用于透地通信的自谐振式阵列天线及天线单元制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于透地通信的自谐振式阵列天线及天线单元，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；天线单元的激励回路的开口端串联、并联或串并联设置。本实用新型专利技术显著提高透地通信设备对微弱信号的接收，从而解决了透地通信传输距离短的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及透地通信领域，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。
技术介绍
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VitalAlert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Aeff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。
技术实现思路
本技术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，本技术的方案包括：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。本技术还提供了一种天线单元，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。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。本技术提出的新的天线单元，交流回路的线圈不直接与通信系统发射或接受端连接，从而使线圈具有较高的Q值，可以有效抑制工作频带外的噪声信号，同时相对于传统的接收或发射天线以同样几何外形尺寸达到传统天线方案的几倍至十几倍的天线有效面积(Antennaaperture)，显著提高透地通信设备对微弱信号的接收，从而解决了透地通信传输距离短的问题，使通信距离能够达到1000米以上。本技术的新天线采用多个天线单元，形成阵列天线，可以有效提高通信速率。每个天线单元的线圈设置为工作在对应(相同或不同)频率的电容加载线圈，进而通过阵列结构，将各天线单元的工作频带有效组合起来，实现整个天线阵列系统具有更宽的带宽，显著提高通信系统的信道容量从而提高通信速率。采用这种阵列形式的自谐振天线系统能同时满足透地通信系统的透地距离和语音等多媒体通信的需求。透地通信系统需要将天线工作频率控制在10KHz以下，从而使系统发射的电磁波的磁场能密度远大于电场能密度，实现低路径损耗的场通信状态。附图说明图1是自谐振式阵列天线实施例1的结构原理图；图2是自谐振式阵列天线实施例1的通信主机示意图；图3是另一种天线单元的结构原理图；图4是自谐振式阵列天线实施例2的结构原理图；图5是自谐振式阵列天线实施例2的通信主机示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。自谐振式阵列天线实施例1如图1、图2所示，一种自谐振式阵列天线，包括第一、第二两个天线单元，每个天线单元由一个交流回路和一个激励回路构成。对于第一天线单元，其交流回路为一个电容加载线圈105，线圈两端通过一个单体电容106连接。电容采用低损耗电容。线圈105为一匝带状(或条状)导体。激励回路107围设于线圈105外，形成一个导电环，该导电环的开口端101经导线连接至透地通信系统104的发射/接收端口103。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，其特征在于，所述导电体为导电条、导电带或导线。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于透地通信的自谐振式阵列天线，其特征在于，所述电容模块为一个单体电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，
申请(专利权)人：王巍，
类型：新型
国别省市：河南;41