感應通信的應用研究

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在延伸較長(cháng)、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(lèi)似的場(chǎng)合，實(shí)驗和理論都證明無(wú)線(xiàn)電從幾十千赫到幾百兆赫很難傳播超過(guò)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(lèi)似的上述地下場(chǎng)合中的移動(dòng)通信[1]。但是當道中存在著(zhù)金屬導體（導線(xiàn)）時(shí)，情況會(huì )發(fā)生很大的變化，某些波段的無(wú)線(xiàn)電信號可以傳播較遠的距離（達數公里以上），這種無(wú)線(xiàn)電信號借助于沿線(xiàn)導體的誘導傳播完成的通信稱(chēng)為感應通信。

1 感應通信的原理及特點(diǎn)

感應通信沿道（或一定的區域）設絕緣導線(xiàn)；當道中導線(xiàn)（稱(chēng)為感應線(xiàn)）附近的發(fā)射機發(fā)射天線(xiàn)電信號時(shí)，發(fā)射機天線(xiàn)的信號可以感應到感應線(xiàn)上，產(chǎn)生感應電流。該電流在感應周?chē)a(chǎn)生信號場(chǎng)強，沿途的天線(xiàn)接收機天線(xiàn)可因感應而接收信號，經(jīng)放大和處理，獲得發(fā)射機發(fā)出的信息，完成通信過(guò)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(shí)際證明有利于感應通信的工作頻率為50kHz～500kHz。感應線(xiàn)一般是直徑1mm～2mm的絕緣導線(xiàn)，距壁15cm～25cm，平行于道設；感應線(xiàn)可以是單線(xiàn)（一根導線(xiàn)）方式與大地構成回路；也可以采用雙導線(xiàn)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(dòng)通信方式，相比之下感應通信具有結構簡(jiǎn)單、易實(shí)現、投資少、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)，特別是在緊急情況下，可在未布線(xiàn)的空間，依靠其它導體作為媒介，也可在線(xiàn)路間斷情況下完成通信；感應通信的主要缺點(diǎn)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

本文以鎖相環(huán)為主體構成感應式通信設備，該系統的調制、倍頻和解調均采用鎖相環(huán)。其工作原理如圖1所示。語(yǔ)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)完成鎖相調頻。調頻信號由VCO1輸出，送入PD2與VCO2輸出信號進(jìn)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(jīng)LPF3濾波、A2放大、LPF4選頻，送入天線(xiàn)發(fā)射。發(fā)射信號為寬帶調頻信號，在較高的處理增益，從而提高了系統的抗噪性能。系統接收時(shí)，信號經(jīng)天線(xiàn)進(jìn)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(jìn)入PD3與VCD3輸出信號進(jìn)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(jīng)A4放大送至終端（揚聲器），完成接收過(guò)程。由于采用鎖相鑒頻，可使系統的噪聲門(mén)限下調5dB～10dB，進(jìn)一步改善系統的抗噪能力。本電路三次使用鎖相環(huán)，工作穩定性好，頻率準確度高，抗噪能力強。由于鎖相環(huán)電路簡(jiǎn)單，使用低通濾波器多而帶通濾波器少，使電路進(jìn)一步簡(jiǎn)單化，實(shí)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(dòng)通信。這種移動(dòng)通信不是完全的無(wú)線(xiàn)電通信，而是半有線(xiàn)半無(wú)線(xiàn)方式的移動(dòng)通信。其在礦山地下道中的系統結構如圖2所示，圖中假設地下中央廣場(chǎng)有四個(gè)方向的道延伸，每個(gè)方向有一專(zhuān)用的感應通信基站與感應線(xiàn)直接聯(lián)接，感應線(xiàn)向道中延伸。沿途有若干移動(dòng)手機，基站與交換機相聯(lián)接，完成各手機用戶(hù)間的轉接；交換機具有與地下通信網(wǎng)的匯接功能。

（2）感應移動(dòng)通信可應用于鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)列調系統，現舉例說(shuō)明。某電氣專(zhuān)用鐵路線(xiàn)，長(cháng)約200公里；相鄰車(chē)站平均距離為10公里，穿越地區為干旱荒漠區域，無(wú)公網(wǎng)移動(dòng)通信的支持，需專(zhuān)用列調無(wú)線(xiàn)系統，經(jīng)論證采用感應方式。其系統示意圖如圖3所示。其中S1、S2、S3…為沿線(xiàn)各車(chē)站感應無(wú)線(xiàn)基站，A為天線(xiàn)、D為鐵路列車(chē)架空電力線(xiàn)。天線(xiàn)A為線(xiàn)狀天線(xiàn)（長(cháng)25～30米），在車(chē)站附近平行于電力線(xiàn)架設；BS為列車(chē)上的車(chē)載臺，其天線(xiàn)BA在機車(chē)頂站平行于電力線(xiàn)架設；移動(dòng)車(chē)載臺BS位于機車(chē)駕駛室及車(chē)長(cháng)室；各基站經(jīng)有線(xiàn)傳輸線(xiàn)路連接到全線(xiàn)總列調用線(xiàn)交換機C5，C5與公網(wǎng)鏈接?？偭姓{度室可可能有線(xiàn)傳輸經(jīng)各基站與沿途的列車(chē)車(chē)長(cháng)及司機的車(chē)載臺通信；列車(chē)在平原、山地、或橋梁隧道中運行均可完成與車(chē)站和總調度室間通信。每個(gè)基站信號可覆蓋本站區間及相鄰站的部分區域。系統結構簡(jiǎn)單、易實(shí)現、投資少、見(jiàn)效快，工作可靠而有效。

（3）教學(xué)廣播系統。學(xué)校需要英語(yǔ)數學(xué)的廣播及收聽(tīng)系統，用于聽(tīng)力的教學(xué)訓練和考慮，可在教學(xué)樓區域或樓道架設感應傳輸線(xiàn)路，發(fā)射機輸出可直接與感應線(xiàn)相聯(lián)接，感應線(xiàn)終端接匹配電阻，沿線(xiàn)周?chē)淌业膶W(xué)生可用簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)接收機收聽(tīng)。這是一種單向廣播系統，信號只作用于有限的區域范圍，而且工作于中頻以下頻段，對其它系統無(wú)干擾，其結構簡(jiǎn)單、投資少、易實(shí)現。