隧道横截面对电磁波传播特性的影响

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1、第32卷第6期电子科技大学学报Vol.32No.62003年12月JournalofUESTofChinaDec.2003隧道横截面对电磁波传播特性的影响121魏占永孙继平陆俭国(1.河北工业大学电器研究所天津300130;2.中国矿业大学北京校区信息工程研究所北京100083)【摘要】利用解析方法与数值分析方法重点研究了电磁波在圆形隧道、矩形隧道和拱形隧道中的传播特性，得出了当隧道横截面积越大衰减率越小，及隧道横截面形状对衰减率影响。当频率较高时，圆形隧道、矩形隧道和拱形隧道的衰减率表达式是一致的；当隧道半径或长边长的一半大于波长10倍以上时，电磁波的衰减率很小，几乎与横

2、截面形状无关，仅仅与隧道横截面积的大小有微弱的关系。关键词隧道横截面;圆形隧道;矩形隧道;拱形隧道;衰减率中图分类号TD65文献标识码AEffectsofCrossSectionsofTunnelonPropagationCharacteristicsofElectromagneticWaves121WeiZhanyongSunJipingLuJianguo(1.ElectricApparatusInstitute,HeBeiUniversityofTechnologyTianjin300130;2.ResearchInstituteofInformationEnginee

3、ring,BeijingCampus,ChinaUniversityofMiningandTechnologyBeijing100083)AbstractUsinganalyticalmethodandnumericalmethod,thepaperemphaticallyresearchespropagationcharacteristicsofelectromagneticwavesincirculartunnel,rectangulartunnelandarchedtunnel.Aconclusionismadethatthelargerareaofcrosssect

4、ionsis,thelowerattenuationrateis,andshapeofcrosssectionsaffectsonattenuationratetoo.Whenfrequencyiscomparativelyhigh,circulartunnel,rectangulartunnelandarchedtunnelhavesameformulationofattenuationrate.Whentheradiusorhalfoflargersideistentimeslargerthanthefree-spacewavelength,attenuationrat

5、eisverylowandhardlyrelatedtotheshapeofcrosssections,andonlyrelatedslightlytotheareaofcrosssectionoftunnel.Keywordscrosssectionsoftunnel;circulartunnel;rectangulartunnel;archedtunnel;attenuationrate隧道中移动通信的开展有利于生产调度、安全救灾及提高工作效率起一定的作用。在隧道无线传输的研究中，往往将不含纵向导体的隧道作为空心介质波导，工作频率高于隧道截止频率的电磁波能够传播，这也是

6、隧道的固有传播，否则电磁波会迅速衰减掉而无法传播。实际应用中，有圆形的、矩形的和拱形不同类型的隧道的横截面，其面积大小也有所不同，这些因素在一定程度上影响了电磁波的传播特性。1圆形隧道的传播特性设圆形隧道的半径为a，隧道内部自由空间电参数为(e,m)，外部均匀媒质电参数为(s,e,m)，传00eee22se222222播常数G=+abj，复波数k=-wme(j)、k=wme，u=ak+G，v=ak+G，建立柱面坐eee0000ew2002年9月24日收稿*男32岁博士主要从事电波传播、移动通信和网络传输等方面的研究第6期魏占永等:隧道横截面对电磁波传播特性的影响621[1]

7、标系，根据边界条件可得波模方程(1)¢¢22(1)2éJm¢¢(u)Hm(v)ùéùk0Jm(u)kemHv()22æö11ê-×úêú-=--mGç÷(1)(1)(1)22ëuJm(u)vHm(v)ûëûuJmm(u)vH()vèøuv[1]式中m为整数，J(u)为第一类m阶Bessel函数，Hv()为第一类m阶Hankel函数，当隧道截面远大于波mm长时(即ka>>1)，Hankel函数及其导数用大宗量近似，可得到圆形隧道中各类波模衰减常数的近似表达式0为ì1ïforTEonmodes(m=0)ï(/ee)1-