矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析

1、第4期2007年8月工矿自动化IndustryandMineAutomationNo.4Aug.2007文章编号:1671-251X(2007)04-0004-03矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析孙继平1,张宏炜1,张龙2(1.中国矿业大学(北京校区)信息工程研究所,北京100083;2.中国华电哈尔滨发电有限公司,黑龙江哈尔滨150001)3摘要:由矩形弯曲隧道中电磁波沿水平方向极化模式的各场分量出发,应用边界条件得到了在弯曲隧道中电磁波传播的衰减率公式,从而得到了弯曲隧道中电磁波传播衰减率与弯曲半径之间的关系曲线和衰减率与频率之间的变化曲线。结果表明,弯曲的存在,极大地增加了电磁波传播的

2、衰减率。在弯曲半径不变的情况下,当频率增加超过一定值时,衰减率会随着频率的增高而变大,而变化的幅度与弯曲半径有关,半径越小,衰减率增加得越快。在曲率半径较小时,频率越高,电磁波的衰减率越大,但当曲率半径大于一定数值时,则频率越高,电磁波的衰减率越小。关键词:煤矿;矩形弯曲隧道;弯曲半径;电磁波传播;水平极化;衰减率中图分类号:TD65文献标识码:AAnalysisofTransmissionWaveinRectanglarSUNJi21,G1,ZHANGLong2(1.ResearchInstituteofBeijingCampusofCUMT.,Beijing100083,China.2.o

3、fChinaHuadianCorporation,Haerbin150001,China)Abstract:Fromcomponentsofpolarizationmodealongthehorizontaldirectioninrectanglarandcurvedtunnel,theformulaofattenuationrateoftransmissionofelectromagneticwavewasdeducedundertheconditionofboundary,therebytherelationcurvebetweenattenuationrateoftransmission

4、ofelectromagneticwaveandbendradiusandthechangedcurvebetweenattenuationrateoftransmissionofelectromagneticwaveandfrequencyweregotten.Theresultsindicatedthattheattenuationrateoftrans2missionofelectromagneticwavewouldgreatlyincreasedifcurveexists.Undertheconditionofbendradiusconstant,theattenuationrate

5、wouldincreasealongwithfrequencyiffrequencyexceedsoveracertainvalue.Anditschangingrangerelateswithbendradius,thesmallertheradiusis,thequickertheatten2uationrateincreases.Ifcurvatureradiusissmall,thehigherthefrequencyis,thelargertheattenuationrateis.Butwhencurvatureradiusislargethanacertainvalue,thent

6、hehigherthefrequencyis,thesmal2lerattenuationrateis.Keywords:coalmine,rectanglarandcurvedtunnel,bendradius,transmissionofelectromagneticwave,horizontalpolarization,attenuationrate收稿日期:2007-04-173基金项目:国家自然科学基金资助项目(50674093)作者简介:孙继平(1958-),男,博士,教授,博士生导师,长期从事计算机监控、网络、多媒体技术和移动通信等方面的教学与科研工作,出版专著10部,发表论文1

7、00余篇,制定煤炭行业标准10余项,获部级科研成果6项、专利3项。2007年第4期孙继平等:矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析50引言中的介电常数;M为隧道中的初始场强;和是隧道中的中场峰值;为图1中所示的夹角。应用表面阻抗法5求解以上方程,可以得到xE11模kx、ky、kz的近似表达式。ky的近似表达式为(8)ky+21/2d2d2(r-1)这和直隧道中y方向的ky表达式是一致的。kx的近似表达式为kxkx0+2Rk2x0近年来国内外对电磁波在隧道中的传播特性进行了多方面的研究123,但是现实中的隧道通常不是直的,因此对于弯曲隧道中电磁波的传播特性进行研究有着十分重要的意义。在UFH频段,隧

8、道的围岩可认为是低损耗介质,相对介电常数通常在210,弯曲矩形隧道的模型如图1所示。(9)式中:kx0为直隧道中x方向的传播常数,其表达式为(10)kx0+21/2d1d1(r-1)kz的近似表达式为图1弯曲矩形隧道的模型图kz=0-ky2Rkx02221公式导出0(11)假设矩形弯曲隧道的宽为d1、高为d2、弯曲半径为R,隧道四壁的相对介电常数为r,参数为(,0,u0)的空气。y化的ExpqEpq。隧道中:zz方向的传播常数,其值00-kx0-ky0。x因此可得E11模衰减率的近似表达式6为(12)eh=8.686Im(kz)Epq模的主场分量为x2数值结果和讨论0-ky(R+x)+(1)(

