口连通采输通道，通过采输通道将汇聚后的光电磁波输出到便于或需要应用的位置或地点；或等效导光器 的输出端口连通现场转换利用设施，就地利用汇聚后的光电磁波。

单个或两个或多个通体实心导光体构成通体实心式导光器，与自动跟踪装置组合构成自动跟踪式导光 器，并连通采输通道构成自动跟踪式集输装置。

上述自动跟踪式或固定静置式的多层式或薄层式或空腔式等效导波体的转直汇聚或汇聚的多级分层 逐次方式汇聚大面积光电磁波的集输装置，可实现大面积自然光等电磁波的聚集。广义菲涅尔等效聚焦导 波体及等效导波器较易组合形成大型装置。利用自然光在传播中自身的能量，或通过自动跟踪式等效集输 装置，或通过多层式固定静置的集输装置，实施大面积转直、汇聚和采输。可实现规模化、高能量密度的 太阳自然光电磁波的聚集，大大提高光电磁波能量密度和总体规模。可现场直接利用，可输送到需要应用 的位置或地点，提高了太阳能应用灵活性，应用方便。通过转直、汇聚大面积自然光获得高能量密度、绿 色的光电磁波能源，可直接或滤波后用于加热、照明、光伏、照射、辐射、激发等各种领域。结构简约， 成本低，应用领域广泛，市场潜力和前景广阔，经济价值和生态环保、节能减排的社会效益潜力大。

(二)在其他电磁波中实施

按前述方式，并参照光电磁波(如太阳光)中实施方式，在其他电磁波(如红外、紫外或X光)中为 通体实心式导波体设置等效导波单元及等效组合的广义菲涅尔等效聚焦导波体。以等效导波体组合构成自 动跟踪式或固定静置式等效导波器，并构成自动跟踪式或固定静置式等效集输装置。

等效导波单元为相似形单元或近似单元，为透镜式或透反式或透镜式与透反式的混合式单元。

等效导波体为由单个或两个或多个等效导波单元层构成的空腔式或薄层式或多层式结构，为透镜式组 合结构或透反式组合结构或透镜式与透反式的混合式组合结构。等效导波体为转直型或转直汇聚型或汇聚 型或转向型等效导波体。

采输通道为反射式内壁导波通道或全内反射式光纤型导波通道。

等效导波器由单个或两个或多个等效导波体与等效导波体上下游的单个或两个或多个反射型内壁的 采输通道组合构成。等效导波器中的两个或三个或多个等效导波体为并列组合或串级组合或并列与串级的 混合式组合设置。并列组合为紧邻式或隔离式或紧邻与隔离的混合式并列组合。串级组合为紧邻式或隔离 式或紧邻与隔离的混合式串级组合。空腔式或薄层式等效导波体构成的等效导波器与自动跟踪装置组合构 成自动跟踪式等效导波器。多层式等效导波体构成的等效导波器为固定静置式等效导波器。等效导波器为 等效转直器或等效转直汇聚器或等效汇聚器或等效转向器。

等效集输装置由转直汇聚型或汇聚型等效导波器与采输通道或现场转换利用设施组合构成，或等效集 输装置由转直汇聚型或汇聚型等效导波器与采输通道和现场转换利用设施组合构成。等效导波器的输出端 口连通采输通道，通过采输通道将汇聚后的光等电磁波输出到需要或便于应用位置或地点；或等效导波器 的输出端口连通现场的转换利用设施，就地利用汇聚后的光等电磁波。