无线地下磁感应通信系统研究与实现

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络。针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台。实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考。

矿井感应通信机车插入损耗及专用线理论研究

给出了在矿井中利用电机车架空线进行感应通信时 ,架空线负载 (即电机车 )引起的插入损耗的定义 ,计算了插入损耗和无负载时的电磁波传输损耗并对比了这两种损耗 ,可知插入损耗是非常大的 ,这说明了使用专用感应线的必要性。架设专用感应线后 ,矿井隧道中将存在一个插入损耗和传输损耗都比较小的波模 。

感应通信的应用研究

讨论感应通信的原理及特点,给出以锁相环为主的三环感应通信系统设备的基本结构;结合实际说明感应通信的应用。

感应通信技术及其电力物联网应用展望

感应通信技术具备穿透性强、能耗极低、适应多种恶劣环境等优点。文章分析了感应通信技术的机理,仿真了该技术的介质穿透性能。由于感应信号能量小、频率低等,文章提出基于数字信号处理的感应通信系统结构和关键技术。结合电力物联网信息采集环节的实际需求,通过基于感应通信技术的射频识别技术和无线传感网络技术的典型应用,表明该技术具有良好的应用前景。

列车感应通信信道的建模分析

首先建立了具有屏蔽导体的多导体传输线和地面上方单传输线的数学模型,在此基础上建立列车感应通信信道的模型,并利用矩量法进行数值分析。

浅谈大准铁路400KHZ感应通信的干扰及其解决办法

解决处理好电气化铁路400KHZ感应通信干扰的重要性,感应通信干扰源的类型、来源及其解决措施、方法。

基于电共振方法的磁感应通信仿真研究

为了提高磁感应通信系统的通信距离,采用电共振方法进行改进,将其简称为MIC通信,分析MIC的信道特征并与传统的磁感应通信进行对比。研究表明:电共振方法可以减小磁感应通信系统的路径损耗和误码率,进而增加传输距离;线圈的Q值和半径越大以及线圈内阻越小,信号的传输距离越远。

感应通信及其关键技术浅析

感应通信作为水下非接触通信方式之一,以其功耗低、尺寸小、制作简单等特点而得到越来越广泛的应用。本文结合电缆深度控制器这一应用感应通信的实例,系统地介绍了感应通信的原理及其关键技术。

低频电磁波感应通信系统的设计与仿真

根据电磁波传播的理论,研究了无源、无界、线性、均匀、各向同性导电媒质中感应通信问题,确定了感应通信工作频率的范围。从DPSK数字通信系统的原理出发,研究了导电媒质中低频感应通信系统原理及其组成,提出了基于DSP的低频无线通信系统的设计方法,并利用Matlab软件对该DPSK通信系统进行了仿真设计。仿真结果表明,该低频无线通信系统达到了通信的基本要求,提出的基于DSP的设计方法是可行的。

磁感应通信信道容量研究

作为新兴的通信技术,磁感应通信能在很多特殊环境中替代电磁波通信,比如在地下、水中、海岸附近和洞穴中。信道的容量是通信系统的一个重要技术指标。首先分析了磁感应通信系统的传输功率比,通过对其路径损耗的分析,估算出了3 dB带宽,然后计算出了其信道容量。同时分析了能够影响远距离信道容量的一些关键因素。研究结果发现,线圈的半径和Q值越大,远距离的信道容量就越大。

两种磁感应通信信道建模与特性分析

为了解决地下环境中无线磁感应通信系统存在路径损耗大,无法实现较远距离通信的问题,本文构建了基于波导技术与协同技术的磁感应信道模型。通过波导技术,向收发线圈之间引入无源中继线圈,经过谐振线圈的磁耦合完成信号传递;通过协同技术,传输的磁感应波由多条不同路径到达接收端,从而完成信息的传输。对路径损耗、误码率等特性仿真分析,结果表明:路径损耗小于100 dB时,普通磁感应系统最大传输距离约为20 m,而磁感应协同系统与波导系统最大距离分别延长至45与150 m以上;在传输距离较近时,磁感应波导系统的路径损耗大于协同系统,可通过减小中继线圈的间距和电阻进一步降低其路径损耗;磁感应协同系统的路径损耗受线圈的位置、间距和数量影响较小,从而降低了部署的难度。因此,构建的两种通信模型都能有效降低信道路径损耗,增大通信距离,波导技术效果更明显。

协作式磁感应通信的线圈阵列优化设计

磁感应通信是一种新兴的水下无线通信技术,但传统方式的磁感应通信系统路径损耗高、传输距离有限.本文针对空心圆环线圈的点对点式与协作式的磁感应通信模型进行了理论分析,并提出了协作式通信模型中线圈摆放角度的优化设计方法以最大程度地提高通信距离,同时针对实际水下应用环境提出一种校正机制以动态消除水流影响.研究结果表明:对于一般协作式,当间隔角度|θ|≥38.53°时,发射线圈T_(2)对接收线圈R_(1)磁通量的增加低于20%;改进T_(2)、R_(1)的摆放角度可以提高接收机处磁通量相对增长率,最大可比一般协作式分别高出20.30%、12.66%,且改进T_(2)摆放角度的方法对提高整体通信能力更有效;当接收机最小灵敏度为0.1 nT时,在相同发射功率下,改进T_(2)摆放角度的协作式磁感应通信(线圈间隔100m)的传输距离比点对点式高出9.96%.

