CN116094528A - 基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，可以实现从一个封闭窄小的空间内外的信号传输。方案装置包含一对发射和接收模块，可内嵌到电池之类的因温度敏感、电磁敏感而需要实时监测工作状态的电子、电气元件内，模块实现穿透金属壳体对外发射信号，金属腔体外表面上的另一模块实现信号的接收。与其他无线通信装置相比，本发明提出的装置，既能突破金属屏蔽体进行信号传输，装置本身也实现了轻薄和易于制作的特点，具有一定的实际价值。
Description
技术领域
本发明属于磁场通信领域，具体涉及一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案。
背景技术
现今许多电子、电气设备中包含许多对温度、电磁干扰比较敏感的元件，典型代表为电池，以新能源汽车的车载电池组为例，它是否处于正常的工作状态对整车的正常运作影响重大，因而需要对电池工作状况进行实时监测，此时，需要一种装置实现传感器监测数据在电池内外的有效传输。诸如此类的通信环境还有很多，对此，需要一种通信装置，既要足够轻便易于内嵌在电池内，又要在不干扰电池工作的情况下突破电池的金属腔体向外传输信号。
密闭金属腔体对电场有很好的屏蔽作用，但在信号频率较低时对磁场的屏蔽效能较弱。考虑利用磁场耦合以及磁场在不同介质中传播时法向分量连续的特性，结合磁场辐射元件中最常见的线圈，提出基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，可以实现从一个封闭窄小的空间内外的信号传输。方案装置包含一对发射和接收模块，可内嵌到电池之类的因温度敏感、电磁敏感而需要实时监测工作状态的电子、电气元件内，模块实现穿透金属壳体对外发射信号，金属腔体外表面上的另一模块实现信号的接收。
本发明的技术方案如下：
一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，包含一对发射和接收模块，可内嵌到电池之类的因温度敏感、电磁敏感而需要实时监测工作状态的电子、电气元件内，模块实现穿透金属壳体对外发射信号，金属腔体外表面上的另一模块实现信号的接收。
优选地，所述基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，包含的发射和接收模块可由常见的幅射单元构成，如线圈、天线等，要求物理尺寸与辐射性能符合实际应用需求。
优选地，所述基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案可通过在线圈的一端进行阻抗匹配，如L型阻抗匹配、Π型阻抗匹配、T型阻抗匹配等实现谐振频率可调。
优选地，所述基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案设计了一个铝盒，用于模拟实际应用场景中的金属腔体。
优选地，线圈与阻抗匹配元件都集成在印刷电路板上，由厚度为0.2～0.8mm的铜材料印刷制成，所述介质板的介电常数ε的范围为1～100。根据实际需求与加工工艺，PCB板的厚度可以进一步减小。
与现有技术相比，本发明的基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案的优势在于以下几点：
1、本发明的基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，能避开金属腔体对辐射信号的屏蔽作用，利用磁场突破金属屏蔽体进行信号传输。
2、本发明的基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，装置本身实现了轻薄和易于制作的特点。
附图说明
图1为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案示意图；
图2为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案所用线圈示意图；
图3为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案线圈阻抗匹配示意图；
图4为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案铝盒结构图；
图5为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案实验装置图；
图6为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案S11实验结果图；
图7为本发明基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案S21实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为示例，并非用于限制本发明。
一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，包含一对发射和接收模块，可内嵌到电池之类的因温度敏感、电磁敏感而需要实时监测工作状态的电子、电气元件内，模块实现穿透金属壳体对外发射信号，金属腔体外表面上的另一模块实现信号的接收。
如图2、3所示，基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案示例选用一种平面矩形线圈，线圈线宽0.1mm，相邻线圈间隔1mm，最大尺寸为5×5cm，匝数为8，通过L形匹配控制线圈谐振频率，使用852nH电感和130pF电容组成的(1)式L型匹配或161pF电容和1.5uH电感组成的(2)式L型匹配，本发明示例考虑通过阻抗匹配实际控制谐振频率在19MHz附近。
如图4、5所示，两线圈分别放置在铝盒盖子的内表面和外表面，模拟实际的应用场景与装配方式。
如图6、7所示，本示例通过实验结果佐证方案的可行性。
任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，包含一对发射和接收模块，可内嵌到电池之类的因温度敏感、电磁敏感而需要实时监测工作状态的电子、电气元件内，模块实现穿透金属壳体对外发射信号，金属腔体外表面上的另一模块实现信号的接收。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，其特征在于，包含的发射和接收模块可由常见的幅射单元构成，如线圈、天线等，要求物理尺寸与辐射性能符合实际应用需求。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，其特征在于，所述基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案可通过在线圈的一端进行阻抗匹配，如L型阻抗匹配、Π型阻抗匹配、T型阻抗匹配等实现谐振频率可调。
4.根据权利要求1-3所述的一种基于磁场耦合的密闭金属腔体通信方案，其特征在于，线圈与阻抗匹配元件都集成在印刷电路板上，由厚度为0.2～0.8mm的铜材料印刷制成，所述介质板的介电常数ε的范围为1～100。根据实际需求与加工工艺，PCB板的厚度可以进一步减小。
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Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN116094528A (zh) |
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2022
- 2022-12-05 CN CN202211549149.6A patent/CN116094528A/zh active Pending
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