[实用新型]用于透地通信的自谐振式阵列天线及天线单元

说明书

技术领域

本实用新型涉及透地通信领域，特别是一种自谐振式阵列天线，以及作为 这种阵列天线主要构成部分的天线单元。

背景技术

矿井灾害发生时，常规的有线通信系统通常会遭到毁坏，井下与地面通信 中断直接导致困在井下的幸存者无法与地面人员或救护人员取得联络，给及时 有效地组织救援带来很大困难。

矿井的地层主要是由沉积岩构成的多层状结构组成，各层分别属于不同的 层系，每一层系都有若干的矿物层和围岩，使得无线信号在地层中的传输条件 很复杂。然而大地信道又是相对稳定的，一般不受井下灾害事故的影响，透地 通信被认为是最可靠的矿难救援的通信方式。大地不同于空气，会使电磁波有 明显的衰减，频率越高衰减越严重。通常透地通信系统采用低频信号作为载波， 尤其是1KHz到8KHz的载波频率为世界上主要的透地通信提供商所采用。

在导电媒质中传播低频信号时，通常采用磁场耦合的方式。天线常采用单 匝或者多匝线圈，与系统的发射端或接收端直接相连，实现对信号的发射或接 收。这样的线圈天线又可按照中心是否有铁氧体插入分为两类。在线圈中插入 铁氧体，可以有效提高线圈中心的磁导率，但是强磁场中容易饱和，通常只用 在接收天线中。由于大块的磁芯笨重且价格昂贵，在对接收天线尺寸没有限制 的情况下，使用空心的面积较大的多匝线圈可以有更好的接收效果。

当前的透地通信系统普遍存在着一些突出问题，直接制约了其在我国矿产 企业的应用。首要的问题是传输距离不够远。我国的矿产企业尤其是煤矿企业， 开采深度普遍达到600～700米，更有不少矿井深度达到1000米。而世界上主 要透地通信设备生产商比如美国的LockheedMartin公司和加拿大Vital Alert公司的语音信号的透地传输距离仅在300米左右,远不能满足我国工矿 企业对透地深度的实际需求。另外一个的问题是已有的透地通信产品对配电设 备的干扰比较敏感。主要因为地下的通信设备发出的信号经过地层已经很微 弱，极容易被周围的用电设备的电噪声淹没。此外还有地表天线长度达数百米， 铺设麻烦等问题也限制了透地通信系统的广泛应用。目前，国内外各研究单位 为了使透地通信达到更好的使用效果，纷纷把研究重点放在提高天线性能，从 而提高系统的传输距离和抗干扰能力等方面。

随着我国的矿用透地通信系统的传输距离的要达到千米左右，传统的天线 已经不能满足要求。传统的天线带宽较宽，对频带外的信号没有有效抑制，使 得工作时信噪比很低，接收信号微弱的时候系统不能正常工作。同时，天线由 于和系统相连，接收端或发射端的输入电阻直接加载到天线上，使得天线自谐 振回路的Q值很低，天线的有效面积A_eff较小，不能将天线周围较大空间中的 微弱信号聚集到天线附近实现接收，这使得已有的通信系统不能有效接收微弱 信号。

因此，需要一种新的天线技术方案，有效抑制非工作频率的环境噪声，增 强工作频率内有用信号的接收效果，解决远距离透地通信多年来没有解决的关 键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于透地通信的自谐振式阵列天线及天线 单元，用以解决的透地通信距离短的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，包括至少两个天线单元，每个天 线单元包括一个交流回路和一个激励回路；交流回路包括至少一匝导电体形成 的线圈，以及导电体两端之间连接的电容模块；激励回路包括一个导电环，导 电环具有一个开口端，开口端用于连接通信系统的发射或接收信号端口；一个 天线单元中的交流回路与激励回路之间绝缘、磁场耦合设置；各天线单元的线 圈工作于对应的工作频率，各天线单元的激励回路的开口端串联、并联或串并 联设置。

进一步的，所述激励回路间隔围设于交流回路外侧，或者交流回路间隔围 设于激励回路外侧。

进一步的，所述导电体为导电条、导电带或导线。

进一步的，所述电容模块为一个单体电容，或者由若干单体电容串联、并 联或串并联构成。

进一步的，所述单体电容为低损耗电容。

进一步的，所述各天线单元的工作频率小于10KHz。