[精品]船体电波传输特性分析

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1、船体电波传输特性分析船体电波传输特性分析【摘要】随着大型船舶的发展和陆上集群调度通信的成熟，未来以民用集群调度通信系统为代表的无线通信手段在大型船舶上的应用将成为一种可能。以船舶平台作为试验载体，通过对模拟环境的实地测试，对无线通信在船上的传播特性进行分析，提供了一种适合于船舶平台的无线传输特性的分析方法，并建立无线传输模型。【关键词】船舶平台集群调度通信无线传输1引言目前,集群调度通信在机场、重大活动场馆（如奥运、亚运场馆）、矿场和市区内（如公共安全等）等陆地上特定场合已经普遍应用，在通信网络的设计规划与优化中，相应采用的无

2、线信号的传播特性与模型早已是相对成熟。相对于陆地上环境的普遍应用和技术成熟，在民用大型船舶上的应用还相对较少，相关的研究也比较薄弱。本文以集群调度通信系统为参考，通过理论建立无线传输模型，测试无线信号在非钢筋混泥土材料、层数多达十几层和舱室隔段多的复杂结构的船舶上的传输损耗，并经过计算分析，得出在船舶上无线信号的传播特性。2传输特性模型根据电磁波在自市空间内的传播理论，通过测试研究无线电波在船舶平台环境下受船舶非钢筋混泥土结构的舱壁隔段阻扌当、舱门/盖屏蔽等影响，分析其传播损耗计算方法，建立无线传输模型。2.1自由空间无线传播

3、特性自由空间无线传输损耗为：排除天线增益的因索，即收发天线为增益Gr=Gt=O的理想全向天线，则自由空间的路径传播损耗为：2.2船舶环境的无线信号传播特性与模型相对于自由空间传输，在船体平台内电磁波传播受影响的因素较多，如舱壁、舱顶、通道走廊、人员活动和室内物体摆设等，会引起电磁波的反射、折射、散射和吸收等现象。因此，船体平台内的电磁场分布较自市空间和一般普通陆地环境更为复杂，在描述其无线信号衰减特性时耍根据不同空间环境的通信应用需求建立相应的无线传播模型。（1）全向天线应用无线传输模型首先，在船舶环境中，市于舱壁、舱顶的反射

4、以及人员活动和室内物体摆设引起的散射，将使收发天线间存在多条传播路径，接收端收到的信号实际为多条路径传播信号的总和。其路径损耗随距离的衰减速度将大于上述的自由空间环境，只有在收发间完全视通、传输路径周围空旷的环境下，路径损耗才接近于自由空间环境。为表征船舶环境中的不同路径损耗特征，将式（2）中的201gd改由20nlgd代替，引入路径损耗指数n,以表征路径损耗随传播距离衰减的速度。其次，在船舶环境中，往往不能保证收发间直通。当收发间存在舱壁、遮挡物、隔层或隔段等阻隔时，阻隔会对电磁波进行吸收，导致传播损耗增大。为此，在船舱内的

5、无线信号传播模型中增加了隔断引起的传播损耗W,以表示阻隔引起的损耗。该损耗由阻隔的材质、大小和屏蔽效果决定，对于不同的阻隔情况取值也不同。由此得出适合船体平台环境的无线传播损耗模型为：其中，201gf为频段差异引起的损耗；W为隔断引起的传播损耗；n为路径损耗指数；d为理论净空传播距离。对于大型舱室（如餐厅、会议室、健身娱乐室等）、和对面积较为空旷的甲板及顶部空旷区域（如露天泳池），适合采用式（3）进行分析：♦甲板及顶部空旷区域：除活动的人员外，主要为净空环境，其无线信号传播特性接近于自由空间；路径损耗指数略大于自由空间传播，隔

6、断引起的传播损耗不大。♦大型舱室：空间较狭窄，由金属墙壁形成封闭空间，其无线信号传播特性接近金属波导环境，信号反射后增强了内部的信号强度；路径损耗指数接近甚至略小于自由空间传播，隔断引起的传播损耗大。（2）狭长空间泄漏电缆应用无线传输模型相对于大型空间，在船舶上狭长的通道走廊、上下楼梯（船上楼梯一般都比较狭窄）及两侧居住排列等小型舱室，一般会采用类似陆地上矿洞、隧道和地下铁道的同轴泄漏电缆的应用。同轴泄漏电缆是一种能实现沿轴向近似均匀传输的天馈设施，其无线信号传播与传统的偶极子阵元传播不同：偶极子阵元以球面波的方式向外辐射能量

7、；而泄漏电缆近似以圆柱波的方式向外辐射能量。因此，泄漏电缆在通道走廊及小型居住舱室内应用的无线传播模型也可以表示为：其中,n为路径损耗指数，理论上最小值为1；X为截距损耗值，理论上取2ni处的耦合损耗因子计算；d为接收点距离泄漏电缆的径向距离，单位为mo通过模拟这两种环境测试和分析，完成对模型中的n值和W值的修止，获得符合船体平台无线信号传播特性的数据模型,从而分析实际环境电波的传输特性。3无线传输测试3.1测试的必要性和对于陆地城市等环境，船体环境的无线信号传播特性差别较大。为取得较准确的无线信号传播模型，有必要进行实地的无

8、线信号传播特性测试。3.2测试步骤本文通过对一般客货两用轮的大型货仓和过道走廊边的会议室进行数据采样（由于甲板面积太小，在此不进行测试），采用如下仪器设备：♦信号源JIP射频信号源♦天线：全向天线♦泄漏电缆：7/8漏泄电缆•段♦接收机：手持式频谱仪♦全向天线：增益3dBi♦馈