CN115243208A - 完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统及通信建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于透地通信技术领域，特别涉及一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统及通信建立方法，系统包含：信号发送模块，及与信号发送模块交互的信号接收模块，所述信号发送模块包含：发射机，与发射机连接用于产生并发射预设载频电磁信号的磁感应发射天线；所述信号接收模块包含：接收机，及与接收机连接用于接收预设载频电磁信号的磁感应接收天线；所述磁感应发射天线和磁感应接收天线均包含绝缘壳体及设置在绝缘壳体上并与周边介质电绝缘的线圈；且在磁感应发射天线和磁感应接收天线之间还设置有与磁感应发射天线和磁感应接收天线非接触连接的耦合式偶极子天线。本发明利用磁电近场耦合方式实现水下或地下等完全掩埋空间极限条件下的无线通信，便于实施。

Description

完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统及通信建立 方法

技术领域

本发明属于透地通信技术领域，特别涉及一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统及通信建立方法。

背景技术

无线通信能够利用多个节点间不经由导体或缆线传播而进行远距离传输，尽管我们已经可以通过无线电与上亿公里外的“祝融号”火星车进行通信，而数十米至数千米的地下、水下等环境的无线通信仍是传统无线通信难以到达的区域，已成为制约国家深地、深海战略产业发展的瓶颈。在煤矿采煤过程中，随着综采放顶煤技术的广泛应用造成了煤矿采空区范围扩大、遗煤厚度增加，导致采空区自然火灾发生的风险越来越大，对人员安全和生产安全造成严重威胁。有效快速的监测和预防煤矿采空区火灾成为关系煤炭生产安全甚至社会经济发展的重要问题。采取有效的监测预报手段，准确的找到高温火源，消除自然火灾隐患是我国煤炭安全生产的当务之急。

基于温度法的煤矿采空区高温点预防技术是采空区火灾治理的主流手段，传统的有线安装形式存在着线路数量庞大成本高、安全风险高、一旦局部线路被砸断将导致全网瘫痪等问题，无法被大规模推广应用。将采空区温度采集节点通过无线通信方式组网将是最有前景的一种方法，但由于采空区环境特殊，通信节点会被遗落煤块、煤矸石、砂岩甚至地下水等导电介质掩埋(厚度5～10米，与上层砂岩之间有很小的空隙)，给无线通信系统设计带来极大挑战。一旦被高导电率介质掩埋，传统电磁波通信将面临天线的辐射效率将急剧减小、路径损耗将急剧增加且难以建模等困难，难以成功通信，若降低通信频率则需要增加天线尺寸，无法用于采空区环境狭小环境。

针对上述采空区无线通信问题，国内外的研究集中在路径损耗建模、节点部署方法优化、无线传感网络的覆盖模型等理论研究，鲜有产品应用的报道。俄罗斯相关机构研究了深井内巷道间透地通信问题，并讨论了不同地质环境的电磁环境建模方法及其对电磁波传播的影响，通过不同试验测试，得出了0.1～1.0Mhz是最佳的通信频率的结论，但天线尺寸在50米长度左右。磁感应通信是一种近期被提出且可用于透地通信的技术，美国乔治亚理工大学的IF Akyildiz领导的课题组是最早开始研究磁感应通信的团队之一，在磁感应通信方面做出了大量卓有成效的工作。该课题组在地下磁感应通信的信道特性、通信模型、系统容量、实验分析等方面做了大量的工作，且在地下石油开采无线传感组网、水下通信等领域做出一定成果。2017年，密苏里大学的Niaz Ahmed的博士论文详细的研究了水下磁感应通信系统及其在水下无线传感器网络中应用的方案，对水下磁感应通信的理论模型进行了分析，分析不同传感器结构对通信稳定性、系统功耗的影响，并进行了40米距离的低功耗、低成本磁感应通信组网试验，取得较好的效果；但磁场能量随距离的6次方衰减，若想提高通信距离需要按照6次方倍数增加发射功率或增大天线尺寸，这就决定了磁感应通信技术难以用于采空区无线通信。

