现代通信关键技术
摘要：信息智能处理技术是信号与信息技术领域一个前沿的富有挑战性的研究方向,它以人工智能理论为基础,侧重于信息处理的智能化,包括计算机智能化(文字、图像、语音等信息智能处理)、通信智能化以及控制信息智能化。融合信息智能技术就是将多种数据信息处理的智能化,逐渐符合用户要求的信息的过程。数据融合技术,例如,信息特征识别和数据融合,物理信号处理和识别等。除了需要人工智能理论的支持以外还需要进行智能信号处理技术的综合应用。本文将围绕融合信息智能技术在变电管理中的应用与探索进行展开。 关键词：智能技术、3G技术、光纤、蓝牙
1、概述：
随着知识经济的不断发展,新型的电子式互感器和智能断路器逐渐取代常规互感器和常规断路器。例如,高速嵌入以太网的出现,取代了大量的二次电缆布线,使得间隔层和进程通信之间的信息传输、间隔层内部的信息传输也实现了网络化,随着变电站内一个新的网络——进程通信网络就此出现,二次系统的通信结构也随之发生了根本性的变化。但是由于旧产品的兼容、新方案的融合,全数字化的变电站不可能一蹴而就,实际的应用总是要滞于其后的,因此可以将这个过程大致可分为三个阶段,分别对应三种接线方式:点对点方式、进程通信网络方式、进程通信网络和站控层网络合并方式。
2、融合信息智能技术
进入21世纪以来,我国科技日新月异,随着信息融合技术的研究和应用,已经由原来的军事领域逐步扩展到民用领域,并且越来越深入与广泛的应用在其他各个领域。在我国融合信息智能技术在变电管理中的应用与探索,特别是融合信息智能技术在变电管理中的探索前景上仍然不太明确。因此,结合目前融合信息智能技术在变电管理中的应用,我们可以从下几方面入手来进行融合信息智能技术在变电管理中的探索:1)合变电管理,研究人工智能在信息融合中的应用,利用实验对信息融合系统的数据类别的管理方法进行考察,建立信息融合系统性能评估的指标体系,并通过变电管理数字化,进过收集方法、组织方法的总结得出最合理的应用方式[1]。2)通过实验研究可计算的、复杂度低的有效算法和模型建立计算对数据融合进行功能分析,并结合变电管理中的应用进行具体研究。3)通过建立和研究知识和数据的获取开发通用软件包,开发出具有推理和知识更新的的新的处理技术,以适应市场积极的需要,开发出各种平台的公用库和通用软件包。
融合信息智能技术在变电管理中的发展,是我国经济不断发展的必然结果,我们通过信息智能化技术,使各种智能化装置LED具备了数字化、低功耗的特点。同时已经逐步实现了模式发展。但是融合信息智能技术在变电管理的应用仍然将是一个长期的探索过程。
3、借助3G实现多媒体新闻网络直播
随着通信技术、广电技术、网络技术的发展，在三网融合的时代背景下，节目制作形式、节目播出形式都将产生很大的变化。尤其是伴随着3G技术的推广应用，传统的互联网发布方式正在经历着严峻的挑战。互联网的生命在于即时，在于多媒体形式的展示，这也是其核心竞争力所在。因此，网络媒体不仅需要对现场新闻的多媒体即时采集、即时编辑，也需要借助新技术实现即时发布。为了顺应网络媒体发展需要，沈阳网以应用3G技术为契机，在实现三网融合业务应用的道路上勇于探索和创新，大胆尝试应用3G技术进行网络新闻的多媒体直播，取得了较好的效果。
利用3G技术实现网络上传发布，比使用卫星上传发布成本低、操作简便，特别适合即时的网络新闻视频直播。但是，简单应用3G技术上传存在有时带宽不足、运行不够稳定等问题。沈阳网针对3G直播系统试运行过程中遇到的这些问题，与有关技术研发单位一起大胆嫁接新技术，提高系统的安全性和稳定性。比如，用硬盘延时取代延时硬件。将编码后的
流文件缓存在本地硬盘30秒再推向视频发布服务器，本地硬盘延时功能的实现，不但完善了一体机的功能，也彻底取代了外加的硬件延时设备，便于实现无间断转播。在直播现场，为了将直播编辑一体机处理的音视频信号通过3G路由器高码流安全发布到视频服务器上，须采用双卡链路绑定的方式实现，这就需要在3G路由器和发布防火墙上同时进行VPN参数的匹配设置和调试。在调试中，加密算法等参数的设置往往互为牵制，按照常规方式很难契合，最后我们通过在路由表中单独增加路由条目并采用改变VPN信任策略的办法予以解决[2]。
