Оценка границ применимости и методов модуляции ближнепольной магнитной связи

Гришенцев А.Ю., Горошков В.А., Чернов Р.И. Оценка границ применимости и методов модуляции ближнепольной магнитной связи // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 1. С. 169–177. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-169-177

Предмет исследования. Одним из актуальных направлений исследований в области беспроводной связи является разработка ближнепольных магнитных систем и средств передачи сообщений в средах или сквозь среды, значительно поглощающие электромагнитное поле. К таким средам относятся: вода, грунт, строения. В проводящих средах ослабление магнитного поля возрастает с увеличением частоты. Для организации каналов связи сквозь проводящую среду, например морскую воду, применяют электромагнитное излучение крайне низких и сверхнизких частот от 3 до 300 Гц. Применение излучения в таких диапазонах частот сопряжено с большими размерами передающих и приемных антенн. Метод ближнепольной связи позволяет существенно уменьшить габариты приемных и излучающих антенн и потребляемую передатчиком мощность. Существенным ограничением ближнепольной длинноволновой связи является невысокая скорость передачи сообщений и небольшая, до десятков метров, дальность связи. Метод. Принцип действия предложенной системы связи основан на использовании магнитной компоненты электромагнитного поля. Передающим элементом такой системы служит катушка индуктивности с сердечником. Прием осуществляется датчиком магнитного поля в виде магнита, закрепленного на торсионном подвесе. Магнит совмещен с зеркалом, отражающим лазерный луч. Под действием внешнего магнитного поля магнит совершает крутильные движения, которые приводят к изменению угла отражения лазерного луча от зеркальной поверхности магнита. Отраженный сигнал регистрируется линейным фотоприемником. Оценка ослабления и затухания магнитного поля при передаче излучения из диэлектрической в проводящую среду выполнена на основе решения уравнений Максвелла. Разработаны трехпозиционная бинарная фазовая манипуляция и модифицированная трехпозиционная бинарная фазовая манипуляция, обеспечивающие противоположное расположение сигнальных символов, высокую информационную плотность сообщений, локализацию энергии излучаемого сигнала в низкочастотной области и повышение дальности связи. Основные результаты. Эксперименты показали, что в результате использования модифицированного вида манипуляции в сравнении с трехпозиционной бинарной фазовой манипуляцией удалось увеличить дальность связи на 10 % при неизменной высокой надежности доставки сообщений. Модельные оценки, выполненные в соответствии с предложенной методикой расчета ослабления и затухания магнитного поля при распространении в слоистых средах, подтверждены экспериментальными измерениями. Практическая значимость. Результаты исследований могут найти применение при решении задач локального развертывания защищенных систем ближнепольной связи при обеспечении беспроводной коммуникации через среды, поглощающие электромагнитное поле.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License