发明内容

为此，本发明提供一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统及通信建立方法，利用磁电近场耦合方式实现水下或地下等完全掩埋空间极限条件下的无线通信，解决煤矿采空区掩埋条件下或深海水下百米横向距离无线通信应用等问题。

按照本发明所提供的设计方案，提供一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，包含：信号发送模块，及与信号发送模块交互的信号接收模块，所述信号发送模块包含：发射机，与发射机连接用于产生并发射预设载频电磁信号的磁感应发射天线；所述信号接收模块包含：接收机，及与接收机连接用于接收预设载频电磁信号的磁感应接收天线；所述磁感应发射天线和磁感应接收天线均包含绝缘壳体及设置在绝缘壳体上并与周边介质电绝缘的线圈；且在磁感应发射天线和磁感应接收天线之间还设置有与磁感应发射天线和磁感应接触天线非接触连接的耦合式偶极子天线，以利用完全掩埋空间掩埋层导电介质相对磁导率为1的特性进行近场通信。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步地，磁感应接收天线线圈采用缠绕在圆柱形磁棒上的磁棒线圈和/或缠绕在绝缘壳体上的空心线圈。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步，磁感应发射天线和磁感应接收天线的线圈两端均设置有与发射机调谐电路连接用于调整最佳通信频率的馈电点，且馈电点与周边介质电绝缘。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步，所述耦合式偶极子天线采用铠装电缆。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步地，耦合式偶极子天线一端贯穿磁感应发射天线线圈，另一端放置在磁感应接收天线一侧。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步地，耦合式偶极子天线的一端在磁感应发射天线线圈内部弯曲成圆形单环结构，且该圆形单环结构的耦合式偶极子天线一端与磁感应发射天线轴相平行。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步地，耦合式偶极子天线位于磁感应接收一侧时，两者之间最小距离为5cm，最大距离为30cm，或者偶极子天线从磁感应接收天线内部穿过。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，进一步地，所述磁感应发射天线和磁感应接收天线之间最小距离为5m，最大距离为200m。

进一步地，本发明还提供一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信建立方法，基于上述的系统实现，所述方法包含如下内容：

依据工作频率设置磁感应发射天线参数，该磁感应发射天线参数至少包含下列中的一个:线圈绕制、磁棒线径、线圈匝数及线圈匝间间距；

在完全掩埋空间掩埋层布设信号发送模块、信号接收模块及耦合式偶极子天线；

通过耦合式偶极子天线耦合所述信号发送模块的磁感应发射天线发射的感应电场并在周边感应出磁场，并利用信号接收模块的磁感应接收线圈接收耦合式偶极子天线的近场信号，以建立信号发送模块和信号接收模块之间的通信。

作为本发明中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信建立方法，进一步地，发射机和接收机工作频率配置为300kHz～30MHz。

本发明的有益效果：

本发明针对传统低频无线电通信需要安装尺寸巨大的天线无法用于采空区环境和磁感应通信技术信号能量随距离快速衰减难以在低功率情况下实现远距离通信等问题，通过融合磁感应与电偶极子近场通信技术，克服磁感应通信随距离衰减大、低频电磁波通信天线尺寸大等，可用于地下完全掩埋、水下等极端环境的无线通信，能够从根本上解决收发天线被完全掩埋条件下、天线辐射效率低且电磁波被周边介质吸收严重导致无法远距离无线通信的问题；可利用完全掩埋空间中砂石、泥土、煤等导电介质相对磁导率为1的特性，保证在掩埋条件下具有较高的磁电转换效率，克服了电天线被掩埋情况下辐射阻抗增加导致效率低下的问题；利用低成本、高强度电缆作为偶极子天线，通过非接触耦合发射线圈的感应电场并在周边感应出磁场，具有很强的抗毁性、穿透性，并基于线圈棒的高灵敏度、低成本无线接收天线，在非接触条件下接收偶极子天线的近场信号，且接收性能不受周边高导电率介质的影响，便于自适应导频估计与纠偏方案实施，可纠正因时钟漂移导致的载频漂移，以提高通信稳定性。并进一步通过实际场景验证，本案方案能够在采空区等完全掩埋条件下，可以低于100mW能耗来实现水平方向200米距离的点对点无线通信，且系统设备的节点体积能够不大于800cm³、通信速率不低于200bit/s，便于在应用场景中的部署。

