低频无线通信系统的设计

　　通信是一切将信息从发送者传送到接收者的过程。自古以来，信息就如同物质和能量一样，是人类赖以生存和发展的基础资源之一。人类通信的历史可以追溯到远古时代，文字、信标、烽火及驿站等作为主要的通信方式，曾经延续了几千年。电通信的发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始，至今不过170年。翻开厚厚的电信史册，沿着历史的脚步一路走来，在技术和市场需求的双重驱动下，仅有一百多年历史的电通信发生了翻天覆地的巨变，取得了令人惊叹的辉煌成就。

　　无线通信系统（WIReless CommunicaTIon System）：也称为无线电通信系统，是由发送设备、接收设备、无线信道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息和数据传输的系统。它根据工作频段或传输手段分类， 可以分为中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。

　　1 低频感应通信理论

　　低频感应通信是将待传输的数据经低频载波调制、信号放大、功率放大后，在发射器产生一定的交变电流，利用交变的电流产生交变的磁场，交变的磁场产生的电场，从而在接收器中产生感应电动势，经滤波、解调、解码等信号处理后，就可在接收端准确接收发送的信息，完成通信过程。因其利用电磁感应原理来实现通信，故称其为感应通信，当距离短时，感应通信比较容易实现。

    感应通信利用发射线圈中的交变电流产生变化磁场，接收线圈中感应出电动势后，再经过一系列的信号处理过程恢复发送信号，从而实现了通信的目的。

　　严格的感应通信理论是建立在麦克斯韦方程组的基础上。麦克斯韦方程组是在对宏观电磁现象的实验规律进行分析总结的基础上，经过扩充和推广而得到的。他揭示了电场与磁场之间、电磁场与电荷、电流之间的相互关系，是一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律。麦克斯韦方程组的微分形式如下：

　　无源、 的线性、均匀、各向同性导电媒质中的麦克斯韦方程组为：

　　设电磁波在无源、 的线性、均匀、各向同性的导电媒质中的传播常数为γ=β-jα，α是表示每单位距离电磁波衰减的常数，称为衰减常数，β表示每单位距离电磁波落后的相位，称为相位常数。根据电磁场理论可知：

　　ε为媒质介电常数，σ为媒质电导率，μ为媒质磁导率，ω为工作角频率。

　　媒质属于电介质还是良导体，不仅与媒质参数有关，而且与工作频率有关。可看出，媒质导电性能越好（电导率越大），工作频率越高，则电磁波衰减越大，即高频电磁波在良导体中衰减极快，往往在微米级的距离内就衰减到近于零了。通常，导电媒质中的感应通信，其工作频率必须在低频频段，这是良导体媒质中感应通信系统的一个非常重要的特征。