實現(xiàn)隧道環(huán)境中電波高效覆蓋的天線研究與設計.pdf

1、隧道、礦井等受限空間中的環(huán)境往往復雜多變，無線信號在其中傳播時會受到隧道壁的反射、繞射等影響，從而形成較為復雜的電磁環(huán)境。在這樣的受限空間內(nèi)，如果沒有高效的電波覆蓋系統(tǒng)，就很難保證隧道中的通信質(zhì)量，甚至威脅行車安全。目前實際應用于隧道的天線以八木天線、螺旋天線等傳統(tǒng)天線為主，而此類天線的設計并未考慮其所應用的受限空間環(huán)境特性，因此在應用中易造成電波覆蓋波動較大的問題，有時甚至會形成盲區(qū)。同時，現(xiàn)有的對隧道環(huán)境電波覆蓋的研究，多采用平面波

2、入射，而采用實際天線方向圖與隧道環(huán)境結(jié)合的研究還不多見。
　　本文針對上述問題，將實際天線的真實方向圖與射線追蹤法相結(jié)合，分析了天線特性參數(shù)和位置對隧道的電波覆蓋的影響。設計了一種新型的高增益、低副瓣的左右手結(jié)構(gòu)漏波天線，證實了相比于現(xiàn)有的天線，其在隧道中的電波覆蓋效果更好。
　　本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新工作有:
　　1.研究了不同類型的發(fā)射天線對矩形隧道內(nèi)的電波覆蓋效果的影響。分別以偶極子邊射陣、偶極子端射陣和八木天線作

3、為發(fā)射天線，在保持輻射功率相同的情況下，分析了天線波束寬度、增益對隧道中電波覆蓋的影響。結(jié)果表明，采用類型相同、波束寬度不同的發(fā)射天線時，矩形隧道中的電波覆蓋規(guī)律相似。隨著發(fā)射天線增益提高，隧道中接收天線的接收功率會相應提高。
　　2.利用受限空間中的路徑損耗模型劃分了電波覆蓋空間間斷點，以區(qū)分隧道中的近、遠場，并提出了利用遠場區(qū)的中值(50％)功率、90％功率和95％功率來估計間斷點后的電波覆蓋效果。結(jié)果表明，采用相同類型、不同

4、波束寬度的天線時，遠場區(qū)的中值功率、90％功率和95％功率與天線增益呈線性關系。因此隨著發(fā)射天線增益的提高，遠場區(qū)的接收功率呈線性增加，表明必要時可通過提高發(fā)射天線的增益改善隧道內(nèi)的電波覆蓋效果。
　　3.設計了一種新型的高增益、窄波束、低副瓣的左右手結(jié)構(gòu)漏波天線。設計時利用了上述隧道中的電波傳播規(guī)律，并利用泰勒電流分布和切比雪夫陣列理論降低了兩側(cè)旁瓣，提高了增益。進一步結(jié)合射線追蹤法，對所提出天線在矩形隧道中的電波覆蓋效果進行了