附图说明：

图1为实施例中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统结构示意；

图2为实施例中完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统磁感应天线连接示意；

图3为实施例中磁电近场耦合原理示意；

图4为实施例中三根相邻圆导线的电流密度分布示意；

图5为实施例中单层线圈分布电容模型示意；

图6为实施例中磁通密度模图示意；

图7为实施例中电场密度模图示意；

图8为实施例中发射天线的配谐网络示意；

图9为实施例中配谐后发射天线驻波比图示意；

图10为实施例中接收天线调谐网络示意；

图11为实施例中接收机解调原理示意；

图12为实施例中水下试验场景示意；

图13为实施例中水下接收信号时域波形图示意；

图14为实施例中水下接收信号语图示意；

图15为实施例中接收机解调输出信息示意。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。

为满足井下采空区建设无线温度监测网络的急迫需求，针对传统低频无线电通信需要安装尺寸巨大的天线无法用于采空区环境和磁感应通信技术信号能量随距离快速衰减难以在低功率情况下实现远距离通信等问题，本发明实施例，参见图1所示，提供一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，包含：信号发送模块，及与信号发送模块交互的信号接收模块，所述信号发送模块包含：发射机，与发射机连接用于产生并发射预设载频电磁信号的磁感应发射天线；所述信号接收模块包含：接收机，及与接收机连接用于接收预设载频电磁信号的磁感应接收天线；所述磁感应发射天线和磁感应接收天线均包含绝缘壳体及设置在绝缘壳体上并与周边介质电绝缘的线圈；且在磁感应发射天线和磁感应接收天线之间还设置有与磁感应发射天线和磁感应接触天线非接触连接的耦合式偶极子天线，以利用完全掩埋空间掩埋层导电介质相对磁导率为1的特性进行近场通信。在综合分析磁感应通信和电磁波通信机理基础上，融合两者优点，以磁感应线圈为源在线圈内激励出交变电场，然后驱动与线圈非接触连接的偶极子天线，最后利用感应线圈棒接收偶极子天线周边感应出近场磁信号，能够解决磁感应通信技术难以用于煤矿井下采空区及深海等极限环境下的无线通信，为解决采空区火情监测等提供重要技术支撑。

进一步地，磁感应接收天线线圈采用缠绕在圆柱形磁棒上的磁棒线圈和/或缠绕在绝缘壳体上的空心线圈。

磁感应发射天线可包含：绝缘壳体；绕在壳体上的空心线圈，可以是密绕、稀疏绕制、单层或多层绕制，使用的线可以是单股铜线或励磁线；及两个馈电点，馈电点分别与线圈两端连接，使得将特定频率的电流在线圈上流动，在线圈周围产生交变磁场和电场；其中，线圈、馈电点均与周边介质绝缘。磁感应接收天线可包括下列中至少一个：磁棒线圈，缠绕在高磁导率的圆柱形磁棒线圈，长度小于100mm，直径小于20mm；空心线圈，缠绕在绝缘壳体的空心线圈，密绕或稀绕；其中，线圈与周边介质电绝缘；两个馈电点，馈电点与调谐电路链接，用于调整最佳通信频率；其中，馈电点与周边介质电绝缘。区别于传统偶极子天线，本案中耦合式偶极子天线可用铝、铜或铁等高导电金属制作，长度小于2km左右，直径小于5cm左右，该电偶极子天线与线圈非接触式耦合关系，没有任何的电气连接；该电偶极子天线上无馈电点，即无需馈电；其中该偶极子天线与周边介质绝缘或不绝缘均可。天线线圈、电偶极子天线均符合煤安认证，防止着火，便于场景应用。

参见图2所示，磁感应发射天线、耦合式偶极子天线和磁感应接收天线组成无线通信链路，由发射机和接收机完成信号的编码、调制、解调和解码等功能，发射机可安装在磁感应发射天线内部，形成信号发送模块。耦合式偶极子天线的一端贯穿磁感应发射天线，另一端与磁感应接收天线非接触耦合。

