感應(yīng)通信的應(yīng)用研究

http://butianyuan.cn/article/201612/332849.htm

在延伸較長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的民用與軍事地下建筑中，在各種隧道及礦井地下道中，以及類似的場合，實驗和理論都證明無線電從幾十千赫到幾百兆赫很難傳播超過數(shù)百米的距離。而在拐彎的道中傳播距離更短，即不存在和地面相類似的上述地下場合中的移動通信[1]。但是當?shù)乐写嬖谥饘賹?dǎo)體（導(dǎo)線）時，情況會發(fā)生很大的變化，某些波段的無線電信號可以傳播較遠的距離（達數(shù)公里以上），這種無線電信號借助于沿線導(dǎo)體的誘導(dǎo)傳播完成的通信稱為感應(yīng)通信。

1 感應(yīng)通信的原理及特點

感應(yīng)通信沿道（或一定的區(qū)域）設(shè)絕緣導(dǎo)線；當?shù)乐袑?dǎo)線（稱為感應(yīng)線）附近的發(fā)射機發(fā)射天線電信號時，發(fā)射機天線的信號可以感應(yīng)到感應(yīng)線上，產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流在感應(yīng)周圍產(chǎn)生信號場強，沿途的天線接收機天線可因感應(yīng)而接收信號，經(jīng)放大和處理，獲得發(fā)射機發(fā)出的信息，完成通信過程，這就是感應(yīng)通信的原理。在感應(yīng)通信中，工作頻率越低，傳輸損耗越小，耦合損耗越大；工作頻率越高，傳輸損耗越大、耦合損耗越小。實際證明有利于感應(yīng)通信的工作頻率為50kHz～500kHz。感應(yīng)線一般是直徑1mm～2mm的絕緣導(dǎo)線，距壁15cm～25cm，平行于道設(shè)；感應(yīng)線可以是單線（一根導(dǎo)線）方式與大地構(gòu)成回路；也可以采用雙導(dǎo)線自成回路方式。感應(yīng)通信和漏泄通信[2]是地下道、地下建筑中兩種移動通信方式，相比之下感應(yīng)通信具有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、投資少、見效快的優(yōu)點，特別是在緊急情況下，可在未布線的空間，依靠其它導(dǎo)體作為媒介，也可在線路間斷情況下完成通信；感應(yīng)通信的主要缺點是工作頻率低容量較小且易受干擾。

2 三鎖相環(huán)感應(yīng)通信系統(tǒng)

本文以鎖相環(huán)為主體構(gòu)成感應(yīng)式通信設(shè)備，該系統(tǒng)的調(diào)制、倍頻和解調(diào)均采用鎖相環(huán)。其工作原理如圖1所示。語音信號經(jīng)濾波處理和音頻放大，控制壓控振蕩器VCO1控制端，經(jīng)鑒相器PD1、低通濾波器LPF1所組成的鎖相環(huán)完成鎖相調(diào)頻。調(diào)頻信號由VCO1輸出，送入PD2與VCO2輸出信號進行相位比較，由PD2、LPF2、VCO2和M分頻電路組成鎖相環(huán)完成已調(diào)整信號的M倍頻，使調(diào)頻信號的偏頻加倍。倍頻后的信號與晶振2信號混頻，輸出差頻信號經(jīng)LPF3濾波、A2放大、LPF4選頻，送入天線發(fā)射。發(fā)射信號為寬帶調(diào)頻信號，在較高的處理增益，從而提高了系統(tǒng)的抗噪性能。系統(tǒng)接收時，信號經(jīng)天線進入LPF3選頻、經(jīng)A2放大、再經(jīng)LPF4與晶振1分頻后的信號混頻，混頻后信號經(jīng)BPF1選出差頻、再經(jīng)A3放大進入PD3與VCD3輸出信號進行相位比較；PD3、LPF5、VCO3組成的鎖相環(huán)完成鑒頻；解調(diào)后信號經(jīng)A4放大送至終端（揚聲器），完成接收過程。由于采用鎖相鑒頻，可使系統(tǒng)的噪聲門限下調(diào)5dB～10dB，進一步改善系統(tǒng)的抗噪能力。本電路三次使用鎖相環(huán)，工作穩(wěn)定性好，頻率準確度高，抗噪能力強。由于鎖相環(huán)電路簡單，使用低通濾波器多而帶通濾波器少，使電路進一步簡單化，實現(xiàn)容易，工作可靠性高。

3 應(yīng)用

（1）感應(yīng)通信可應(yīng)用于礦業(yè)地下道及工作面等環(huán)境中的移動通信。這種移動通信不是完全的無線電通信，而是半有線半無線方式的移動通信。其在礦山地下道中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中假設(shè)地下中央廣場有四個方向的道延伸，每個方向有一專用的感應(yīng)通信基站與感應(yīng)線直接聯(lián)接，感應(yīng)線向道中延伸。沿途有若干移動手機，基站與交換機相聯(lián)接，完成各手機用戶間的轉(zhuǎn)接；交換機具有與地下通信網(wǎng)的匯接功能。

（2）感應(yīng)移動通信可應(yīng)用于鐵路列車無線列調(diào)系統(tǒng)，現(xiàn)舉例說明。某電氣專用鐵路線，長約200公里；相鄰車站平均距離為10公里，穿越地區(qū)為干旱荒漠區(qū)域，無公網(wǎng)移動通信的支持，需專用列調(diào)無線系統(tǒng)，經(jīng)論證采用感應(yīng)方式。其系統(tǒng)示意圖如圖3所示。其中S1、S2、S3…為沿線各車站感應(yīng)無線基站，A為天線、D為鐵路列車架空電力線。天線A為線狀天線（長25～30米），在車站附近平行于電力線架設(shè)；BS為列車上的車載臺，其天線BA在機車頂站平行于電力線架設(shè)；移動車載臺BS位于機車駕駛室及車長室；各基站經(jīng)有線傳輸線路連接到全線總列調(diào)用線交換機C5，C5與公網(wǎng)鏈接。總列調(diào)度室可可能有線傳輸經(jīng)各基站與沿途的列車車長及司機的車載臺通信；列車在平原、山地、或橋梁隧道中運行均可完成與車站和總調(diào)度室間通信。每個基站信號可覆蓋本站區(qū)間及相鄰站的部分區(qū)域。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、投資少、見效快，工作可靠而有效。

（3）教學(xué)廣播系統(tǒng)。學(xué)校需要英語數(shù)學(xué)的廣播及收聽系統(tǒng)，用于聽力的教學(xué)訓(xùn)練和考慮，可在教學(xué)樓區(qū)域或樓道架設(shè)感應(yīng)傳輸線路，發(fā)射機輸出可直接與感應(yīng)線相聯(lián)接，感應(yīng)線終端接匹配電阻，沿線周圍教室的學(xué)生可用簡單的無線接收機收聽。這是一種單向廣播系統(tǒng)，信號只作用于有限的區(qū)域范圍，而且工作于中頻以下頻段，對其它系統(tǒng)無干擾，其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易實現(xiàn)。