[发明专利]一种使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证方法

说明书

本发明请求保护一种使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证方法，属于通信技术领域，从电磁波的近场理论、磁感应通信的传输公式、电磁波的中心频率与天线最优长度的关系、传输介质的性质对通信的影响这四个方面对磁感应通信的理论进行了验证。本方法从多个角度证明了磁感应通信理论中相应结构的天线是通过磁感应而非电磁波作为传输介质来传输信号的，避免了单一验证方式的局限性与不完整性。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体是一种使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证方法。

背景技术

近年来，随着我国工业生产及城镇化建设对地下空间及资源的利用，以及随着世界各个国家对海洋资源的开发和应用，人们对地下和水下的无线通信设备提出了更高的要求。在诸如此类环境中，有线网络因其存在线路复杂、价格昂贵等缺点，已不能满足人们的需求。传统的无线网络采用电磁波传播方式进行无线通信，但在复杂的地下环境中，电磁波易受到土壤、砂石、水分等复合介质的影响，具有路径损耗高、信道不稳定、天线尺寸大等缺点；由于水的吸收作用，无线电波在水下也存在衰减非常严重，且频率越高，衰减越快。因此发展新型无线通信技术迫在眉睫。

磁感应通信采用磁场作为载体，通过改变磁场强度进行信息传输。磁感应通信的优势在于：收发天线之间通过磁耦合实现信息的无线传输，不存在多径效应；传输媒介中的礁石、海水等磁导率近似相同，所以水下和地下等环境中传输介质的变化对无线磁感应通信的影响很小，因此磁感应通信信道稳定，同时它还具有极强的隐蔽性，现有侦测设备的精度难以发现，在水下和地下等环境中都具有优势，应用前景良好。且磁感应通信的天线可以通过普通铜导线制作，结构简单，无需昂贵的制作成本，因此得到了学术界的广泛关注。然而在已有研究中，提及的重点大多都是对应用功能的实现，在对信道的研究上大多都一笔带过，没有充分地说明实现相应功能的信道的确就是磁场而不是传统的电磁波。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证方法。本发明的技术方案如下：

一种使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证方法，其包括以下步骤：

S1：建立磁感应通信系统模型；

S2：对S1建立的通信系统进行是使用磁场而非电磁波作为信道的系统性验证，具体包括：

S21：根据电磁波的近场理论进行验证；

S22：通过传输公式或互感公式进行验证；

S23：通过设置的载波频率与电磁波天线最优长度的理论公式进行反向否认；

S24：根据传输介质的性质对通信的影响进行实验验证；

S25：分析S21-S24的验证结果并得出结论。

进一步的，所述S1建立磁感应通信系统模型中包含以下物理器件和仪器：

定向天线：使用导线绕制成一定匝数、半径的圆形线圈，具有两个端点；

谐振电容器：设置谐振频率f，其电容根据定向天线的电感和设置的谐振频率计算得出；

信号发生器：输出以谐振频率f作为载波频率的调制信号U_S；

示波器：检测接收到的信号。

进一步的，所述S1磁感应通信系统模型包括发送端电路、接收端电路和信道；

发送端电路：由匝数为N_t、半径为a_t的定向天线L_t与谐振电容C_t并联或串联后，连接信号发生器构成；