图1 多媒体新闻网络直播
3、光纤技术的应用
道路的路面是用不同材料铺筑成的结构物，通常由一层或几层组成，由于行车载荷和大气因素等对于路面的作用是随着深度而逐渐减弱的，因此一般根据使用要求、受力情况和自然因素等作用程度不同，把整个路面结构分成若干层次来铺筑,路面结构构成就是这样的。
光纤光栅传感器的发展使其成为最重要的结构健康监测传感器之一。光纤传感器的体积小、精度高、耐久性好、分布式大范围覆盖、绝对测量等诸多优点使其被认为是道路结构长期性态监测的最佳方法。然而，经过封装处理扩径的光纤光栅传感元件应用到实际结构中时，不可避免地与基体材料（或结构局部损伤，如裂纹）相互作用，不仅对结构的力学性能产生一定的影响，而且由于多层不同物理参数的介质界面的应变传递导致结构的实际应变与光纤光栅传感元件的感知应变存在较大差异。这个问题在实际的工程应用中已经非常突出，尤其是那些物理参数（如弹性模量、热膨胀系数等）与光纤光栅封装传感元件差异较大的重要特殊材料结构（如沥青路面、高性能混凝土、岩土工程等），以及物理参数相近但出现损伤的工程结构，甚至出现了令人难以置信或错误的测试结果[3]。因此，研究与基体材料匹配的光纤光栅传感器封装方法具有重要的实际工程意义。
设计内容：①装材料上，本项目采用与道路结构材料模量吻合的柔性封装材料——沥青及沥青混合料，封装光纤敏感原件，保证其既不影响道路结构的内应力场，也能保证传感与其同
本项目采用内应立场混合材料原件铭感协变形，使得路面应变准确传递到光纤敏感元件上。
图2 光线传感器 图3 沥青封装
②传感器元件设计上，考虑封装材料与光纤玻璃材料的模量差异，我们对小直径的光纤进行了端部扩径。③我们进行了物理实验，验证了柔性封装的可行性，并得到了沥青混合料的基本参数，确保了优化计算的精确性。
图4 试块加载 图5 仪表检测数据
④尺寸上，通过有限元构建了包含各元件的传感器模型，模拟其工作情况，并优化了整体及各元件尺寸，确保光纤敏感元件的变形与封装材料一致，并且对道路结构内力场影响最小。 实验证明，相比于用刚性材料（如FRP、钛合金）封装的传感器，柔性高分子材料封装的传感器具有良好的应变传感性能。这是由于高分子材料比较软，弹性好，能将被测的变形能有效的传递给光栅。因此本项目采用与道路结构材料模量吻合的柔性封装材料——沥青及沥青混合料，封装光纤敏感原件，保证其既不影响道路结构的内应力场，也能保证传感器与其协同变形，使得路面应变准确传递到光纤敏感元件上。
2、近年,用分立光学器件构建的光纤激光器系统，输出功率大幅提高，单根光纤输出接近衍射极限光束已到2kW水平，这种突破直接得益于半导体泵浦技术、有源光纤技术及系统集成技术发展。全光纤激光器一直是低功率系统集成的首选经典结构，因这种结构坚固、可靠、体积小及易模块化，在百瓦连续光纤激光器中倍受重视，特别是能直接输出接近衍射极限质量的线偏振激光，而无须增加任何分立偏振光学器件。若进一步通过相干光束合成，能获得更高功率激光束。全光纤激光器常指激光光路中没有任何分立的光学器件,全用光纤器件构建。本试验就是测试、验证优化百瓦全光纤激光器性能设计,实现高效稳定可靠地工作,为相干光束合成提供技术支撑基础。
全光纤激光器光路结构如图6所示。有源光纤用Lekki公司的大模场掺Yb光纤，光纤长10m，包层直径/芯径为400/20μm、数值孔径为0.46/0.07。有源光纤嵌入刻有圆槽的Al平板中，槽平均直径10cm，作为剔模器，平板的背面嵌有热-电致冷器。光纤光栅是订制的，光敏光纤直径为400/20μm、数值孔径为0.46/0.07HR光栅反射率大于99%(1.06μm)，透射率大于99.8%(976nm)，反射波长3dB带宽为2nm，LR光栅反射率为10%(1.06μm)，透射率大于99.8%(976nm)。光栅不受力地嵌入平板中。泵浦光源是Appolo公司的带尾纤输出400W(976nm)二极管堆，尾纤直径400μm、数值孔径为0.22。为了方便，我们特别作了一
个激光输入/输出光纤耦合器，代替原来的光纤耦合头[4]。
图6 全光纤激光器光器
