Multisim地下电磁感应通信数据发送与接收系统设计(2)
1.2 国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
本文主要设计地下电磁感应数据传输系统信号产生电路，设计信号驱动电路，设计地下电磁感应数据传输系统信号接收电路，仿真分析发送驱动电路参数与发送线圈参数的匹配，接收电路参数与接收线圈参数匹配，对功率放大电路的分析及仿真，对信号放大电路的分析及仿真。
第一章介绍了透底通信技术的国内外发展情况以及在现实生产生活中的重要作用，着重介绍了地下电磁感应数据通信系统的应用与优势；
第二章对地下无线感应耦合传输系统构成作了介绍，然后分析了磁感应信道的原理,简要介绍了电磁感应原理，并据此分析并选择高频下线圈的参数，建立耦合部分系统模型并计算耦合部分参数；
第三章设计线圈谐振电路，并根据耦合线圈参数设计合适的数据发送系统中的功率放大电路，利用软件Multisim11对电路仿真，选择合适的电路元件参数；
第四章分析并设计接收系统中的信号放大电路，滤波电路，对接收到的的信号的电压进行放大，并且利用软件Multisim11对电路仿真，选择合适的电路元件参数。
2 电磁感应信道及耦合线圈参数分析
2.1 地下无线感应耦合传输系统构成
地下无线传感网是利用电磁感应理论进行信号的无线数据传输。地下无线感应耦合传输系统由发送部分和接收部分构成。其中，发送电路包括单片机、调制电路、功率放大电路、线圈谐振电路；接收电路包括线圈谐振电路、滤波电路、信号放大电路、解调电路、信号显示装置。本文主要研究其中的耦合器部分，功率放大电路，线圈谐振电路，信号放大电路以及低通滤波电路。系统构成如图2.1所示。
图2.1 系统结构示意图
其中，感应耦合器是电磁感应数据传输系统的关键部分，信号通过这个单元在发送系统与接收系统之间传输。感应耦合器核心部件是耦合线圈，利用电磁感应的基本原理。在电磁感应信道中，由金属线圈实现数据的发送与接收[1]。所以，在设计耦合线圈参数之前，要先深入了解电磁感应原理。
2.2 电磁感应原理
信号在发送电路与接收电路之间，是通过线圈之间的磁耦合传送的。导体组成闭合回路时，当里面通入的电流随着时间变化，则导体周围会产生变化的磁场。于是在周围的闭合回路中会有感生电动势的产生。这种因A线圈中变化电流在B线圈中产生感应电动势的现象就是互感。这两个线圈称为互感线圈，互感系数可以用来衡量互感线圈的这种性能。其中互感的大小与诸多因素有关，例如线圈匝数、形状、材料、相对位置等等。耦合线圈之间利用电磁感应原理传输信号。
电磁感应基本原理如图2.2所示。图2.2是两个离得很近的线圈，匝数分别设为 和 ， 的参考方向如图所示，则有每个线圈电流的方向和该电流产生的磁通的方向符合右手螺旋法则。
图2.2 电磁感应原理图
当线圈1中通入电流 时，在线圈1中就会产生自感磁通 。其中有一部分磁通 ，不仅会穿过线圈1，同时也会穿过线圈2，且 。同样，当线圈2中通入电流 ，会有自感磁通 的出现。其中有一部分磁通 ，同时穿过2个线圈，且 。这便是所说的互感现象[13]。 和 称为互感磁通。已知通过的线圈各匝的磁通都相等，于是可算得线圈1中的自感磁链和互感磁链。分别为 = ， = 。算得线圈2中的自感磁链和互感磁链。分别为 = ， = 。于是有互感系数