【摘要】：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來,智慧城市的概念應(yīng)運而生,其中包括部分城市的市政設(shè)施智能監(jiān)測報警系統(tǒng)。它是利用布設(shè)在各種市政井蓋下的無線傳感節(jié)點來感知井蓋狀態(tài)信息和井下感興趣參數(shù),并通過移動通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)測平臺。但由于井下特殊的環(huán)境和金屬井蓋的屏蔽作用,導致信息傳輸質(zhì)量不佳,這既涉及到井下場景中的電波傳播特性的把握,又涉及到相關(guān)天線的設(shè)計。因此,對電磁波在井下通信場景中的傳播特性和相關(guān)井下天線的設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義。另外,由于特征模理論對天線的多頻段、寬帶化設(shè)計具有十分重要的指導意義。因此,本文在研究井下通信場景中電波傳播特性的基礎(chǔ)上,依據(jù)特征模理論,設(shè)計了三款不同工作頻段的井下監(jiān)測天線。主要內(nèi)容如下:首先在介紹微帶天線的腔模分析法和特征模式分析法的基礎(chǔ)上,分析其特征模式和特征參量,并與腔模理論計算值進行比較,為本文井下天線的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。然后針對自由空間中的場景,利用電磁仿真軟件仿真驗證電波傳播特性仿真方法的正確性。根據(jù)建立的井下通信模型,討論發(fā)射天線不同頻率和井下不同位置的場強分布情況,總結(jié)出井下監(jiān)測天線設(shè)計的基本要求,為本文的天線設(shè)計提供參考。接著介紹了天線設(shè)計的一般流程,并針對一個工程應(yīng)用場景設(shè)計了一款新型近場UHF-RFID天線。根據(jù)天線設(shè)計的流程和井下環(huán)境的特點,設(shè)計了工作在CDMA800頻段的井下監(jiān)測天線,并通過特征模分析法證明了該天線具有寬帶特性。最后,針對井下各種應(yīng)用場景,在特征模理論的指導下,設(shè)計了兩款分別工作在CDMA800/GSM900雙頻段和2G/3G/4G多頻段的井下監(jiān)測天線。論文詳細給出了天線的設(shè)計思路、仿真分析過程以及實物測試結(jié)果,分析結(jié)果表明,該天線具有良好的井下工程應(yīng)用前景。
【圖文】：

通信井電波傳播特性研究及可靠的研究方法，但是這種方法受到科研經(jīng)費以及測試環(huán)境等不同的、復雜的通信場景做實際的電波傳播測量是很困難的；磁仿真軟件的蓬勃發(fā)展，通過在軟件中模擬出電波傳播特性的的青睞[6][7]。這種方法所需要的設(shè)備成本低、運算精度高、不電磁波在復雜環(huán)境下的傳播特性提供了極大的方便，因此成為主要方法。空間內(nèi)電波傳播特性的研究，國內(nèi)外很多專家學者都做了很多 Atsuya Ando 團隊通過時域有限積分(Finite Integral Time Dom城市檢修井下的電波傳播特性進行研究[6][8]，仿真模型如圖 1.1外不同位置放置不同極化，不同頻率的發(fā)射天線，討論了井下情況時的接收功率。發(fā)射天線和接收天線均采用偶極子天線，磁波在井下的傳輸損耗和交叉極化比等傳播特性。

主要討論了天線不同的安裝位置、波束指向、波束寬度和不同的隧道尺寸對電波覆蓋的影響，對隧道中的天線布局和優(yōu)化及無線通信系統(tǒng)中電波覆蓋的性能評估具有重要意義[12]。但針對通信井內(nèi)移動頻段的電磁波傳播特性研究未見報道在通信井井下天線的設(shè)計方面，瑞士的 Nima Jamaly 團隊為增強城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，致力于井蓋微基站天線的設(shè)計[13][14]。其中有一款應(yīng)用于微基站的超寬帶地下多端口天線，天線放置于井蓋下方，工作頻率為 1.7-3GHz，端口間隔離度超過28dB, 實測結(jié)果也表明，該天線平均輻射效率超過 3dB，相比于偶極子天線的數(shù)據(jù)吞吐量提高了約 10%。2016 年，中北大學的張慧設(shè)計了一款基于北斗的窖井井蓋全向圓極化天線[15]，結(jié)構(gòu)如圖 1.2(a)所示。GPSL1 頻段(1575.42±1.023MHz)和北斗 B1頻段(1561.42±2.048MHz)內(nèi)的電壓駐波比均小于 1.5，天線最大增益達到了 4dB，仰角不圓度小于±1dB，符合通信井監(jiān)測系統(tǒng)的要求。2017 年，，韓國的 Yang 提出了一款低剖面圓形貼片加載的單極子天線，結(jié)構(gòu)如圖 1.2(b)所示。-10dB 工作帶寬為910-928MHz，通過仿真和方向圖的實測，天線在嵌入到井蓋后仍然具有全向輻射特性，最大增益 2.5dBi[16]。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN828

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 李大偉;受限空間電波覆蓋特性的研究[D];北京交通大學;2016年

2 賈明華;地鐵隧道環(huán)境毫米波傳播特性的研究[D];上海大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 吳建強;基于FEKO的無線電波傳播特性仿真分析[D];北京交通大學;2016年

2 孫健;通信井蓋無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];北京工業(yè)大學;2015年

3 馬雪;TD-LTE室外微蜂窩小區(qū)D頻段電波傳播特性研究[D];南京郵電大學;2015年

4 張瑩;特征模理論及其在天線中的應(yīng)用[D];電子科技大學;2012年

本文編號：2661184