我们做到了同根粗光纤焊接损耗小于0.3dB，异类粗光纤焊接损耗小于1.0dB。泵浦LD1注入HR光栅的光束功率是在光路A点预先测试的（焊点右边），泵浦LD2注入LR光栅的泵浦功率在光路B点预测的(焊点左边)，注入光栅的光功率可以通过查表获知。单向泵浦时激光的输出光功率在B点测试，双向泵浦时激光的光束输出光功率在C点测试。测试结果如图7所示。
输
出
（
）w
输入（w）
图7 激光器光—光效率
激光器光-光效率为70%，光束M2为1.5，输出光谱峰值波长为1087nm，未见非线性现象，全光纤激光器输出150W时稳定，输出293W时系统崩溃。
5、蓝牙的功能
蓝牙是以短距离射频通信为目标的全球开放标准,工作在ISM(Industrial Scientific and Medi-cal)频段(2·4~2·485 GHz),主要用于通信和信息设备的无线连接。蓝牙采用调频和扩谱通信技术,在射功率为1~10 mW时,支持10 m的短程通信;辐射功率为100 mW时,支持100 m范围内的较长距离通信。作为一种电缆替代技术,蓝牙具有低成本高速率的特点,它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端互联起来,以约1 Mb/s的速率相互传递数据,并能方便地接入互联网,为其提供语音和数字接入服务,实现信息的自动交换和处理。这些通信终端发射天线往往距离人体很近,因此有必要分析蓝牙发射天线辐射对人体的影响以及人体对天线性能的影响。蓝牙模块之间在物理层发送和接收射频信号普遍采用的射频单元是微带天线微带天线是二十世纪中后期逐渐发展起来的一种新型天线,和常用的天线相比,它有如下一些优点:体积小,重量轻,低剖面,能有效与载体共形,适合大规模生产,价格低廉。考虑到将其内置于微型模块上的需要,微带天线是合适的选择。而在同样性能下,平面倒F天线是微带天线中尺寸最小的常用天线,因此仿真中采用平面倒F天线。目前主要的电磁辐射标准是由国际电子电气工程师协会(IEEE)和国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)提供的一般射频暴露的限值。这类标准给出了适用于任意通信系统任何天线的暴露限值。另一类标准例如EN50361,IEEE 1528 200X和IEC62209针对移动电话给出了专门的标准。因此,类似于其他的通信发射系统,蓝牙系统的射频暴露情况也需要专门的研究。国内对于电磁辐射生物效应的研究集中在人脑中各向异性场的计算和通过椭球体近似人脑来求解其中的场分布等方面。目前,国内的研究一方面缺乏统一的标准化的人体模型,另一方面对于特定通信系统的生物效
应缺乏专门的研究,因此有必要在标准人体模型的基础上对特定的通信系统进行有代表性的研究和分析。
介质基片尺寸为110 mm×50 mm×1 mm,采用εr=3·5的FR4材料实现。介质基片顶面的倒F型金属贴片占据整个基片25 mm×5 mm的空间,是天线的主要辐射部分,馈点和接地点主要辐射部分。介质基片底面的接地板是一个与基片同样尺寸的矩形金属片,在仿真中设定为厚度可忽略的优良电导体[5],并且设定一个与F区域对应的矩形缺口天线各个部分详细的尺寸如图8所示。
图8平面倒F天线的实物图
仿真中使用了REMCOM公司的三维全波段电磁仿真软件XFDTD。因为还需要仿真平面倒F天线对人体的影响,由于计算机CPU和内存的限制,必须采用可变网格技术。利用可变网格技术,在结构细致的F贴片的位置,采用精细网格,网格的解析度为0·2 mm,对应于2·4 GHz在自由空间的波长的1/625,如图9所示。
图9平面倒F天线的结构图，
其中d1=1mm, d2=1mm, l=23mm
W2=1mm,S=3mm, H2=4mm
应缺乏专门的研究,因此有必要在标准人体模型的基础上对特定的通信系统进行有代表性的研究和分析。
介质基片尺寸为110 mm×50 mm×1 mm,采用εr=3·5的FR4材料实现。介质基片顶面的倒F型金属贴片占据整个基片25 mm×5 mm的空间,是天线的主要辐射部分,馈点和接地点主要辐射部分。介质基片底面的接地板是一个与基片同样尺寸的矩形金属片,在仿真中设定为厚度可忽略的优良电导体[5],并且设定一个与F区域对应的矩形缺口天线各个部分详细的尺寸如图8所示。
