一种多芯表面波模传输线激发耦合装置及设计方法

本发明涉及一种多芯表面波模传输线激发耦合装置及设计方法，属于物联网。

背景技术：

1、随着工业物联网技术的不断发展，工业系统对无线通信技术的要求也不断提高。然而，面对复杂的工业环境，尤其是各种散射体影响、电磁波的密集多径成簇分布和快速时变特性，工业物联网无线信道的搭建存在诸多困难。现有常用的两种工业物联网无线信道的建模方法，半经验模型法和定制信道法，都存在建模参数多、系统复杂性高等突出问题。如何克服复杂环境影响，简化工业物联网无线信道模型，同时实现稳定的无线通信，是工业物联网技术亟待解决的难题。

2、表面波是一类沿介质表面传播的电磁波，其独特的激发与传输特性，展现了它用于沟通复杂环境内无线通信系统的潜能。

技术实现思路

1、为解决基于工业物联网常规无线信道搭建所存在的技术难题，本发明提出一种多芯表面波模传输线激发耦合装置及设计方法，所得装置可实现信号“准无线”低损耗耦合传输。该装置在收发天线间加入表面波模传输线，变“纯无线”信号传输为“准无线”信号传输，可显著降低“纯无线”信号在复杂工业环境中传输损耗，极大改善信号传输质量，具有传输损耗低、传输可靠性高、结构简单等特点，有利于工业物联网无线通信的高效传输和系统简化。

2、同时，该装置对所述的表面波模传输线的类型并无严苛要求。实际应用时，所述的表面波模传输线甚至可直接以金属电源线、传输电缆等长直的多金属芯线结构进行替代，这在提高信号传输质量的同时，将传输环境中的散射体变为可利用的传输信道，大大降低工业环境中无线信号传输系统的复杂性。因此，本发明所提出的多芯表面波模传输线激发耦合装置在工业物联网、复杂环境的无线通信系统中具有广泛的应用前景，发展潜力巨大。

3、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

4、一方面，本发明提供一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，所述设计方法具体为：

5、在所述多芯表面波模传输线两端设置主激发器和接收器；

6、在所述主激发器和所述多芯表面波模传输线之间设置模式转换片，使得所述主激发器借助所述模式转换片以无线耦合的方式激发所述多芯表面波模传输线中的表面波，并在所述多芯表面波模传输线中以表面波的形式进行信号传输；

7、在所述接收器和所述多芯表面波模传输线之间设置模式转换片，使得所述多芯表面波模传输线中以表面波的形式进行传输的信号借助所述模式转换片无线耦合到所述接收器上被接收。

8、进一步地，所述主激发器和所述模式转换片平行，所述接收器和所述模式转换片平行。

9、进一步地，所述多芯表面波模传输线的长度至少是10个工作波长以上，即所述主激发器与所述接收器之间的传输距离至少是10个工作波长以上。

10、进一步地，所述模式转换片与所述主激发器之间、所述模式转换片与所述多芯表面波模传输线之间、所述模式转换片与所述接收器之间的耦合距离可在0.005～0.1工作波长范围内调节。

11、进一步地，所述多芯表面波模传输线与所述主激发器、所述接收器、所述模式转换片之间均不直接接触。

12、进一步地，所述模式转换片与所述主激发器、所述接收器之间均不直接接触。

13、进一步地，所述主激发器和接收器采用宽波束偶极子天线。

14、另一方面，本发明还提供一种多芯表面波模传输线激发耦合装置，通过如上所述设计方法制得。

15、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明通过在两个收发天线间加入表面波模传输线，变“纯无线”信号传输为“准无线”信号传输。同时，该装置对表面波模传输线的选取要求不高，所述传输线可以是工业环境中自带的多种散射体。因此，该装置不仅能显著降低“纯无线”信号在复杂工业环境中传输及耦合的损耗，极大改善信号传输质量，还能将传输环境中的散射体变为可利用的传输信道，降低工业环境中无线信号传输系统的复杂性，兼备结构简单、传输损耗低、传输可靠性高等突出优点，便于配置实现，在工业物联网、复杂环境的无线通信系统中具有广泛的应用前景，发展潜力巨大。

技术特征：

1.一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法具体为：

2.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述主激发器(1)和所述模式转换片(2)平行，所述接收器(4)和所述模式转换片(2’)平行。

3.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述多芯表面波模传输线(3)的长度至少是10个工作波长以上，即所述主激发器(1)与所述接收器(4)之间的传输距离至少是10个工作波长以上。

4.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述模式转换片(2)与所述主激发器(1)之间、所述模式转换片(2，2’)与所述多芯表面波模传输线(3)之间、所述模式转换片(2’)与所述接收器(4)之间的耦合距离可在0.005～0.1工作波长范围内调节。

5.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述多芯表面波模传输线(3)与所述主激发器(1)、所述接收器(4)、所述模式转换片(2，2’)之间均不直接接触。

6.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述模式转换片(2，2’)与所述主激发器(1)、所述接收器(4)之间均不直接接触。

7.根据权利要求1所述的一种多芯表面波模传输线激发耦合装置的设计方法，其特征在于，所述主激发器(1)和接收器(4)采用宽波束偶极子天线。

8.一种多芯表面波模传输线激发耦合装置，其特征在于，通过如权利要求1-7中任一所述设计方法制得。

技术总结
本发明公开了一种多芯表面波模传输线激发耦合装置及设计方法，属于物联网技术领域。本发明所设计的装置由主激发器、两片模式转换片、多芯表面波模传输线和接收器组成。模式转换片置于主激发器和多芯表面波模传输线之间，主激发器通过模式转换片进行模式转换并以无线耦合的方式激发多芯表面波模传输线的表面波，使信号以表面波的形式在多芯表面波模传输线上进行传输。多芯表面波模传输线上传输的信号再通过同样的方法借助模式转换片无线耦合到接收器上被接收，最终实现信号的无线耦合传输。本发明实现的多芯表面波模传输线激发耦合装置结构简单、传输损耗低、传输可靠性高，在电气工程、工业物联网中有广泛的应用前景。

技术研发人员：吕文俊,林雪莹,冒小慧,周伟,何春兴,李小慧
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11