受限空間電波覆蓋特性的研究.pdf

1、受限空間中無線通信是保障其中移動載體安全運行、人員安全工作以及對外信息交流的重要手段，而天線類型的選取和天線的布局優(yōu)化以及高效的電波覆蓋是受限空間中無線通信的重要基礎(chǔ)，從根本上決定著受限空間中的無線通信質(zhì)量和可靠性。受限空間中天線產(chǎn)生的電磁波與環(huán)境相互作用強烈，使場強分布變得很不均勻，因此研究受限空間中電波覆蓋的規(guī)律是天線系統(tǒng)布局和優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。現(xiàn)有的電波傳播預(yù)測模型大都把天線和傳播環(huán)境分割開來，相對獨立的研究受限空間中的特征和規(guī)律，

2、忽視了天線特性對電波覆蓋的影響。本文結(jié)合國家自然科學基金重點項目“受限空間支撐高效電波覆蓋的天線理論與技術(shù)”(No.61331002)，以鐵路移動通信系統(tǒng)(GSM-R)為應(yīng)用背景，研究了鐵路隧道中與發(fā)射天線相關(guān)的電波覆蓋特性。對隧道中的天線布局和優(yōu)化以及無線通信系統(tǒng)電波覆蓋的性能評估具有重要意義。本文的主要創(chuàng)新性工作有如下幾個方面:
　　1、建立了隧道環(huán)境中基于鏡像法的射線追蹤方法，并研究了不同橫截面隧道中線極化波與圓極化波的電波

3、覆蓋規(guī)律，揭示了不同極化波在隧道中形成不同電波覆蓋的原因;對實際隧道中天線的電波覆蓋特性進行了實驗研究，驗證了理論結(jié)果的正確性。
　　2、提出了包含天線參數(shù)（波瓣寬度，波束指向）及位置在內(nèi)的波導模式預(yù)測模型，并應(yīng)用此預(yù)測模型分析了天線參數(shù)對隧道內(nèi)電波覆蓋及時延特性的影響，推導了寬帶時延的理論公式，發(fā)現(xiàn)了不同天線參數(shù)會激勵出不同的波導模式幅度，從而影響電波覆蓋規(guī)律。
　　3、分析了天線參數(shù)對隧道內(nèi)電波覆蓋間斷點的影響，并利用曲

4、線擬合方法給出了包含天線參數(shù)在內(nèi)預(yù)測間斷點位置的擬合公式，為快速估計隧道內(nèi)電波覆蓋規(guī)律提供了一種有效的方法。
　　4、采用FDTD與等效原理相結(jié)合方法，建立了受限空間環(huán)境下天線產(chǎn)生的電波覆蓋的全波預(yù)測方法，并將算法并行化，分析了天線在矩形截面和拱形截面隧道中的電波覆蓋特征，研究了存在列車情況下隧道中的電波覆蓋特性。
　　5、利用FDTD方法建立了包含數(shù)字基帶模塊、收發(fā)天線以及鐵路環(huán)境在內(nèi)的無線鏈路一體化仿真模型，采用與實際G