图8平面倒F天线的实物图
仿真中使用了REMCOM公司的三维全波段电磁仿真软件XFDTD。因为还需要仿真平面倒F天线对人体的影响,由于计算机CPU和内存的限制,必须采用可变网格技术。利用可变网格技术,在结构细致的F贴片的位置,采用精细网格,网格的解析度为0·2 mm,对应于2·4 GHz在自由空间的波长的1/625,如图9所示。
图9平面倒F天线的结构图，
其中d1=1mm, d2=1mm, l=23mm
W2=1mm,S=3mm, H2=4mm
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图10 仿真平面倒F天线的可变网格，在F位置
采用精细网格的尺寸是0.2mm，一般网格是5mm
在整个的计算空间采用一般网格,尺寸为5 mm,对应于2·4 GHz在自由空间波长的1/25。通过可变网格技术,可以大大减小计算时间和存储空间的开销。在仿真中,使用了廖氏吸收边界条件,相对于完全匹配层吸收边界有更快的计算速度。激励源设置为高斯脉冲,可以通过一次仿真,经过快速傅立叶变换得到整个频域的响应[6]。为了验证可变网格的有效性和精度,仿真结果和通过一致网格(都是0·2 mm的细致网格)得到的回波损耗以及通过有限元方法得到的回波损耗进对比,如图10通过对比可以发现,三种仿真方法得到的结果大体一致,这就证明了可变网格计算的准确度和精度,可以用于人体内比吸收率的仿真。通过可变网格、一致精致网格的时域有限差分法得到的回波损耗和有限元法得到的回波损耗
在仿真中采用的高保真人体模型是基于标准可视化人体项目的数据开发的美国标准男人。1996年美国圣安东尼奥布鲁克斯空军基地在通过核磁共振技术以1 mm的解析度扫描人体,得到了1828张水平的切片图,通过图像识别和重建,标记出了40多种组织,构造了标准可视化人体模型。由于计算机CPU和内存的限制,在仿真中使用的高保真人体模型合并了5×5×5的空间区域,使用了解析度是5 mm的人体模型,三个坐标方向的网格数是136×87×369,包含4,697,304个基本单元。由于部分组织的参数非常接近,高保真人体模型中合并了标准化可视人体模型中的部分组织,通过23种组织来描述人体。例如肌肉、心肌、脾脏、结肠和舌的各项参数非常接近,就看成是一种组织来对待。
表1中列出了高保真人体模型中六种组织在2·4GHz频率下的电导率
和相对介电常数以及在体温下各种组织的密度。
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6、结论：
基于可变网格的时域有限差分法,仿真了用于蓝牙通信系统2·4 GHz的平面倒F天线电磁辐射在高保真人体模型中产生的比吸收率分布,分析了天线对人体的影响以及人体对天线辐射的影响。研究的情况是用高保真人体模型模拟蓝牙终端使用者,在胸口的正前方10 mm处放置了蓝牙射频发射平面倒F天线。仿真结果显示,人体对在人体方向60°范围的电磁波产生了20 dB的吸收。天线辐射在人体中的比吸收率分布高的区域位于靠近天线附近的体表,皮肤、肌肉和血液组织的10克组织的平均比吸收率的最大值高于其他组织。对于100 m长距离蓝牙通信系统的天线的最大射频功率100mW,比吸收率最大值小于最新的IEEE安全标准值。
参考文献：
[1] 高翔.数字化变电站应用展望.[J].华东电力，2006， 8：119－203
[2] 刘亚军.借助3G实现多媒体新闻网络直播[J].中国科技信息，2005，04:45-47
[3] 何征峰.柔性封装光纤传感器在道路结构性态分析的应用[M].北京科学出版社，2008
[4] 曹辉，王侠等. 293W全光纤激光器研究[J]. 电波科学学报，2004,(06) . 123-342
[5] 李应乐,王明军. 导体椭球面上的电荷分布[J]海南大学学报(自然科学版) ， 2008，
01:145-258
[6]李应乐,王明军. 导体椭球面上电荷分布的尺度分析法[J]咸阳师范学院学报 ，2007,12:123-756
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现代通信关键技术