磁感应发射天线的线圈两端设置有与发射机调谐电路连接用于调整最佳通信频率的馈电点，且馈电点与周边介质电绝缘。磁感应发射天线主要完成电磁转换，将输入的交变电流转换成空间(特别是螺线管内部)交变磁场。磁感应发射天线可采用圆柱形结构，参数为：底边直径5cm，高度10cm。为保证足够的转换效率，在设计该天线时需要遵循两个原则：天线自身谐振频率f₀高于工作频率f_c，天线阻抗与驱动电路的输出阻抗匹配，前者为减少天线分布参数损耗，后者保证驱动器最大功率传输。因此，可根据通信频率来调整天线尺寸、线圈匝数、匝间距并选择合适的线径。工作在高频的磁感应发射天线的电参数主要包括电感、电阻和分布电容，具体计算公式为：

电感是由自感和互感组成的，在线圈周围不存在磁介质的情形下，电感值的大小仅取决于线圈的尺寸和几何形状，根据矢量磁位推导线圈电感的计算公式为：

式中，L_ii表示线圈自感，M_ij表示线圈互感，N为线圈匝数，r为线径，R_i和R_j分别为第i匝和第j匝线圈的半径，R_P为P点到环形线电流中心的距离，k为积分模数，K为第一类完全椭圆积分，E为第二类完全椭圆积分。

当线圈中通过高频电流时，导线之间的互感将产生感应电流，进而导致导线内部的电流密度分布不均匀，增大线圈阻抗。在趋肤效应和邻近效应的共同作用下，导体中的电流分布不均匀，增大了导线的交流电阻，数值仿真如图3所示。这些影响可以由趋肤效应和邻近效应描述，则单层螺旋线圈的交流电阻R_ac可表示为：

式中，d表示线圈导线半径，h表示线圈中两相邻导线中心之间的距离，N_l表示线圈绕制层数，γ是与线圈导线线径和趋肤深度有关拟合系数，R_dc为直流阻抗。

在高频工作环境下，线圈分布电容不能被忽略，单层线圈分布电容等效模型如图4所示，从图中可以看出，分布电容可以等效为串联叠加的形式，单层线圈总的分布电容可以写为：

式中，C_ij表示相邻两匝之间的匝间电容，两导线之间的匝间电容可表示为：

式中，l匝导线的长度、ε空气的介电常数、h相邻两导线中心的距离、r线圈导线的半径。

根据上述磁感应发发射天线电参数的计算结论来设置出自谐振频率高于通信频率的天线，保证天线较高的转换效率，以适应近场通信需求。

与传统天线注重天线远场辐射效率不同，本案实施例中的耦合式偶极子天线主要用于近场通信且物理满足抗砸、耐高温、不产生静电等采空区安全要求。可选用符合煤安认证的高强度铠装电缆作为耦合式偶极子天线，长度在30-200米可调。如图2所示，耦合式偶极子天线一侧贯穿磁感应发射天线并在线圈内部可弯曲成轴向与天线轴平行的圆形单环，用以耦合磁感应发射天线内部的交变电场信号。磁感应接收天线，即接收磁感应线圈棒，被放置在在偶极子天线的另外一侧，可距离磁感应发射天线50-2000米；接收磁感应线圈棒与偶极子天线之间的距离可为5cm-30cm范围，以保证稳定的磁场接收信号。耦合式偶极子天线工作的主要原理是：

1)磁感应发射天线内部感应电场

根据图3所示的原理，建立以磁感应发射天线为中心，沿轴向为Z轴的柱坐标系

则磁感应发射天线内部沿轴向和径向的磁场可以表示为：

式中，B_Z为轴向感应磁场强度，B_R为轴向感应磁场强度，J为磁感应发射天线①内部电流密度，b为天线半径，Z、R分表表示轴向和径向的单位方向向量。根据法拉第电磁感应定律的积分形式，并利用磁感应发射天线①的径向对称结构可以推导出内部电场的计算公式为：

