隧道内的无线电电波传播特性分析.doc

隧道内的无线电波传播分析 本文分析了矩形截面与多扩展墙壁的隧道中的电波特性这些墙由表面水分层、?混凝土、?钢筋网、?混凝土和基岩在分析中，几何光学近似用于确定在这条隧道的电波传播途径形成每一层的多层墙体材料的输入的阻抗是由等效传输线矩阵给出，并应用于隧道墙的无线电波反射损耗的计算此外，我们举例计算的电波传播特点在隧道内使用隧道断面尺寸、?岩石、钢筋混凝土介电常数其他参数。 在最近的几年，小型无线电设备，包括便携式电话，用于在信息通信系统在隧道和在隧道施工下道信息通信系统在隧道为了有效地使用这样一个系统，隧道内电波传播特性的知识是必不可少的。在隧道中，无线电波因为其中大部分经过多次反射从周围的墙壁，还有一些渗透到墙。衰减量取决于射，隧道的横截面，墙壁上表面材料的介电常数，发射机与接收机之间的距离，和其他因素 图1 隧道内的通信系统的基岩和土壤 图2 矩形隧道和基本模式允许实现此类隧道稳定传播的小衰减的无线电波传播从麦斯威尔的方程和边界条件 ：x方向上的电场 Hy ：y方向上的磁场 k1 ：x方向上的传播常数 k2 ：y方向上的传播常数 k3 ：z方向上的传播常数 k0：自由空间中的传播常数 在公式（7）和（8）中，实部是相位常数，虚部是反射损耗。因此，可以通过公式（7）和（8）确定隧道四周均匀电介质中的传输损耗。在目前的分析中，相比的隧道截面，它的波长很小；因此，几何光学中，可以从近似公式（7）和（8）的实部确定相位常数的传播路径。此外，反射损耗可以确定为无线电波从无限平面多重反射损失多层墙体的不同介电常数材料组成。从公式（7）和（8）实部可以确定沿x和y轴传播常数为： 因此，在x-z平面的电波传播路由和y -z平面的电波传播路径分别如图3(b)和图3（c)所示。从公式（9）可以看出电波沿x轴的相位常数 β1 和从公式（6）可以知道，电波传播方向与自由空间的无线电波的壁面上的 把公式（6）和（9）带入可得： 同理，下面的公式可以推导： Za和Zb分别是通过一次反射无线电波抵达x-z平面和y-z平面的距离为： 图3 传播的主模式 隧道表面的反射损耗 假定隧道的波长将小于截面尺寸，隧道壁是多层介质组成的表面水分层，混凝土、?钢筋网、?混凝土，与母岩、?土壤组成的无限的平面，无线电波在墙体表面上的反射损耗的等效电路如图5所示。计算主要是对TE和TM模式的，但我们的重点在TE模式。TE模式和TM模式分别有下标变量e和m。在图5中，Z4e是介电常数为E的无限厚基岩和土壤的特征阻抗。这是以θ角入射到隧道的TE模式的电波。它的特征阻抗有下面的公式决定。我们规定在自由空间的特征阻抗是Z0=377欧姆。 下面，图5的总的反射系数： 图4 混合多乘此的隧道枪 图5 混合多层次隧道强的等效电路 在（22）中[F1e][F2e][F3e]是图4中第一、二、三和四层介质的反射系数。在TE模式的无线电波在介质表面入射角θ0，每个层的厚度是Li ，相对 介电常数是εj。另外，[Fre]是从钢筋网的大小确定的传输矩阵 在TE模式中，反射系数和无线电波的回波损耗可由（24）表示： 类似的，在TM模式下的反射系数为： 这里是TM模式下的回波损耗。 由于多次反射从隧道侧壁表面，图3（b）?x-z平面上，沿z轴传播过程中每单位长度的TE模式的无线电波的反射损耗为： 因此，整条隧道的单位长度的?Eh11模式的传输损耗是无线电波的无线电波在侧壁上的TE?模式中的损失和?TM?模在天花板和地板的损失的总和： Ev11模式每单位长度的传输损耗被通过在x-y平面上的90度旋转电磁场的Eh11模式： 计算实例 两种类型的隧道截面用于的计算，其中钢筋混凝土墙体与基岩下，显示在图6和7。我们计算每100米长度为水平极化和垂直极化波的传播损耗的两个单元的频率范围从300MHz至3（1.3）GHz，在每个上述截面隧道（传播损耗由符号Xh，Xv和在下列数字显示计算的结果）。 钢筋混凝 图6 计算模型 图7 通过基岩隧洞的横截面 图8 无线电波传播在有没有钢筋混凝土网格的情况 这张图显示的反射损耗为RH和RV在网格的具体案例是小的（或有利于电波传播）比较案例的反射损失的CH和CV没有频率在大约700或更少的网格MHA。超过这个频率，确定网格是在混凝土或不存在对结果没有影响。 台下基岩施工 测试所使用的分析方法，在隧道开挖基岩，通过测量无线电波的传播特性，并对隧道模拟相同的条件下进行。隧道基岩墙水稍顺着天花板和侧壁的细流。地面图7隧道横截面2.8-m宽3.6-mhigh是湿的。平均而言，表面水分层厚约0.002-111在墙壁和地板上0