摘要：信息智能处理技术是信号与信息技术领域一个前沿的富有挑战性的研究方向,它以人工智能理论为基础,侧重于信息处理的智能化,包括计算机智能化(文字、图像、语音等信息智能处理)、通信智能化以及控制信息智能化。融合信息智能技术就是将多种数据信息处理的智能化,逐渐符合用户要求的信息的过程。数据融合技术,例如,信息特征识别和数据融合,物理信号处理和识别等。除了需要人工智能理论的支持以外还需要进行智能信号处理技术的综合应用。本文将围绕融合信息智能技术在变电管理中的应用与探索进行展开。 关键词：智能技术、3G技术、光纤、蓝牙
1、概述：
随着知识经济的不断发展,新型的电子式互感器和智能断路器逐渐取代常规互感器和常规断路器。例如,高速嵌入以太网的出现,取代了大量的二次电缆布线,使得间隔层和进程通信之间的信息传输、间隔层内部的信息传输也实现了网络化,随着变电站内一个新的网络——进程通信网络就此出现,二次系统的通信结构也随之发生了根本性的变化。但是由于旧产品的兼容、新方案的融合,全数字化的变电站不可能一蹴而就,实际的应用总是要滞于其后的,因此可以将这个过程大致可分为三个阶段,分别对应三种接线方式:点对点方式、进程通信网络方式、进程通信网络和站控层网络合并方式。
2、融合信息智能技术
进入21世纪以来,我国科技日新月异,随着信息融合技术的研究和应用,已经由原来的军事领域逐步扩展到民用领域,并且越来越深入与广泛的应用在其他各个领域。在我国融合信息智能技术在变电管理中的应用与探索,特别是融合信息智能技术在变电管理中的探索前景上仍然不太明确。因此,结合目前融合信息智能技术在变电管理中的应用,我们可以从下几方面入手来进行融合信息智能技术在变电管理中的探索:1)合变电管理,研究人工智能在信息融合中的应用,利用实验对信息融合系统的数据类别的管理方法进行考察,建立信息融合系统性能评估的指标体系,并通过变电管理数字化,进过收集方法、组织方法的总结得出最合理的应用方式[1]。2)通过实验研究可计算的、复杂度低的有效算法和模型建立计算对数据融合进行功能分析,并结合变电管理中的应用进行具体研究。3)通过建立和研究知识和数据的获取开发通用软件包,开发出具有推理和知识更新的的新的处理技术,以适应市场积极的需要,开发出各种平台的公用库和通用软件包。
融合信息智能技术在变电管理中的发展,是我国经济不断发展的必然结果,我们通过信息智能化技术,使各种智能化装置LED具备了数字化、低功耗的特点。同时已经逐步实现了模式发展。但是融合信息智能技术在变电管理的应用仍然将是一个长期的探索过程。
3、借助3G实现多媒体新闻网络直播
随着通信技术、广电技术、网络技术的发展，在三网融合的时代背景下，节目制作形式、节目播出形式都将产生很大的变化。尤其是伴随着3G技术的推广应用，传统的互联网发布方式正在经历着严峻的挑战。互联网的生命在于即时，在于多媒体形式的展示，这也是其核心竞争力所在。因此，网络媒体不仅需要对现场新闻的多媒体即时采集、即时编辑，也需要借助新技术实现即时发布。为了顺应网络媒体发展需要，沈阳网以应用3G技术为契机，在实现三网融合业务应用的道路上勇于探索和创新，大胆尝试应用3G技术进行网络新闻的多媒体直播，取得了较好的效果。
利用3G技术实现网络上传发布，比使用卫星上传发布成本低、操作简便，特别适合即时的网络新闻视频直播。但是，简单应用3G技术上传存在有时带宽不足、运行不够稳定等问题。沈阳网针对3G直播系统试运行过程中遇到的这些问题，与有关技术研发单位一起大胆嫁接新技术，提高系统的安全性和稳定性。比如，用硬盘延时取代延时硬件。将编码后的
流文件缓存在本地硬盘30秒再推向视频发布服务器，本地硬盘延时功能的实现，不但完善了一体机的功能，也彻底取代了外加的硬件延时设备，便于实现无间断转播。在直播现场，为了将直播编辑一体机处理的音视频信号通过3G路由器高码流安全发布到视频服务器上，须采用双卡链路绑定的方式实现，这就需要在3G路由器和发布防火墙上同时进行VPN参数的匹配设置和调试。在调试中，加密算法等参数的设置往往互为牵制，按照常规方式很难契合，最后我们通过在路由表中单独增加路由条目并采用改变VPN信任策略的办法予以解决[2]。
