矩形隧道内菲涅尔区及其障碍物对电波传播影响.pdfVIP

第22卷增刊 电波科学学报 v01．22，Sup 2007年9月 CHlNESE oFRADIoSCⅡ粥CE JoURNAL Scptenl喊2007 矩形隧道内菲涅尔区及障碍物 对电波传播影响 张会清任明荣范青武 高学金 (北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100022) 摘要隧道内空间受限，多径衰落严重，通常条件下不满足自由空间传播条件． 论文研究了矩形隧道内菲涅尔区，分析了隧道四壁、障碍物及发信机的频率对电波 传播的影响，推导出了菲涅尔余隙与电波传播距离的关系式，为改善隧道内电波传 播的条件打下了基础。 关键词无线电波传播，隧道内菲涅尔区，仿真，矩形隧道 1 引 言 矩形隧道(如地铁隧道、矿井井下巷道、矩形 建筑物等)内流动人员的通信方式主要为无线通 信，由于隧道四壁(地板、顶板、两侧壁)及障碍物 (如矿用电机车、地铁列车等)的影响，隧道内无线 通信受到严重阻碍【l‘71，表现在通信距离短，通信 效果差，多数情况下不满足自由空间传播条件。论 文用菲涅尔理论研究了隧道内菲涅尔区，分析了隧 道四壁、障碍物及电波频率对电波传播的影响，推 导出了菲涅尔余隙与传播距离的关系式，得出了隧 圈l空间菲涅尔区 道内能够满足自由空间传播的条件，为采取措施改 善隧道内无线电波传播条件打下了基础。 式中d为收发天线间的直线距离，口l为收发天线的 连线上任意一点距发射天线的距离，口2是该点距 2菲涅尔区 接收天线的距离，d2d1+d2，五是信号的波长。 最小菲涅尔区半径，o表示接收点能得到与自 在收发天线之间，存在着对传输能量起主要作 由空间传播相同的信号场强时，所需的最小空间半 用的空间区域，若这个区域不被阻挡，符合自由空 径，也称自由空间传播余隙。最小菲涅尔区和第一 间传播的条件，就可以认为电波是在自由空间中传 菲涅尔区对电磁波的传播起主要作用，为传播主 播。该区域是根据惠更斯一菲涅尔原理求出的，为 区，只要它们不受阻挡，就可获得近似自由空间传 传播主区，又称菲涅尔区[8】。 菲涅尔区是以发射点(波源)和接收点为焦点 播的条件。 的旋转椭球面所包围的空间区域，根据惠更斯一菲 3隧道内菲涅尔区及障碍物对电波 涅尔原理[9】，从波源(发射天线)辐射到接收点(接 传播的影响 收天线)的电磁能量是通过一系列菲涅尔区进行传 在隧道内，隧道四壁和障碍物对电波传播都构 播的，分别称作第一、第二、…、第，l菲涅尔区。 成影响，现以煤矿井下巷道为例来建立隧道内菲涅 空间菲涅尔区示意图见图1。 第，l费涅尔区半径是 尔区，分析它们对电波传播的影响。 广—■=—● 对于煤矿井下，巷道中较大尺寸的障碍物是电 E=1／竺璺 (1) 机车，同时由于巷道空间狭小，四壁对传播也构成