基于材料增强的埋地式无线传感器天线结构优化研究

发布时间：2023-12-04 20:03

　　电磁波在地下的传播与在空气中相比,最主要的区别就是衰减严重,极大地限制了通信距离。为了克服大地的衰减作用,需要采用甚低频或者超低频电磁波进行通信,但这样不但使得信道容量很小,而且需要尺寸很大的天线。本文的研究是基于负磁导率超材料特性设计并优化天线结构,依据主要是磁感应通信原理,着重于解决天线面积过大、通信距离过短两个问题。本课题主要研究内容是在2MHz工作频率的前提下,对半径为0.05m、匝数为8匝的线圈天线结构进行优化,优化天线的内部线圈半径为0.015m,优化后天线球的半径为0.05m。论文工作主要分为三个阶段为:(1)选择合适的线圈类型、验证超材料壳的材料增强作用,并确定超材料壳的厚度。仿真分别采用了圆形、方形线圈进行分析,验证了圆形线圈的磁场分布更均匀;然后从理论分析了超材料壳的最佳厚度,并验证了半径为0.05m的超材料天线球,其超材料外壳的最佳厚度为0.025m。(2)通过加入铁氧体和钢棒的方式对内部线圈进行优化。铁氧体选择了镍锌铁氧体,钢棒选择了不锈钢棒,然后基于FEKO软件建立了相关模型进行了优化,得出了最佳尺寸;最后将完整优化模型带入到Comsol软件中进行地下模型的仿...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 国内外无线传感器研究现状
    1.4 论文主要工作和结构安排
2 基于材料增强埋地天线的相关机理
    2.1 引言
    2.2 基于埋地环形天线的基本原理
    2.3 磁通信原理
    2.4 球贝塞尔方程
    2.5 电磁场数值计算方法
    2.6 本章小结
3 材料增强天线的基本机理及其结构
    3.1 环形天线
    3.2 超材料天线结构配置
    3.3 负磁导率超材料的增强作用
    3.4 本章小结
4 埋地天线的结构优化
    4.1 基于FEKO软件建模的理论基础
    4.2 基于铁氧体的天线模型建立与仿真
    4.3 基于铁氧体的天线结构优化
    4.4 基于钢棒的天线结构优化
    4.5 优化验证
    4.6 本章小结
5 埋地天线特性分析
    5.1 天线放置问题
    5.2 磁中继通信
    5.3 匹配问题
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间学术成果



本文编号：3870618