图1 多媒体新闻网络直播
3、光纤技术的应用
道路的路面是用不同材料铺筑成的结构物，通常由一层或几层组成，由于行车载荷和大气因素等对于路面的作用是随着深度而逐渐减弱的，因此一般根据使用要求、受力情况和自然因素等作用程度不同，把整个路面结构分成若干层次来铺筑,路面结构构成就是这样的。
光纤光栅传感器的发展使其成为最重要的结构健康监测传感器之一。光纤传感器的体积小、精度高、耐久性好、分布式大范围覆盖、绝对测量等诸多优点使其被认为是道路结构长期性态监测的最佳方法。然而，经过封装处理扩径的光纤光栅传感元件应用到实际结构中时，不可避免地与基体材料（或结构局部损伤，如裂纹）相互作用，不仅对结构的力学性能产生一定的影响，而且由于多层不同物理参数的介质界面的应变传递导致结构的实际应变与光纤光栅传感元件的感知应变存在较大差异。这个问题在实际的工程应用中已经非常突出，尤其是那些物理参数（如弹性模量、热膨胀系数等）与光纤光栅封装传感元件差异较大的重要特殊材料结构（如沥青路面、高性能混凝土、岩土工程等），以及物理参数相近但出现损伤的工程结构，甚至出现了令人难以置信或错误的测试结果[3]。因此，研究与基体材料匹配的光纤光栅传感器封装方法具有重要的实际工程意义。
设计内容：①装材料上，本项目采用与道路结构材料模量吻合的柔性封装材料——沥青及沥青混合料，封装光纤敏感原件，保证其既不影响道路结构的内应力场，也能保证传感与其同
本项目采用内应立场混合材料原件铭感协变形，使得路面应变准确传递到光纤敏感元件上。
图2 光线传感器 图3 沥青封装
②传感器元件设计上，考虑封装材料与光纤玻璃材料的模量差异，我们对小直径的光纤进行了端部扩径。③我们进行了物理实验，验证了柔性封装的可行性，并得到了沥青混合料的基本参数，确保了优化计算的精确性。
图4 试块加载 图5 仪表检测数据
④尺寸上，通过有限元构建了包含各元件的传感器模型，模拟其工作情况，并优化了整体及各元件尺寸，确保光纤敏感元件的变形与封装材料一致，并且对道路结构内力场影响最小。 实验证明，相比于用刚性材料（如FRP、钛合金）封装的传感器，柔性高分子材料封装的传感器具有良好的应变传感性能。这是由于高分子材料比较软，弹性好，能将被测的变形能有效的传递给光栅。因此本项目采用与道路结构材料模量吻合的柔性封装材料——沥青及沥青混合料，封装光纤敏感原件，保证其既不影响道路结构的内应力场，也能保证传感器与其协同变形，使得路面应变准确传递到光纤敏感元件上。
2、近年,用分立光学器件构建的光纤激光器系统，输出功率大幅提高，单根光纤输出接近衍射极限光束已到2kW水平，这种突破直接得益于半导体泵浦技术、有源光纤技术及系统集成技术发展。全光纤激光器一直是低功率系统集成的首选经典结构，因这种结构坚固、可靠、体积小及易模块化，在百瓦连续光纤激光器中倍受重视，特别是能直接输出接近衍射极限质量的线偏振激光，而无须增加任何分立偏振光学器件。若进一步通过相干光束合成，能获得更高功率激光束。全光纤激光器常指激光光路中没有任何分立的光学器件,全用光纤器件构建。本试验就是测试、验证优化百瓦全光纤激光器性能设计,实现高效稳定可靠地工作,为相干光束合成提供技术支撑基础。
全光纤激光器光路结构如图6所示。有源光纤用Lekki公司的大模场掺Yb光纤，光纤长10m，包层直径/芯径为400/20μm、数值孔径为0.46/0.07。有源光纤嵌入刻有圆槽的Al平板中，槽平均直径10cm，作为剔模器，平板的背面嵌有热-电致冷器。光纤光栅是订制的，光敏光纤直径为400/20μm、数值孔径为0.46/0.07HR光栅反射率大于99%(1.06μm)，透射率大于99.8%(976nm)，反射波长3dB带宽为2nm，LR光栅反射率为10%(1.06μm)，透射率大于99.8%(976nm)。光栅不受力地嵌入平板中。泵浦光源是Appolo公司的带尾纤输出400W(976nm)二极管堆，尾纤直径400μm、数值孔径为0.22。为了方便，我们特别作了一
个激光输入/输出光纤耦合器，代替原来的光纤耦合头[4]。
图6 全光纤激光器光器
