[发明专利]水平铺设天线的电磁无线透地通信系统

摘要

本发明属于无线透地通信技术领域，具体涉及一种水平铺设天线的电磁无线透地通信系统。该系统包括水平铺设天线单元1、信号发射单元2、信号接收单元3和数字调制解调单元4；水平铺设天线单元1，将信号发射单元2产生的调制功率电信号辐射到大地土层中，并将感应接收到的大地土层中微弱的电信号传送给信号接收单元3。与现有的天线接地系统相比，本发明能够在相同的通信性能情况下，使天线架设成本和施工量降低30％以上。同时有效提高了设备在高干扰信道环境中以高信噪比接收信息的能力。

主权项

1.水平铺设天线的电磁无线透地通信系统，其特征在于：该系统包括水平铺设天线单元(1)、信号发射单元(2)、信号接收单元(3)和数字调制解调单元(4)；水平铺设天线单元(1)，将信号发射单元(2)产生的调制功率电信号辐射到大地土层中，并将感应接收到的大地土层中微弱的电信号传送给信号接收单元(3)；水平铺设天线单元(1)由多根电偶极子天线棒(101)组成；电偶极子天线棒由不锈钢钢管构成，钢管内外表面光滑无毛刺；在钢管的一端牢固焊接多股粗铜线作为天线馈线，焊点平整并使用树脂材料绝缘密封，再用绝缘胶布密封钢管此端；把多股粗铜线按最短长度可靠连接在一点，从这一点连接粗铜线作为天线馈线，连接点处使用胶布密封绝缘，不要裸露馈线，制作成电偶极子天线棒一根(101)；其他电偶极子天线棒也采用相同方式制作；水平铺设天线单元(1)在大地土层的上侧或下侧，水平铺设天线单元(1)由2‑8根电偶极子天线棒组成，分两侧铺埋，一侧可由1‑4根电偶极子天线棒并联组成，每根电偶极子天线棒埋设在一个长方形坑中，坑的尺寸比不锈钢钢管尺寸大；所有坑的位置在一条直线上一字排开，一侧相邻坑间隔适当距离，两侧间隔适当距离；在坑中均匀铺埋较厚的降阻剂(102)，在倒入适量水把降阻剂调成粥状，放入一根电偶极子天线棒在粥状降阻剂中，在上面撒上适当厚的降阻剂，倒入适量的水，调成粥状覆盖电偶极子天线棒，上面在覆盖土层，并适度压实；天线馈线留在地面上，接头用绝缘胶布缠绕防止电流流失；一侧的多根电偶极子天线棒的天线馈线并联在一起，通过一根天线馈线连接到通路切换模块(104)上一端，另一端连接另一侧并联电偶极子天线棒组；使用LC阻抗分析仪测试通路切换模块(104)两点间的阻抗；天线单元(1)接收信号通路切换模块(104)传送的电磁功率信号，并将电磁功率信号辐射到大地土层，以及感应大地土层中微弱的电流场信号，并将感应到的微弱的电信号传送至通路切换模块(104)；阻抗匹配网络(103)，通过信号通路切换模块(104)将水平铺设的水平铺设天线单元两端的阻抗转换为与发射单元(2)相匹配的输出阻抗，同时消除水平铺设天线单元两端存在的电抗分量；信号通路切换模块(104)连接水平铺设天线单元与阻抗匹配网络(103)和信号接收单元(3)，对信号发射单元(2)发送信号和信号接收单元(3)接收信号之间的通信电路切换；信号发射单元(2)将接收数字调制解调单元(4)产生的已调电信号进行功率放大获得电磁功率信号；并将电磁功率信号传送至天线单元(1)；信号接收单元(3)将天线单元(1)感应接收到的大地土层中的微弱电信号进行放大滤波，并将经放大和滤波后的信号传送到数字调制解调单元(4)；数字调制解调单元(4)为人机交互接口，将输入的数字信息转换为调制信号，传送至信号发射单元(2)，以及将信号接收单元(3)传送的信号解调并转换为数字信息输出；数字信息包括文本信息、数字化的语音信息、指令信息、传感器监测信息和人员位置信息；信号接收单元(3)包括巴伦选频回路(301)、微弱信号放大模块(302)、二级滤波模块(303)和自动增益模块(304)；巴伦选频回路(301)抑制共模电信号，并将天线单元(1)感应的差分电信号转换为单端电压信号，滤除单端电压信号频带以外的无用噪声和干扰，将预处理信号传送到微弱信号放大模块(302)；微弱信号放大模块(302)接收巴伦选频回路(301)输入的微弱电信号，并对接收的微弱电信号进行低噪声放大，直到接收的电信号的强度达到二级滤波模块(303)的处理电平范围以内将放大后的电信号发送至二级滤波模块(303)；二级滤波模块(303)接收微弱信号放大模块(302)输入的电信号，并对接收到的电信号进行高Q值滤波，并将滤波后的信号输出至后端自动增益模块(304)；自动增益模块(304)接收二级滤波模块(303)输入的滤波后的信号，并将滤波后信号的电平控制在固定的输出电平上，将固定电平信号输入到数字调制解调单元(4)进行信号解调；数字调制解调单元(4)包括中央运算及控制模块(401)、语音压缩编码模块(402)、波形成形及量化模块(403)和外部通信接口组(404)；中央运算及控制模块(401)接收外部通信接口组(404)输入的数字信息，对数字信息进行调制，获得模拟电信号，并将模拟电信号输出给信号发射单元(2)；接收波形成形及量化模块(403)产生化的波形信号，并对接收的量化的波形信号进行解调，将解调后的信息输出到外部通信接口组(404)；语音压缩编码模块(402)将输入的语音信号进行低速率压缩编码为数字信息并通过外部通信接口组(404)输出到中央运算及控制模块(401)，将解调的数字语音信息解码输出；波形成形及量化模块(403)将中央运算及控制模块(401)产生的数字波形转换为模拟电信号并输出到信号发射单元(2)，同时将信号接收单元(3)输出的模拟信号进行量化并传送到中央运算及控制模块(401)进行解调处理；外部通信接口组(404)连接中央运算及控制模块(401)与外部用户和设备接口，将文本信息、指令信息和人员位置信息传输到人机输入输出终端，将数字语音信息通过外部通信接口组(404)输出到语音压缩编码模块(402)。