式中，E为感应电场，位于垂直于Z轴的平面内且方向与Z轴满足左手螺旋法则，r_c为径向的距离，B＝B_Z+B_R为感应磁场强度。式(8)和式(9)难以用解析形式求解，往往采用数值计算方法分析。图5和图6给出了掩埋条件下磁感应发射天线周围的磁场密度图和电场密度图，如图6所示，有限长的磁感应发射天线内部分电场沿径向对称、轴向最小与模型分析一致，即距离轴线越远感应的电场越强，为实际设计偶极子天线结构奠定了基础。

2)耦合式偶极子天线近场感应磁场

由于被高导电率的介质掩埋且工作在高频频段(≥1.5MHz)，耦合式偶极子天线无法在远场形成辐射场。本案实施例中，主要利用其近场感应场进行通信。当接收天线与天线距离r_d满足r_d＜λ/2π时为近场，近场感应磁场的表达式为：

式中，[I]＝I₀e^jωt，I₀e^jωt是天线上的交变电流，λ为信号波长，r_λ＝r_d/λ。进而利用高灵敏度磁感应线圈棒接收信号H_φ。

3)发射接收电路

发射机中发射电路模块结构如图2所示，该模块主要由通信信号生成模块、射频驱动模块和匹配电路等组成，完成信号的编码、调制、功率放大和阻抗匹配等功能。发射天线调谐网络如图7所示，由L1和C1构成“L型”配谐网络，匹配后的天线驻波比如图8所示，达到最佳传输效率。

接收磁感应线圈棒由高Q值的磁棒和缠绕在上面的线圈组成，主要用于接收耦合式偶极子天线的近场磁场信号。由于磁感应线圈棒具有一定的方向性，安装时需要将最大敏感度方向和磁场方向平行。接收机中的接收处理电路模块主要由调谐匹配电路、射频放大电路、混频电路、中频滤波与放大电路、二级混频电路和低频滤波放大电路等组成。接收过程是：首先调谐匹配电路将接收磁感应线圈棒调整至谐振状态以接收射频信号，然后第一级射频放大和混频电路将射频信号放大后变频至455kHz，再经过中心频率为455kHz的带通滤波与放大电路，最后经第二级混频和低通滤波电路信号变为基带信号，送入采样器进行解调。调谐匹配电路如图9所示，由电容C1和电容C2并联后再与天线L2串联构成串联谐振网络，C1是谐振电容，C2是天线的分布电容，在设计的频点上谐振Q值为50。其中，解调算法的流程如图10所示，具体处理流程为：首先对ADC后的信号进行载波检测，自适应估计载频的频偏并进行补偿纠正以防止因温漂导致的解调失败，然后在载频估计后检测前导码，对FSK进行解调、帧同步，最后使用汉明码校正解调的正确性。

进一步地，基于上述的系统，本发明实施例还提供一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信建立方法，包含如下内容：

依据工作频率设置磁感应发射天线参数，该磁感应发射天线参数至少包含下列中的一个:线圈绕制、磁棒线径、线圈匝数及线圈匝间间距；

在完全掩埋空间掩埋层布设信号发送模块、信号接收模块及耦合式偶极子天线；

通过耦合式偶极子天线耦合所述信号发送模块的磁感应发射天线发射的感应电场并在周边感应出磁场，并利用信号接收模块的磁感应接收线圈接收耦合式偶极子天线的近场信号，以建立信号发送模块和信号接收模块之间的通信。

为验证本案方案有效性，下面结合具体实验数据来做进一步解释说明：

试验场景如图11所示，水深8米，湖底为泥底，发射和接收模块水平方向距离170米，发射功率为100mW，通信速率为100bit/s，通信间隔为20s。具体实施过程如下：

1、选定工作频率f，设计工作在该频点的磁感应发射天线及其配谐电路，磁感应发射天线由煤安认证的非金属壳体及缠绕在壳体上的线缆组成，其线径、匝间距等参数的选择取决于工作频率f；

2、根据通信速率、功耗、体积等需求，设计通信发射电路及其算法，发射电路模块主要由金属壳体、控制CPU、电源管理、功率驱动等模块组成，实现信号的调制、功率驱动等功能；

