中文引用格式: 付國(guó)航,金建輝. 基于電流場(chǎng)的陣列極板水下通信系統(tǒng)仿真分析[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2024,50(4):48-52.
英文引用格式: Fu Guohang,Jin Jianhui. Simulation and analysis of current field based underwater communication system with arrayed polar plates[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(4):48-52.
引言
水下通信技術(shù),在海洋科學(xué)、水下勘探、海底資源開發(fā)及軍事等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力[1]。鑒于我國(guó)擁有眾多淡水湖泊和河流,水下通信在淡水環(huán)境的應(yīng)用亦日漸顯現(xiàn)其重要性[2]。然而,與海水環(huán)境相比,淡水環(huán)境在物理特性上的差異、多徑效應(yīng)[3]等問題,以及提升水下通信傳輸速率的需求,均為淡水水下通信技術(shù)的研究與應(yīng)用帶來了新的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的水下通信鏈路大多基于聲學(xué)系統(tǒng)[4]。在淡水和淺水環(huán)境中,聲學(xué)通信易受到水面及河岸人為噪聲的干擾,并且其頻帶受限,需依賴復(fù)雜而高效的信號(hào)處理技術(shù)。電磁波也經(jīng)常被用于水下通信以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),但是電磁波在水下傳播時(shí)面臨嚴(yán)重的衰減[5],尤其是高頻電磁波,其衰減嚴(yán)重限制了通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率[6]。此外,高頻電磁波的傳播距離與發(fā)射功率呈指數(shù)級(jí)關(guān)系,這進(jìn)一步限制了通信范圍。雖然低頻電磁波在水中的衰減相對(duì)較低,但使用低頻電磁波進(jìn)行通信會(huì)引發(fā)其他問題,包括通信帶寬受限以及需要設(shè)計(jì)復(fù)雜龐大的接收天線[7],并且相較于海水,淡水的電導(dǎo)率更低、溫差更大,這會(huì)加劇高頻電磁波的衰減。這些挑戰(zhàn)推動(dòng)著水下通信領(lǐng)域不斷探索創(chuàng)新技術(shù)解決方案,以克服高頻電磁波衰減和低頻電磁波天線長(zhǎng)度等問題,從而提升水下通信的性能與可行性。
本文提出一種采用極板陣列的新型水下通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在發(fā)射器和接收器設(shè)置多塊均勻排布的極板陣列,控制發(fā)射頻率在甚低頻[8],利用電場(chǎng)在水中傳播的特點(diǎn),有效提升接收信號(hào)強(qiáng)度[9-10]。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,新系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在不增加發(fā)射功率的條件下就能擴(kuò)大通信距離,從而改善水下通信的性能與可行性。這種技術(shù)創(chuàng)新為解決高頻電磁波衰減和低頻電磁波天線長(zhǎng)度等問題提供了新的思路,有望在水下通信領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。
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作者信息:
付國(guó)航,金建輝
(昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院, 云南 昆明650500)