本文關(guān)鍵詞：受限空間中的新型天線設(shè)計(jì)及其電波覆蓋特性的研究

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【摘要】：在隧道、礦井巷道這類常見的受限空間內(nèi),無線通信對(duì)車輛安全運(yùn)行、人員安全工作具有十分重要的作用。但是這些受限空間的空間尺寸狹小,電磁環(huán)境復(fù)雜,電波傳播的路徑損耗較大,通信質(zhì)量很難得到保障,其中天線性能對(duì)電波覆蓋的影響至關(guān)重要。以往對(duì)受限環(huán)境中的電波覆蓋特性研究大多考慮以平面波入射的情況,較少考慮天線存在時(shí)的影響。本文針對(duì)現(xiàn)有研究中存在的問題,選取了隧道作為典型的受限空間模型,將天線波束的歸一化方向圖函數(shù)與射線追蹤方法聯(lián)合建模,分析了不同形狀波束對(duì)受限空間內(nèi)電波覆蓋的影響；提取了八木天線和平面陣列天線的歸一化方向圖函數(shù),對(duì)其在受限空間內(nèi)的電波覆蓋特性進(jìn)行了分析研究,并提出了天線的優(yōu)化方案,提高了天線電波覆蓋性能；討論了隧道環(huán)境因素和天線工作頻率對(duì)受限空間中電波覆蓋特性的影響。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.研究了不同的天線波束形狀對(duì)隧道內(nèi)電波覆蓋的影響。分析了四種具有相同半功率波瓣寬度但波束形狀不同的方向圖對(duì)隧道內(nèi)電波覆蓋的影響,討論了其半功率波瓣寬度、波束發(fā)射位置所引起的電波衰落的變化；以電波傳播路徑損耗作為評(píng)價(jià)依據(jù),通過對(duì)比分析不同形狀波束在受限空間環(huán)境下的電波傳播路徑損耗曲線,得出了具有高方向性的矩形波束更適用于受限空間環(huán)境內(nèi)電波覆蓋的結(jié)論。2.研究了在工程中得到廣泛應(yīng)用的八木天線和平面陣列天線的天線結(jié)構(gòu)及其輻射方向圖函數(shù),并對(duì)受限空間環(huán)境下的天線結(jié)構(gòu)對(duì)其電波覆蓋特性的影響進(jìn)行了分析；通過對(duì)天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,使其在隧道內(nèi)的電波覆蓋特性得到了改善：分析了在相同主瓣情況下,副瓣電平對(duì)于隧道內(nèi)電波傳播特性的影響。3.使用高斯波束作為發(fā)射波束,研究了在天線輻射參數(shù)相同的情況下,隧道尺寸、隧道壁參數(shù)(介電常數(shù)、導(dǎo)電率)等環(huán)境因素對(duì)隧道內(nèi)電波覆蓋特性的影響；同時(shí)研究了天線工作頻率對(duì)其電波覆蓋特性的影響,為日益豐富的通信頻段在受限空間環(huán)境內(nèi)的使用提供了一定的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：電波覆蓋特性 受限空間 波束形狀 天線結(jié)構(gòu) 環(huán)境因素
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN820
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要內(nèi)容和章節(jié)安排13-15
• 2 天線基礎(chǔ)理論和電波傳播預(yù)測(cè)方法與模型15-25
• 2.1 天線基礎(chǔ)理論15-17
• 2.1.1 空間源產(chǎn)生的場15-16
• 2.1.2 天線的主要特性參數(shù)16-17
• 2.2 射線追蹤方法17-20
• 2.2.1 鏡像法18
• 2.2.2 發(fā)射射線法18-19
• 2.2.3 射線管法19
• 2.2.4 改進(jìn)的射線追蹤法19-20
• 2.3 受限空間電波傳播損耗計(jì)算模型20-23
• 2.4 陣列天線理論23-25
• 3 天線波束形狀對(duì)隧道內(nèi)電波覆蓋的影響25-41
• 3.1 具有相同3dB波瓣寬度的波束函數(shù)研究25-32
• 3.1.1 四種相同3dB波瓣寬度的波束函數(shù)及圖像25-29
• 3.1.2 四種波束的二維平面圖像比較分析29-32
• 3.2 不同形狀波束不同寬度時(shí)在隧道內(nèi)的場強(qiáng)分布對(duì)比32-37
• 3.3 不同形狀波束在隧道內(nèi)不同位置發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的場強(qiáng)分布對(duì)比37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 4 兩種天線在隧道內(nèi)的電波覆蓋特性研究及優(yōu)化41-55
• 4.1 八木天線41-46
• 4.1.1 八木天線工作原理41-42
• 4.1.2 八木天線的波束研究42-43
• 4.1.3 八木天線不同安裝位置的電波覆蓋特性43-46
• 4.2 平面陣列天線46-50
• 4.2.1 平面陣列天線的陣因子46-47
• 4.2.2 平面陣列天線的波束研究47-48
• 4.2.3 平面陣列天線不同位置的電波覆蓋特性48-50
• 4.3 優(yōu)化后的天線電波覆蓋特性比較50-54
• 4.3.1 優(yōu)化后的八木天線電波覆蓋特性比較51-52
• 4.3.2 優(yōu)化后的平面陣列天線電波覆蓋特性比較52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5 隧道參數(shù)對(duì)電波覆蓋特性的影響55-61
• 5.1 隧道截面尺寸對(duì)電波覆蓋特性的影響55-57
• 5.2 隧道壁材料參數(shù)對(duì)電波覆蓋特性的影響57-59
• 5.2.1 相對(duì)介電常數(shù)對(duì)電波覆蓋特性的影響58
• 5.2.2 電導(dǎo)率對(duì)電波覆蓋特性的影響58-59
• 5.3 天線工作頻率對(duì)電波覆蓋特性的影響59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 6 結(jié)論61-63
• 6.1 本文的主要結(jié)論61-62
• 6.2 工作展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 作者簡歷66-68
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集68

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