9、2)Ex=2Jvk-kyR+x()cos(kyy+)e-jv假设隧道的宽为4m、高为2.5m,隧道壁的相对介电常数由式(12)可得到图2和图3。r为10。Ey=0Ez=-Jv220-ky220-ky(R+x)+)e-jvcos(kyy+(3)Hx=Jv220-ky220-ky(R+x)+sin(kyy+)e-jv(4)图2弯曲隧道中衰减率随曲率半径变化的曲线Hy=MJv220-ky(R+x)+cos(kyy+)e-jv(5)Hz=-22Jv0-ky(R+x)+k-kyR+xsin(kyy+)e-jv(6)(7)图2中,实线为频率f=1000MHz时的变化曲线,虚线为f=1500MHz时的变化曲

10、线。由图2可以看出,由于弯曲的存在,隧道中电磁波在很短的距离内快速地衰减,衰减率随着曲率半径的增大而减小,而且在曲率半径较小时,频率越高,电磁波的衰减率越大。但当曲率半径大于某一值时(图2中2条曲线的交点),则频率越高,衰减率越小,这时和直隧道中的情况是相似的,也就是说这时候曲率半径的影响可以忽略。22kx+ky+kz=k=u00=20式中:kx、ky、kz分别为x、y、z方向上的空间频率;Jv是贝塞尔函数;k0为自由空间的传播常数;为波长;u0为自由空间中的磁导率;0为自由空间第4期2007年8月工矿自动化IndustryandMineAutomationNo.4Aug.2007文章编号:1

11、671-251X(2007)04-0006-04煤矿安全远程综合监控系统异构数据集成技术的研究3冀汶莉1,龚尚福2,崔海文2(1.西安科技大学通信与信息工程学院;2.西安科技大学计算机系,陕西西安710054)摘要:多种煤矿安全生产监控系统的综合集成是目前煤炭信息化发展的趋势。为了有效地整合和共享不同系统之间的数据,文章详细分析和介绍了多种异构数据集成技术和数据传输技术,结合实际应用阐述了这几种技术的具体实现过程。项目应用表明:该技术在解决煤矿行业信息集成问题上是可行的、有效的。关键词:煤矿安全;综合监控系统;异构数据;集成技术中图分类号:TD76文献标识码:A收稿日期:2007-04-053

12、基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2005AA133070)。作者简介:冀汶莉(1973-),硕士,讲师,主要研究方向为电子商务、计算机网络。0引言、。在弯曲隧道中应用无线通信系统时,并不是选取的频率越高越好,当频率的增加超过一定值时,衰减率会随着频率的增高而变大,而变化的幅度与弯曲半径有关,半径越小,衰减率增加得越快。电磁波的衰减率随着弯曲半径的增加而减小,在曲率半径较小时,频率越高,电磁波的衰减率越大,但当曲率半径大于一定数值时,则频率越高,衰减率越小。图3弯曲隧道中衰减率随频率变化的曲线图3中的实线是R=1000m时的变化曲线,虚线为R=2000m时的变化曲线。由图3可以看

13、出,由于弯曲的存在,衰减率随频率的变化和直隧道中有很大的不同。在直隧道中,衰减率随着频率的增大而逐渐变小,所以通常在井下通信系统中采用较高的频率。可是当弯曲存在时,频率在增大到一定程度时,衰减率不但不会下降,反而会迅速地增加,变化得快慢与弯曲半径有关:R越大,衰减率增加得越慢;R越小,衰减率增加得越快。因此在选用隧道中的无线通信频段时,并不是频率越高越好,比较合适的频段为5001500MHz。3结语x本文通过曲率对弯曲隧道中E11模电磁波传播参考文献:1孙继平,张长森.梯形隧道中电磁波的传播特性J.中国矿业大学学报,2003,32(1):6467.2孙继平,魏占勇.矿井隧道中电磁场能量的损耗J.中国矿业大学学报,2002,31(6):575578.3石庆冬,孙继平.弯曲矩形隧道中电磁波衰减特性J.中国矿业大学学报,2001,30(1):9193.4MARCATILIEAJ.BendsinOpticalDielectricGuidesJ.B.S.T.J.,1969,48:21032131.5ZHANGYP,HWANGY.CharacterizationofUHFRadio