我们做到了同根粗光纤焊接损耗小于0.3dB，异类粗光纤焊接损耗小于1.0dB。泵浦LD1注入HR光栅的光束功率是在光路A点预先测试的（焊点右边），泵浦LD2注入LR光栅的泵浦功率在光路B点预测的(焊点左边)，注入光栅的光功率可以通过查表获知。单向泵浦时激光的输出光功率在B点测试，双向泵浦时激光的光束输出光功率在C点测试。测试结果如图7所示。
输
出
（
）w
输入（w）
图7 激光器光—光效率
激光器光-光效率为70%，光束M2为1.5，输出光谱峰值波长为1087nm，未见非线性现象，全光纤激光器输出150W时稳定，输出293W时系统崩溃。
5、蓝牙的功能
蓝牙是以短距离射频通信为目标的全球开放标准,工作在ISM(Industrial Scientific and Medi-cal)频段(2·4~2·485 GHz),主要用于通信和信息设备的无线连接。蓝牙采用调频和扩谱通信技术,在射功率为1~10 mW时,支持10 m的短程通信;辐射功率为100 mW时,支持100 m范围内的较长距离通信。作为一种电缆替代技术,蓝牙具有低成本高速率的特点,它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端互联起来,以约1 Mb/s的速率相互传递数据,并能方便地接入互联网,为其提供语音和数字接入服务,实现信息的自动交换和处理。这些通信终端发射天线往往距离人体很近,因此有必要分析蓝牙发射天线辐射对人体的影响以及人体对天线性能的影响。蓝牙模块之间在物理层发送和接收射频信号普遍采用的射频单元是微带天线微带天线是二十世纪中后期逐渐发展起来的一种新型天线,和常用的天线相比,它有如下一些优点:体积小,重量轻,低剖面,能有效与载体共形,适合大规模生产,价格低廉。考虑到将其内置于微型模块上的需要,微带天线是合适的选择。而在同样性能下,平面倒F天线是微带天线中尺寸最小的常用天线,因此仿真中采用平面倒F天线。目前主要的电磁辐射标准是由国际电子电气工程师协会(IEEE)和国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)提供的一般射频暴露的限值。这类标准给出了适用于任意通信系统任何天线的暴露限值。另一类标准例如EN50361,IEEE 1528 200X和IEC62209针对移动电话给出了专门的标准。因此,类似于其他的通信发射系统,蓝牙系统的射频暴露情况也需要专门的研究。国内对于电磁辐射生物效应的研究集中在人脑中各向异性场的计算和通过椭球体近似人脑来求解其中的场分布等方面。目前,国内的研究一方面缺乏统一的标准化的人体模型,另一方面对于特定通信系统的生物效
应缺乏专门的研究,因此有必要在标准人体模型的基础上对特定的通信系统进行有代表性的研究和分析。
介质基片尺寸为110 mm×50 mm×1 mm,采用εr=3·5的FR4材料实现。介质基片顶面的倒F型金属贴片占据整个基片25 mm×5 mm的空间,是天线的主要辐射部分,馈点和接地点主要辐射部分。介质基片底面的接地板是一个与基片同样尺寸的矩形金属片,在仿真中设定为厚度可忽略的优良电导体[5],并且设定一个与F区域对应的矩形缺口天线各个部分详细的尺寸如图8所示。
图8平面倒F天线的实物图
仿真中使用了REMCOM公司的三维全波段电磁仿真软件XFDTD。因为还需要仿真平面倒F天线对人体的影响,由于计算机CPU和内存的限制,必须采用可变网格技术。利用可变网格技术,在结构细致的F贴片的位置,采用精细网格,网格的解析度为0·2 mm,对应于2·4 GHz在自由空间的波长的1/625,如图9所示。
图9平面倒F天线的结构图，
其中d1=1mm, d2=1mm, l=23mm
W2=1mm,S=3mm, H2=4mm
应缺乏专门的研究,因此有必要在标准人体模型的基础上对特定的通信系统进行有代表性的研究和分析。
介质基片尺寸为110 mm×50 mm×1 mm,采用εr=3·5的FR4材料实现。介质基片顶面的倒F型金属贴片占据整个基片25 mm×5 mm的空间,是天线的主要辐射部分,馈点和接地点主要辐射部分。介质基片底面的接地板是一个与基片同样尺寸的矩形金属片,在仿真中设定为厚度可忽略的优良电导体[5],并且设定一个与F区域对应的矩形缺口天线各个部分详细的尺寸如图8所示。
