感应通信的应用研究

    摘要：讨论感应通信的原理及特点，给出以锁相环为主的三环感应通信系统的设备的基本结构；结合实际说明感应通信的应用。

    关键词：感应通信 锁相环 基本结构

在延伸较长、结构复杂的民用与军事地下建筑中，在各种隧道及矿井地下道中，以及类似的场合，实验和理论都证明无线电从几十千赫到几百兆赫很难传播超过数百米的距离。而在拐弯的道中传播距离更短，即不存在和地面相类似的上述地下场合中的移动通信[1]。但是当道中存在着金属导体（导线）时，情况会发生很大的变化，某些波段的无线电信号可以传播较远的距离（达数公里以上），这种无线电信号借助于沿线导体的诱导传播完成的通信称为感应通信。

1 感应通信的原理及特点

感应通信沿道（或一定的区域）设绝缘导线；当道中导线（称为感应线）附近的发射机发射天线电信号时，发射机天线的信号可以感应到感应线上，产生感应电流。该电流在感应周围产生信号场强，沿途的天线接收机天线可因感应而接收信号，经放大和处理，获得发射机发出的信息，完成通信过程，这就是感应通信的原理。在感应通信中，工作频率越低，传输损耗越小，耦合损耗越大；工作频率越高，传输损耗越大、耦合损耗越小。实际证明有利于感应通信的工作频率为50kHz～500kHz。感应线一般是直径1mm～2mm的绝缘导线，距壁15cm～25cm，平行于道设；感应线可以是单线（一根导线）方式与大地构成回路；也可以采用双导线自成回路方式。感应通信和漏泄通信[2]是地下道、地下建筑中两种移动通信方式，相比之下感应通信具有结构简单、易实现、投资少、见效快的优点，特别是在紧急情况下，可在未布线的空间，依靠其它导体作为媒介，也可在线路间断情况下完成通信；感应通信的主要缺点是工作频率低容量较小且易受干扰。

2 三锁相环感应通信系统

本文以锁相环为主体构成感应式通信设备，该系统的调制、倍频和解调均采用锁相环。其工作原理如图1所示。语音信号经滤波处理和音频放大，控制压控振荡器VCO1控制端，经鉴相器PD1、低通滤波器LPF1所组成的锁相环完成锁相调频。调频信号由VCO1输出，送入PD2与VCO2输出信号进行相位比较，由PD2、LPF2、VCO2和M分频电路组成锁相环完成已调整信号的M倍频，使调频信号的偏频加倍。倍频后的信号与晶振2信号混频，输出差频信号经LPF3滤波、A2放大、LPF4选频，送入天线发射。发射信号为宽带调频信号，在较高的处理增益，从而提高了系统的抗噪性能。系统接收时，信号经天线进入LPF3选频、经A2放大、再经LPF4与晶振1分频后的信号混频，混频后信号经BPF1选出差频、再经A3放大进入PD3与VCD3输出信号进行相位比较；PD3、LPF5、VCO3组成的锁相环完成鉴频；解调后信号经A4放大送至终端（扬声器），完成接收过程。由于采用锁相鉴频，可使系统的噪声门限下调5dB～10dB，进一步改善系统的抗噪能力。本电路三次使用锁相环，工作稳定性好，频率准确度高，抗噪能力强。由于锁相环电路简单，使用低通滤波器多而带通滤波器少，使电路进一步简单化，实现容易，工作可靠性高。

3 应用

（1）感应通信可应用于矿业地下道及工作面等环境中的移动通信。这种移动通信不是完全的无线电通信，而是半有线半无线方式的移动通信。其在矿山地下道中的系统结构如图2所示，图中假设地下中央广场有四个方向的道延伸，每个方向有一专用的感应通信基站与感应线直接联接，感应线向道中延伸。沿途有若干移动手机，基站与交换机相联接，完成各手机用户间的转接；交换机具有与地下通信网的汇接功能。

（2）感应移动通信可应用于铁路列车无线列调系统，现举例说明。某电气专用铁路线，长约200公里；相邻车站平均距离为10公里，穿越地区为干旱荒漠区域，无公网移动通信的支持，需专用列调无线系统，经论证采用感应方式。其系统示意图如图3所示。其中S1、S2、S3…为沿线各车站感应无线基站，A为天线、D为铁路列车架空电力线。天线A为线状天线（长25～30米），在车站附近平行于电力线架设；BS为列车上的车载台，其天线BA在机车顶站平行于电力线架设；移动车载台BS位于机车驾驶室及车长室；各基站经有线传输线路连接到全线总列调用线交换机C5，C5与公网链接。总列调度室可可能有线传输经各基站与沿途的列车车长及司机的车载台通信；列车在平原、山地、或桥梁隧道中运行均可完成与车站和总调度室间通信。每个基站信号可覆盖本站区间及相邻站的部分区域。系统结构简单、易实现、投资少、见效快，工作可靠而有效。

（3）教学广播系统。学校需要英语数学的广播及收听系统，用于听力的教学训练和考虑，可在教学楼区域或楼道架设感应传输线路，发射机输出可直接与感应线相联接，感应线终端接匹配电阻，沿线周围教室的学生可用简单的无线接收机收听。这是一种单向广播系统，信号只作用于有限的区域范围，而且工作于中频以下频段，对其它系统无干扰，其结构简单、投资少、易实现。