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1、煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响摘 要:采用基于介质波导理论的多波模模型,推导巷道中天线的耦合效率和方向函数。以水平极化半波偶极子天线为例,进行仿真分析,得出结论:天线在巷道截面中心最有利于波模的激励,天线耦合效率最大,且传输衰减率最小;除截面中心区域,天线在巷道截面横向对称轴的位置,如巷道侧壁中心,也较易激励波模,可有效激励70%以上的波模,天线耦合效率较大,传输衰减率也相对较小;当天线靠近巷道截面拐角时,最不利于波模的激励,只能有效激励30%左右的波模,天线耦合效率最小,传输衰减率最大,但此时天线的辐射方向性最强,信号起伏
2、最为平缓。关键词:无线通信;井下巷道;天线位置;辐射场分布;职称论文EffectofantennalocationonradiationfielddistributionincoalminetunnelsHUOYu1,2,LIUFeng-xue1,2,XUZhao1,2(1．IOTPerceptionMineResearchCenter,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou 221008,China;2．SchoolofInformationandElectricalEngi-n
3、eering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou 221008,China)Abstract:Multimodemodelbasedonthemodaltheoryinetunnels.Takeahorizontallypolarizedhalfple,therelatedsimulationsandanalysisshoiddleofthetunnel,themodesarethemosteasilytobeexcited,andthecouplingefficiencyis
4、thelargest,andthedecayrateistheloiddleposition,metry,suchastherightmiddleofthetunnelcrosssection,themodesarealsoeasiertobeexcited.Upto70%ofthemodescanbeeffectivelyexited.Andthedecayrateisalsoloodesarethemostdifficultlytobeexcited.Onlyabout30%ofthemodescanbeeffectivel
5、yexcited.Meanaximum.Butthedirectivityoftheantennaradiationisthestrongest.Thefluctuationofthesignalattenuationistheflattest.Keyunication;minetunnel;antennalocation;radiationfielddistribution在煤矿井巷内,选择合适的位置安装天线,不仅可以降低电磁波的传播损耗,增大无线覆盖,还可以减弱巷道内电磁波传播的多径起伏现象,提高通信质量。目前虽然已有文献考
6、察了巷道内不同天线位置的电磁波场强分布特点,但所得结论各不一致。文献[1-2]通过在实际巷道中进行的多次测量,得出结论,发射天线在巷道中心时,接收信号功率最强,当发射天线靠近巷道壁时,接收功率将下降。但信号随传播距离的传输衰减率对天线位置不具敏感性。然而,文献[3]运用多波模传播模型仿真显示,天线在巷道不同位置时的信号衰减趋势各不一样。当水平极化天线在巷道中心时,信号衰减率最小;天线在巷道侧壁比在巷道顶壁时的信号衰减率大。但文献[3]假设巷道各导引波模激励强度一致,这与实际情况不符。文献[4]运用几何光学模型仿真则显示,水平极化
7、天线在巷道侧壁比在巷道顶壁时的信号衰减率小。文献[5]推导了巷道内含对称振子天线时的电磁波传输功率,仿真计算结果也表明,接收信号强度对发射天线的位置非常敏感。但与文献[1-4]都不同的是,文献[5]的仿真数据显示,发射天线靠近巷道壁时的信号强度比发射天线在巷道中心时略大。天线位置不同,巷道中天线的电磁波场强分布特点不同,从本质上看是巷道中天线的辐射特性发生了改变。本文采用基于介质壁波导理论的多波模模型[2,6],推导煤矿井巷天线耦合效率及方向函数,通过对巷道中天线耦合效率、辐射场分布特点与天线位置关系的分析,找出无线覆盖范围较广
8、,信号衰落较为平缓的适合煤矿井巷天线安装的理想位置。1 理论分析1．1 巷道中天线的耦合效率巷道可被视作有损耗的介质壁波导[2,6-13],天线输入功率耦合至其导引波模,将会产生一定的损耗。定义巷道中天线耦合至导引波模的功率与天线输入功率的比值为巷道中天线的耦合