3、根据接收信号的频率和幅度设计磁感应线圈棒天线接收模块，该模块主要由线圈棒天线，放大、混频和滤波电路等模块组成，实现信号的放大、模拟下变频和滤波等功能；

4、根据干扰抑制等指标，设计通信接收处理电路及其解调解码算法，通信接收处理电路主要包括CPU控制、AD采样、电源管理和低通滤波等组成，完成信号的模数转换、数字滤波、解调、解码等功能。

试验结果如图12、图13和图14所示，图12是接收到的时域信号，图13是接收到信号的频语图。可以看到，在距离发射源170米时，接收到的时域信号的幅度为4mV，2FSK的语图清晰可见。图14是解调出的信息，可以看相邻两帧数据间隔为20s左右，均解调正确无误码。

同样适用于煤矿井下掩埋层的透地通信，发射机、磁感应发射天线、接收机及磁感应接收天线、耦合式偶极子天线可被完全掩埋，无净流空间，由砂岩、遗煤等组成的采空区塌落掩埋层；被完全掩埋且没有留净空间发射机与发射感应天线，用以产生和发送一定调制方式、特定频率的电磁场信号；被完全掩埋且没有留净空间接收机与接收感应天线，用以接收特定频率的电磁信号，并解调解码。发射和通信机可配置成300kHz～30MHz之间频率的电磁场通信。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不认为超出本发明的范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如：只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，包含：信号发送模块，及与信号发送模块交互的信号接收模块，其特征在于，所述信号发送模块包含：发射机，与发射机连接用于产生并发射预设载频电磁信号的磁感应发射天线；所述信号接收模块包含：接收机，及与接收机连接用于接收预设载频电磁信号的磁感应接收天线；所述磁感应发射天线和磁感应接收天线均包含绝缘壳体及设置在绝缘壳体上并与周边介质电绝缘的线圈；且在磁感应发射天线和磁感应接收天线之间还设置有与磁感应发射天线和磁感应接触天线非接触连接的耦合式偶极子天线，以利用完全掩埋空间掩埋层导电介质相对磁导率为1的特性进行近场通信。

2.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，磁感应接收天线线圈采用缠绕在圆柱形磁棒上的磁棒线圈和/或缠绕在绝缘壳体上的空心线圈。

3.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，磁感应发射天线和磁感应接收天线的线圈两端均设置有与发射机调谐电路连接用于调整最佳通信频率的馈电点，且馈电点与周边介质电绝缘。

4.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，所述耦合式偶极子天线采用铠装电缆。

5.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，耦合式偶极子天线一端贯穿磁感应发射天线线圈，另一端放置在磁感应接收天线一侧或贯穿。

6.根据权利要求5所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，耦合式偶极子天线的一端在磁感应发射天线线圈内部弯曲成圆形单环结构，且该圆形单环结构的耦合式偶极子天线一端与磁感应发射天线轴相平行。

7.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，耦合式偶极子天线在磁感应接收天线一侧时，两者之间最小距离为5cm，最大距离为30cm，或者偶极子天线从磁感应接收天线内部穿过。

8.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信系统，其特征在于，所述磁感应发射天线和磁感应接收天线之间最小距离为5m，最大距离为200m。

9.一种完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信建立方法，其特征在于，基于权利要求1所述的系统实现，所述方法包含如下内容：

依据工作频率设置磁感应发射天线参数，该磁感应发射天线参数至少包含下列中的一个:线圈绕制、磁棒线径、线圈匝数及线圈匝间间距；

在完全掩埋空间掩埋层布设信号发送模块、信号接收模块及耦合式偶极子天线；

通过耦合式偶极子天线耦合所述信号发送模块的磁感应发射天线发射的感应电场并在周边感应出磁场，并利用信号接收模块的磁感应接收线圈接收耦合式偶极子天线的近场信号，以建立信号发送模块和信号接收模块之间的通信。

10.根据权利要求1所述的完全掩埋空间磁电近场耦合式无线穿透通信建立方法，其特征在于，发射机和接收机工作频率配置为300kHz～30MHz。

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