巷道中电磁波传播衰减影响因素研究.pdf

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1、·22·煤矿机电2010年第4期巷道中电磁波传播衰减影响因素研究赵静(安徽建筑工业学院机电学院，安徽合肥230001)摘要：水汽、粉尘及湿润的巷道壁均会衰减巷道内电磁波的传播。水汽的影响在频率不太高时可忽略；巷道壁潮湿的影响显著，且与电磁波的频率和模式有关。粉尘使电磁波的衰减随频率的增加而增加。关键词：水汽；粉尘；巷道；电磁波；衰减率中图分类号：TD65+5．3文献标识码：A文章编号：1001—0874(2010)04—0022—03DiscussiononInfluenceFactorsofE

2、lectro—magneticWave’SDecayinRoadwayZHA0Jing(Electro—mechanicCollege，AnhuiArchitectureInstitute，Hefei230001，China)Abstract：Themoisture．dustandwetwallall盯edecayingthetransmissionofelectromagneticwaveintheroadway．Theinfluenceofmoistureisignorable，ifthew

3、aveislow-frequency．Otherwise，theinfluenceofothersismoreevident：dustincreasestherateofdecayindirectratiowithfrequency，andtheinfluenceofwetwallisrelatedtOthefrequencyandmodelofthewave．Keywords：moisture；dust；roadway；electromagneticwave；rateofdecay电磁波在巷道

4、中传播时，空气中的水汽分子吸收电磁波，水汽雾滴散射电磁波，都会使电磁波衰减。湿润巷道壁的电参数(占。，盯)变化‘1

5、、以及巷道粉尘，也衰减巷道内电磁波的传播。1水汽对电磁波的影响水汽对电磁波的影响可考虑以下两方面：(1)主巷道相对湿度70％一80％，粉尘含量较少，水汽主要以游离态的分子形式存在，对电磁波的影响主要是吸收旧J。当传播频率不高时，吸收功率很小，衰减率随频率的增大而增大[3】。目前，巷道移动通信电磁波频率一般低于l000MHz。当厂=l000MHz时，水汽吸收引起的衰减为124．44X

6、10一dB／km，与其固有传播损耗相比，衰减很小。(2)采煤工作面巷道相对湿度高达95％，甚至出现过饱和湿度，粉尘含量高达48ms／m3，水汽以雾滴的形式存在，电磁波在传播时，会与离散的雾滴相互作用，对电磁波起衰减作用。在超高频频段，散射截面比吸收截面小得多，单位体积内雾滴的总衰减率约为：a“343电(一番MpA／7,2／(1)、。+式中：旷水汽密度5A一波长；肼一雾滴含水量；n一雾滴的复折射指数；L一虚部。由此可见，单位体积内的衰减只与含水量有关，而与雾滴的大小和分布无关。实验证明，雾滴的含水

7、量将随频率升高而升高，衰减率也随之升高口]。2湿润的巷道壁对电磁波的影响由于水汽的浸润，巷道壁的电容率和电导率都相应增大⋯，衰减率随频率不同而变化。以圆形巷道为例：(1)频率略高于截止频率假设波导壁电流为理想导电壁电流，用金属导2010年第4期煤矿机电·23·体的表面阻抗计算损耗功率，求出金属壁波导的衰减常数。圆形波导TE主模和TM主模的衰减常数H1为：a(rEll)2丽R【丽1+∽t／f)2】万去矛(2)a(TM01)_嘉。南(3)式中：R=／∥盯为波导壁的固有阻抗，377为大气的固有阻抗；r

8、为圆形波导的半径历。和五。为对应主模的截止频率。圆形巷道半径一般在2．5111左右，截止频率只有几十兆赫芝。当频率不高于200MHz时，潮湿巷道壁会引起电导率增加，而固有阻抗减小，从而使电磁波的衰减率明显降低[5]。(2)当频率高于截止频率当巷道壁因潮湿使电容率增大时，圆形巷道中三类模式电磁波衰减常数为：E模式下：n。=(锷)2笋吉c4，肘模式下：口m2(等)笋右(5)EH模式下：a。=(等)2笋÷岩㈣式中：lXr。为'，。一，的第n个非零根，A为波长，r为巷道半径，占为巷道壁相对电容率(水汽浸

9、润前为5，浸润后为10)。计算三类模式的最低次模(E。。，Mo，，EH，。)衰减率。结果显示：巷道壁潮湿使电磁波衰减率发生变化，E模式的衰减率减小，M模式和EH模式的衰减率均增大[5】。3粉尘对电磁波传播的影响煤矿生产的主要环节都会产生粉尘，巷道中的粉尘多为悬浮粉尘，粒径在0．25～10pLm之间，粉尘间距约为10mnl。当通信电磁波频率在超高频频段时，波长在0．1～1nl之间。可认为粉尘微粒彼此孤立，粉尘对电磁波的散射和吸收衰减符合瑞利散射规律。设粉尘颗粒半径为r，相对介电常数为占，人射波为均