资源描述：
《圆形隧道中电磁波的传输特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第,卷第期电波科学学报年月,一一一文章编号圆形隧道中电磁波的传输特性孙继平张长森中,,北京国矿业大学北京校区信息工程研究所,摘要研究了圆形隧道中电磁波的固有传播和导行传播的传播特性采用数值方。,法求解了波模方程得出如下结论在空圆形隧道中频率越高电磁波的衰减率越小,隧道半径越大衰减率越低隧道中的弯曲不利于电磁波的传播曲率半径越小电,,磁波衰减越大隧道中的纵向导体利于电磁波的传播导线越靠近隧道的中央越有,。利于电磁波的传播隧道半径的增大也有利于导行电磁波的传播这些结论对矿井通信建设有一定的指导意义。关,,,键词圆形隧道电磁波固有传播导行波中图分类号文献标识码一人了,夕。人
2、,以夕从少,,,,,’,‘‘,一了’‘,‘‘,,,、与实验证明这些纵向导体对于电磁波的传播是有利引言的。,团频率不超过几十兆赫兹时隧道中导行电,矿井隧道截面的形状通常有梯形、半圆拱形等,磁波的传播特性主要与隧道的截面积有关而与截,,,面形状关系不大不妨将隧道等效为圆形来进行研但对空隧道进行理论研究时除去圆形隧道外其它。,,究因此研究圆形隧道中电磁波的传播特性具有形状的隧道即使是简单的矩形其边界条件也难,。。以匹配可以把隧道截面等效为圆形进行研究矿重要的意义、,井隧道中一般含有照明线动力线等纵向导体理论一一收稿日期第期孙继平等圆形隧道中电磁波的传输特性,波模空圆隧道中电
3、磁波的传输特性。履于斤众‘摆竺号代。,丸汽已空圆隧道中电磁波传输的基本理论。。“波模,派亏玩在图所示的平直圆形隧道中隧道的半径为,、。,隧道内是磁导率为尸介电常数为的理想介,,、、彭质隧道外部是磁导率为产介电常数为电导率式中为隧道围岩的复相对介电常数。。,一。。。。,为的有损介质采用圆柱坐标系坐标原点选在一‘弘是夸一的第个非零。,。隧道正中间在的区域选第一类函数根并。。,实际隧道往往在垂直方向或水平方向有弯曲作为波解而在的区域取第二类函,。,对圆形弯曲隧道可将方程表示在圆环面数黔作为波解为书写方便将华写为根,,据隧道壁圆柱面上的边界条件可得到空圆形隧道坐标系中从而求其
4、波模方程当曲率半径很大时。的波模方程团对和波模有如下的近似表达式川。,。,若十,戮一一‘乙。”波模‘于藏气。·波模,,尺无穷式中是曲率半径大隧道平图空圆形隧道示意图直时的衰减率。空圆隧道中电磁波传输的数值结果厂些鱼二丝些工玉丝飞,。,,和是圆形隧道中两个低次模其衰,、」、,减率随工作频率的变化关系分别如图所示图工‘。兰。丝丝丝二中同时给出了近似解和用抛物线法求得的精确解的产产二。,,。,,一矿变化曲线可见频率越高衰减率越小频率较高时刀刁“一一厂一。,扩近似解和精确解的结果相一致工作频率越高则,尸一,,,式中为整数月为传播常数为波长越小隧道截面尺寸相对于波长越大电磁波的
5、,,,。,。衰减常数召为相移常数为虚数单位为工作角传播空间越宽阔衰减率越小根据中国矿业大学,。,产。,,。产。。一。,·频率圣姜一几北京校区信息工程研究所在山东省充矿集团兴隆,。·。,。、办石万万一办石万夺特别地波模的波庄煤矿的底宽为高为的梯形巷道中的试验结果,使模方程为用手机时的无线通信距离‘。‘。二,生一生为年月试验使用对讲机。。,的通信距离约为年月试验使用波模的波模方程为的手机的无线通信距离约为‘爪‘、走至无夏。年月试验可见理论计算和试验结果的趋势是产、、产,一致的。可以用数值方法求解方程、。但采用牛图表示圆形隧道的衰减率随隧道半径的变化,,顿迭代法时对初值的选
6、择要求比较苛刻如果选择。,关系实际上由衰减率的近似计算公式可以看出,。不好迭代不会收敛可以采用牛顿迭代法的变形。衰减常数同隧道半径的三次方成反比隧道尺寸越,,抛物线法该算法要求输入三个初值但对初值,,大电磁波的传播空间越宽阔衰减率越小而隧道的—选择要求不是很高。隧道内的介质通常为空气,,,,尺寸越小电磁波的传播空间越受限制衰减越大,,当工作频率较高时隧道截面的尺寸远大于波长空。这同文献介绍的试验情况是一致的囚圆形隧道中的衰减常数单位可近似为叫图是弯曲圆形隧道的衰减率随隧道弯曲曲率半径的变化关系。可见,衰减率随曲率半径的增加电波科学学报第卷,,月‘通曰月口了夕州日爪二匕
7、濡泄处二,几二偏二油灼护代日护图波模衰减率随频率的变化关系图弯曲隧道的衰减率与曲率半径的关系中的通信距离为。圆形隧道中的导行波圆隧道中导行波的基本理论,,如图所示隧道的半径为隧道内是磁导率。、。。,为产介电常数为的空气隧道外部是磁导率为、、。产介电常数为电导率为几的均匀有损介质,,‘。、采用圆柱坐标系在两乳处有一根半径为磁‘、。、,,护,,导率为产电导率为氏的导线导线日劝介电常数为,厂承载的总电流为一月为传播常图波模衰减率随频率的变化关系数·这时波模方程为困图存在单根导线的圆形隧道示意图,。二,一,珑￡。。砌斑。甲。二两,〔」一乙图衰减率与隧道半径的