图8平面倒F天线的实物图
仿真中使用了REMCOM公司的三维全波段电磁仿真软件XFDTD。因为还需要仿真平面倒F天线对人体的影响,由于计算机CPU和内存的限制,必须采用可变网格技术。利用可变网格技术,在结构细致的F贴片的位置,采用精细网格,网格的解析度为0·2 mm,对应于2·4 GHz在自由空间的波长的1/625,如图9所示。
图9平面倒F天线的结构图，
其中d1=1mm, d2=1mm, l=23mm
W2=1mm,S=3mm, H2=4mm
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图10 仿真平面倒F天线的可变网格，在F位置
采用精细网格的尺寸是0.2mm，一般网格是5mm
在整个的计算空间采用一般网格,尺寸为5 mm,对应于2·4 GHz在自由空间波长的1/25。通过可变网格技术,可以大大减小计算时间和存储空间的开销。在仿真中,使用了廖氏吸收边界条件,相对于完全匹配层吸收边界有更快的计算速度。激励源设置为高斯脉冲,可以通过一次仿真,经过快速傅立叶变换得到整个频域的响应[6]。为了验证可变网格的有效性和精度,仿真结果和通过一致网格(都是0·2 mm的细致网格)得到的回波损耗以及通过有限元方法得到的回波损耗进对比,如图10通过对比可以发现,三种仿真方法得到的结果大体一致,这就证明了可变网格计算的准确度和精度,可以用于人体内比吸收率的仿真。通过可变网格、一致精致网格的时域有限差分法得到的回波损耗和有限元法得到的回波损耗
在仿真中采用的高保真人体模型是基于标准可视化人体项目的数据开发的美国标准男人。1996年美国圣安东尼奥布鲁克斯空军基地在通过核磁共振技术以1 mm的解析度扫描人体,得到了1828张水平的切片图,通过图像识别和重建,标记出了40多种组织,构造了标准可视化人体模型。由于计算机CPU和内存的限制,在仿真中使用的高保真人体模型合并了5×5×5的空间区域,使用了解析度是5 mm的人体模型,三个坐标方向的网格数是136×87×369,包含4,697,304个基本单元。由于部分组织的参数非常接近,高保真人体模型中合并了标准化可视人体模型中的部分组织,通过23种组织来描述人体。例如肌肉、心肌、脾脏、结肠和舌的各项参数非常接近,就看成是一种组织来对待。
表1中列出了高保真人体模型中六种组织在2·4GHz频率下的电导率
和相对介电常数以及在体温下各种组织的密度。
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6、结论：
基于可变网格的时域有限差分法,仿真了用于蓝牙通信系统2·4 GHz的平面倒F天线电磁辐射在高保真人体模型中产生的比吸收率分布,分析了天线对人体的影响以及人体对天线辐射的影响。研究的情况是用高保真人体模型模拟蓝牙终端使用者,在胸口的正前方10 mm处放置了蓝牙射频发射平面倒F天线。仿真结果显示,人体对在人体方向60°范围的电磁波产生了20 dB的吸收。天线辐射在人体中的比吸收率分布高的区域位于靠近天线附近的体表,皮肤、肌肉和血液组织的10克组织的平均比吸收率的最大值高于其他组织。对于100 m长距离蓝牙通信系统的天线的最大射频功率100mW,比吸收率最大值小于最新的IEEE安全标准值。
参考文献：
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[2] 刘亚军.借助3G实现多媒体新闻网络直播[J].中国科技信息，2005，04:45-47
[3] 何征峰.柔性封装光纤传感器在道路结构性态分析的应用[M].北京科学出版社，2008
[4] 曹辉，王侠等. 293W全光纤激光器研究[J]. 电波科学学报，2004,(06) . 123-342
[5] 李应乐,王明军. 导体椭球面上的电荷分布[J]海南大学学报(自然科学版) ， 2008，
01:145-258
[6]李应乐,王明军. 导体椭球面上电荷分布的尺度分析法[J]咸阳师范学院学报 ，2007,12:123-756
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