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基于旋转永磁体的低频通信技术研究

张锋 孙发晓 渠晓东 宫兆前 纪奕才 方广有

张锋, 孙发晓, 渠晓东, 宫兆前, 纪奕才, 方广有. 基于旋转永磁体的低频通信技术研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2151-2157. doi: 10.11999/JEIT210274
引用本文: 张锋, 孙发晓, 渠晓东, 宫兆前, 纪奕才, 方广有. 基于旋转永磁体的低频通信技术研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2151-2157. doi: 10.11999/JEIT210274
ZHANG Feng, SUN Faxiao, QU Xiaodong, GONG Zhaoqian, JI Yicai, FANG Guangyou. Research on Low Frequency Communication Technology Based on Rotating Permanent Magnet[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2151-2157. doi: 10.11999/JEIT210274
Citation: ZHANG Feng, SUN Faxiao, QU Xiaodong, GONG Zhaoqian, JI Yicai, FANG Guangyou. Research on Low Frequency Communication Technology Based on Rotating Permanent Magnet[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2151-2157. doi: 10.11999/JEIT210274

基于旋转永磁体的低频通信技术研究

doi: 10.11999/JEIT210274
基金项目: 国家自然科学基金(61901441, 61827803)
详细信息
    作者简介:

    张锋:男,1981年生,副研究员,主要研究方向为新型电小天线技术、磁感应通信与定位技术等

    孙发晓:男,1997年生,硕士生,研究方向为基于运动永磁体的低频通信技术

    渠晓东:男,1989年生,副研究员,主要研究方向为电波传播理论及其应用技术

    宫兆前:男,1986年生,助理研究员,主要研究方向为数字信号处理、通信等

    纪奕才:男,1974年生,研究员,主要研究方向为超宽带天线、电波传播理论等

    方广有:男,1963年生,研究员,主要研究方向为超宽带雷达成像理论技术、探地雷达方法与技术、太赫兹成像等

    通讯作者:

    张锋 zhangfeng002723@aircas.ac.cn

  • 中图分类号: TN82; TN91

Research on Low Frequency Communication Technology Based on Rotating Permanent Magnet

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61901441, 61827803)
  • 摘要: 旋转永磁体天线作为一种新型低频磁天线,克服了传统低频线圈体积大、功耗高、效率低的缺点,主要应用于近场低频磁通信中。该文利用FEKO分析了天线近区磁场随方向的变化规律,探究了近场范围内无限大地面对天线近区磁场分布的影响,结果表明:天线在其径向辐射强度最大,在其轴向辐射强度最小。并且在较近的通信距离范围内,地面对磁场信号的影响较小。分析了转动惯量和磁矩之间的关系,对永磁体结构参数进行了优化,研制了两款样机,并对优化前后的旋转永磁体天线功耗进行测试,实验结果表明:在质量大30 g的情况下,优化后的永磁体天线比优化前的天线平均功耗低5.5 W左右。利用直接天线调制方式磁场的2FSK调制,通过非相干解调恢复码元信息,测试结果表明:复杂电磁环境下,优化后的永磁体天线可以在20 m范围内实现码元速率为3.5 bps的超低频通信。
  • 图  1  旋转永磁体天线结构示意图

    图  2  近场磁感应强度变化曲线

    图  3  地面对磁场径向分量的影响

    图  4  转动惯量、磁矩随永磁体尺寸的变化

    图  5  机械天线频率调制原理

    图  6  非相干解调流程框图

    图  7  实验所用旋转永磁体天线

    图  8  磁场信号接收采集设备

    图  9  永磁体#1接收信号

    图  10  4 m位置接收信号

    图  11  20 m位置接收信号

    表  1  两个永磁体的相关规格

    永磁体编号直径(mm)高度(mm)发射磁矩(Am2)质量(g)
    永磁体#1264023.66210
    永磁体#2362019.44180
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-06
  • 修回日期:  2021-08-26
  • 网络出版日期:  2021-09-14
  • 刊出日期:  2022-06-21

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