感應通信的應用研究

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

在延伸較長、結構復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]。但是當道中存在著金屬導體（導線）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（達數公里以上），這種無線電信號借助于沿線導體的誘導傳播完成的通信稱為感應通信。

1 感應通信的原理及特點

感應通信沿道（或一定的區(qū)域）設絕緣導線；當道中導線（稱為感應線）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到感應線上，產生感應電流。該電流在感應周圍產生信號場強，沿途的天線接收機天線可因感應而接收信號，經放大和處理，獲得發(fā)射機發(fā)出的信息，完成通信過程，這就是感應通信的原理。在感應通信中，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通信的工作頻率為50kHz～500kHz。感應線一般是直徑1mm～2mm的絕緣導線，距壁15cm～25cm，平行于道設；感應線可以是單線（一根導線）方式與大地構成回路；也可以采用雙導線自成回路方式。感應通信和漏泄通信[2]是地下道、地下建筑中兩種移動通信方式，相比之下感應通信具有結構簡單、易實現、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，依靠其它導體作為媒介，也可在線路間斷情況下完成通信；感應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)感應通信系統(tǒng)

本文以鎖相環(huán)為主體構成感應式通信設備，該系統(tǒng)的調制、倍頻和解調均采用鎖相環(huán)。其工作原理如圖1所示。語音信號經濾波處理和音頻放大，控制壓控振蕩器VCO1控制端，經鑒相器PD1、低通濾波器LPF1所組成的鎖相環(huán)完成鎖相調頻。調頻信號由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)完成已調整信號的M倍頻，使調頻信號的偏頻加倍。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，信號經天線進入LPF3選頻、經A2放大、再經LPF4與晶振1分頻后的信號混頻，混頻后信號經BPF1選出差頻、再經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；解調后信號經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，實現容易，工作可靠性高。

3 應用

（1）感應通信可應用于礦業(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)結構如圖2所示，圖中假設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通信基站與感應線直接聯(lián)接，感應線向道中延伸。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接；交換機具有與地下通信網的匯接功能。

（2）感應移動通信可應用于鐵路列車無線列調系統(tǒng)，現舉例說明。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，無公網移動通信的支持，需專用列調無線系統(tǒng)，經論證采用感應方式。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；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；移動車載臺BS位于機車駕駛室及車長室；各基站經有線傳輸線路連接到全線總列調用線交換機C5，C5與公網鏈接。總列調度室可可能有線傳輸經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)結構簡單、易實現、投資少、見效快，工作可靠而有效。

（3）教學廣播系統(tǒng)。學校需要英語數學的廣播及收聽系統(tǒng)，用于聽力的教學訓練和考慮，可在教學樓區(qū)域或樓道架設感應傳輸線路，發(fā)射機輸出可直接與感應線相聯(lián)接，感應線終端接匹配電阻，沿線周圍教室的學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，其結構簡單、投資少、易實現。