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磁透地通信（Magnetic Inductive Through-the-Earth Communication，簡(jiǎn)稱MITTE）是一種無(wú)線通信技術(shù)，它通過(guò)發(fā)送線圈和接收線圈之間準(zhǔn)靜態(tài)磁場(chǎng)的耦合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。這種通信技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，特別是在智慧城市、地下物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
1. 磁透地通信的基本原理
在磁透地通信中，通常采用電磁線圈作為信號(hào)的發(fā)射裝置。透地磁感應(yīng)通信中信號(hào)的頻率很低，天線尺寸和信號(hào)波長(zhǎng)相比要小得多，發(fā)射線圈可以看成是磁偶極子天線。系統(tǒng)工作頻率的選擇要進(jìn)行綜合的考慮，一般透地通信采用的頻率為幾百赫茲到幾萬(wàn)赫茲。
2. 磁透地通信的應(yīng)用場(chǎng)景
磁透地通信在地下環(huán)境中具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾、天線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適合作為透地通信的手段。在現(xiàn)代城市中，有大量基礎(chǔ)設(shè)施位于地下，如給排水設(shè)施、供熱設(shè)施、燃?xì)庠O(shè)施、電力電信管線等，如果把城市比作一個(gè)生命體，那么城市地下管網(wǎng)就是城市生命的循環(huán)之脈。如果缺少這些重要基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)信息，那么智慧城市就是不完善的。在此背景下，很多城市開(kāi)展了地下管網(wǎng)改造、地下管廊建設(shè)，為排水設(shè)施、供熱設(shè)施、燃?xì)庠O(shè)施、電力電信等運(yùn)行信息的采集、地下物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了契機(jī)，但要成功地將這些基礎(chǔ)信息接入城市物聯(lián)網(wǎng)，還需要有可靠的傳輸手段。對(duì)于設(shè)施比較健全、規(guī)模較大的地下管廊，完全可以采用鋪設(shè)地下光纖網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)有線通信的方式實(shí)現(xiàn)地下信息的接入。而對(duì)于一些規(guī)模小或者現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜、不便于鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的地點(diǎn)，就必須依靠無(wú)線通信手段，通過(guò)透地通信將地下信息接入城市網(wǎng)絡(luò)。
3. 磁透地通信的發(fā)展歷程
透地通信技術(shù)的研究起源于美國(guó)，19世紀(jì)20年代初，美國(guó)礦務(wù)局成立了專家組研究透地?zé)o線電。1930年，美國(guó)物理學(xué)家WallaceJoyce通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)透地通信的天線、信號(hào)頻率進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了透地通信的可行性。1949年，南非研制成功了一個(gè)真正意義上的透地通信系統(tǒng)。近年，由于眾多機(jī)構(gòu)都意識(shí)到透地通信應(yīng)用前景的廣闊，因此大都投入到了磁感應(yīng)透地通信技術(shù)研究中。澳洲MST公司研發(fā)的PED設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)800m的透地傳輸距離。約2005年，加拿大VA公司利用500Hz帶寬在一個(gè)礦山中成功實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音透地通信。2008年之后，美國(guó)LM公司、STOLAR公司都成功研發(fā)并測(cè)試了一些磁感應(yīng)透地通信新產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采用磁通門傳感器、量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)器作為接收端的磁場(chǎng)接收器，提高了系統(tǒng)性能。
4. 磁透地通信的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
磁感應(yīng)透地通信相比電流場(chǎng)透地通信、彈性波透地通信，天線設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，更易于搭建，且干擾因素較少。但是，磁透地通信也存在一些缺點(diǎn)，例如，電磁波信號(hào)的頻率對(duì)透地傳輸有很大影響，頻率越高，在地下傳輸時(shí)的衰減就越嚴(yán)重。此外，由于地層并非均勻媒質(zhì)，而是復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)，因此電磁波在地下傳輸時(shí)會(huì)存在不同介質(zhì)層的折射和反射衰減，使得經(jīng)輻射衰減、傳輸衰減后的電磁信號(hào)更加微弱。
5. 磁透地通信的技術(shù)創(chuàng)新
近年來(lái)，為了滿足地下通信業(yè)務(wù)需求，磁透地通信研■’—itfe—TMBg究進(jìn)入了新階段。例如，一種基于磁矢量調(diào)制技術(shù)的磁導(dǎo)透地通信裝置與方法被提出，它采用三角形環(huán)狀天線端，通過(guò)控制天線端每個(gè)線圏中電流的相位和振幅，產(chǎn)生磁場(chǎng)的三維矢量場(chǎng)，以此可以使用相同的帶寬和功率傳送更多的信息，這對(duì)于其在透地通信中的應(yīng)用具有重要意義。