电磁感应通信信号采集与存储系统设计

设计了一套感应通信信号采集与存储系统。阐述电磁感应通信基本原理,针对信号特点,明确系统参数,对系统进行总体设计,并对信号调理模块、A/D采集模块、SRAM及SD卡、主控芯片及网络通信模块等进行详尽的分析。系统采用金属线圈感应信号,STM32F407ZGT6微处理器作为主控芯片控制采集与存储,通过RJ45网口将数据转存给上位机。试验结果表明,该采集系统能够有效实现感应通信信号的高保真采集。

地下磁感应通信阵列天线传播特性分析

针对地下磁感应通信系统中单个磁性天线路径损耗大、通信效率低、传输距离短的问题,研究了双线圈天线与3D天线两种协同式天线的电磁传播特性。基于Matlab对根据天线数学模型得到的磁感应强度进行了仿真和分析,并将两种天线的传输性能与单一磁性天线进行了比较。研究表明,两种天线的磁场强度都有很大提高,并具有方向性和对称性,双线圈天线的磁场强度分布受发射天线间距、摆放角度以及收发天线垂直距离影响较大,在间距较小情况下,传输距离大于3D天线;而3D天线磁场强度随传输距离衰减更慢,磁场分布范围更广。

水下磁感应通信阵列天线磁场仿真与特性研究

当线圈的几何尺寸、空间位置和激励方式发生变化时,空间中某一固定点的磁感应强度也会随之变化。本文以一般空心圆环线圈为例,针对不同的空间位置和激励方式,对单线圈、双线圈阵列和四线圈阵列的磁感应强度分布进行建模仿真与特性分析。研究结果表明:阵列天线在电流同向时,其磁感应强度在空间中正向叠加效果最好;随着线圈间隔的增加,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值最大时可比同功率单线圈分别高出35%,82%;最佳接收点由一个分裂成与阵列线圈数目相等的个数;随着接收端轴向距离的增大,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值超过同功率单线圈,且较高值覆盖面积比单线圈大;轴向距离为10 m时,双线圈、四线圈磁感应强度模的峰值分别是同功率单线圈的1.37倍、1.94倍;最佳接收点最终合拢为原点处的一个。

矿井中频感应通信系统研究

分析与研究矿井中频感应通信系统 ,并提出了一种新型的矿井中频数字感应通信系统。这种系统采用连续可变斜率增量调制 (CVSD)来实现语音信号的编码、GFM调制解调方式、FDMA、PLL频率合成器技术。本系统具有通话质量好、设备简单、抗衰减能力强等特点 ,适于矿井通信。

水下环境安全监测无线磁感应通信技术研究

针对复杂水下环境中安全监测的应用需求,采用无线磁感应通信技术作为信息传输技术;介绍了水下无线磁感应通信原理,阐述了基于FSK调制方式的水下无线磁感应通信平台设计方案,并在模拟水下环境中进行了通信试验。试验结果表明:水下无线磁感应通信平台能够实现在水下环境中的无线信息传输;采用单向天线的水下无线磁感应通信平台在接收天线位置、角度变化情况下会出现通信中断现象,而采用全向天线的水下无线磁感应通信平台在接收天线位置、角度变化过程中能正常通信,提高了通信可靠性。

地下磁感应通信天线模型及信号传播特性研究

针对磁信号传播具有显著的方向性,而目前相关研究没有充分考虑磁通信过程中天线位置、角度对传输性能影响的问题,研究了2D天线阵列模型中的双线圈阵列、四线圈阵列,以及3D线圈这3种地下磁感应通信天线模型的磁信号传播特性。首先,根据3种天线的数学模型,给出了相应的磁感应强度和收发线圈的互感表达式;其次,对磁感应强度进行仿真和特性分析,并根据磁场分布情况对接收天线的位置和角度进行了优化设置;最后,比较了3种天线模型的传输性能,给出了各发射线圈偏移量和收发线圈所在平面垂直距离对磁感应强度的影响。研究结果表明:(1)2D天线阵列模型和3D线圈模型的磁感应强度具有对称性和方向性。(2)随着收发线圈所在平面垂直距离的增大,2D天线阵列发射信号的传输方向由多个变为1个。(3)当发射线圈参数相同时,2D天线阵列模型的传输距离大于点对点通信模型和3D线圈模型。发射线圈个数越多,2D天线阵列模型的传输距离越远,但磁感应强度随收发线圈所在平面垂直距离的增加而快速衰减。(4)3D线圈模型在3个坐标轴方向上具有相同的磁感应强度分布。3D线圈模型的磁场分布范围最广,但磁感应强度模小于2D天线阵列模型。

频率合成器在感应通信中的应用

目前应用中的感应通信系统，在不同的区段由于型号上的不同，使用的工作频率和控制信令各不相同，不能互换使用，给维修和今后相应产品的配套带来不便，为了感应通信技术的进一步发展，本文拟对频率合成器在感应通信中的应用作一个初步的探讨，并对PLL和DDS两种频率合成器作了比较。

埋地式无线传感器的磁感应通信天线模型

磁感应通信方式由于其传播特性不受介质电学特性影响、无多径效应、天线尺寸小等优点,非常适合在地层介质中或水下环境传输信号使用。然而其在近场衰减快的特点,也限制了传输距离。为增加通信距离,在Zhi Sun超材料天线模型的基础上,提出了一种改进的小型超材料天线模型,即在螺旋线圈内部增加铁氧体棒,随后又对球形超材料壳内用弱磁材料进行了填充。用Comsol对此模型进行了仿真,并比较了大半径线圈模型、大半径铁氧体模型、小半径超材料模型以及改进的小半径超材料模型在不同的填充物条件下接收端天线感应的磁场强度。仿真结果表明相同传播距离条件下,改进的小半径超材料天线方案的磁通信系统的接收端天线处的磁场强度最高;如果只对接收磁天线超材料壳内加填充材料而发送端天线壳内不加填充材料的情况下,改进的小型超材料天线模型的接收天线处耦合磁场强度相比大半径的线圈模型时接收天线的磁耦合强度提高了约20 dB.