受限空间中的新型天线设计及其电波覆盖特性的研究

发布时间：2017-08-14 20:15

  本文关键词：受限空间中的新型天线设计及其电波覆盖特性的研究

  更多相关文章： 电波覆盖特性 受限空间 波束形状 天线结构 环境因素

【摘要】：在隧道、矿井巷道这类常见的受限空间内,无线通信对车辆安全运行、人员安全工作具有十分重要的作用。但是这些受限空间的空间尺寸狭小,电磁环境复杂,电波传播的路径损耗较大,通信质量很难得到保障,其中天线性能对电波覆盖的影响至关重要。以往对受限环境中的电波覆盖特性研究大多考虑以平面波入射的情况,较少考虑天线存在时的影响。本文针对现有研究中存在的问题,选取了隧道作为典型的受限空间模型,将天线波束的归一化方向图函数与射线追踪方法联合建模,分析了不同形状波束对受限空间内电波覆盖的影响；提取了八木天线和平面阵列天线的归一化方向图函数,对其在受限空间内的电波覆盖特性进行了分析研究,并提出了天线的优化方案,提高了天线电波覆盖性能；讨论了隧道环境因素和天线工作频率对受限空间中电波覆盖特性的影响。本文的主要工作和创新点如下：1.研究了不同的天线波束形状对隧道内电波覆盖的影响。分析了四种具有相同半功率波瓣宽度但波束形状不同的方向图对隧道内电波覆盖的影响,讨论了其半功率波瓣宽度、波束发射位置所引起的电波衰落的变化；以电波传播路径损耗作为评价依据,通过对比分析不同形状波束在受限空间环境下的电波传播路径损耗曲线,得出了具有高方向性的矩形波束更适用于受限空间环境内电波覆盖的结论。2.研究了在工程中得到广泛应用的八木天线和平面阵列天线的天线结构及其辐射方向图函数,并对受限空间环境下的天线结构对其电波覆盖特性的影响进行了分析；通过对天线结构的优化,使其在隧道内的电波覆盖特性得到了改善：分析了在相同主瓣情况下,副瓣电平对于隧道内电波传播特性的影响。3.使用高斯波束作为发射波束,研究了在天线辐射参数相同的情况下,隧道尺寸、隧道壁参数(介电常数、导电率)等环境因素对隧道内电波覆盖特性的影响；同时研究了天线工作频率对其电波覆盖特性的影响,为日益丰富的通信频段在受限空间环境内的使用提供了一定的参考依据。
【关键词】：电波覆盖特性 受限空间 波束形状 天线结构 环境因素
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 研究现状12-13
• 1.3 本文主要内容和章节安排13-15
• 2 天线基础理论和电波传播预测方法与模型15-25
• 2.1 天线基础理论15-17
• 2.1.1 空间源产生的场15-16
• 2.1.2 天线的主要特性参数16-17
• 2.2 射线追踪方法17-20
• 2.2.1 镜像法18
• 2.2.2 发射射线法18-19
• 2.2.3 射线管法19
• 2.2.4 改进的射线追踪法19-20
• 2.3 受限空间电波传播损耗计算模型20-23
• 2.4 阵列天线理论23-25
• 3 天线波束形状对隧道内电波覆盖的影响25-41
• 3.1 具有相同3dB波瓣宽度的波束函数研究25-32
• 3.1.1 四种相同3dB波瓣宽度的波束函数及图像25-29
• 3.1.2 四种波束的二维平面图像比较分析29-32
• 3.2 不同形状波束不同宽度时在隧道内的场强分布对比32-37
• 3.3 不同形状波束在隧道内不同位置发射时产生的场强分布对比37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 两种天线在隧道内的电波覆盖特性研究及优化41-55
• 4.1 八木天线41-46
• 4.1.1 八木天线工作原理41-42
• 4.1.2 八木天线的波束研究42-43
• 4.1.3 八木天线不同安装位置的电波覆盖特性43-46
• 4.2 平面阵列天线46-50
• 4.2.1 平面阵列天线的阵因子46-47
• 4.2.2 平面阵列天线的波束研究47-48
• 4.2.3 平面阵列天线不同位置的电波覆盖特性48-50
• 4.3 优化后的天线电波覆盖特性比较50-54
• 4.3.1 优化后的八木天线电波覆盖特性比较51-52
• 4.3.2 优化后的平面阵列天线电波覆盖特性比较52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 隧道参数对电波覆盖特性的影响55-61
• 5.1 隧道截面尺寸对电波覆盖特性的影响55-57
• 5.2 隧道壁材料参数对电波覆盖特性的影响57-59
• 5.2.1 相对介电常数对电波覆盖特性的影响58
• 5.2.2 电导率对电波覆盖特性的影响58-59
• 5.3 天线工作频率对电波覆盖特性的影响59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 6 结论61-63
• 6.1 本文的主要结论61-62
• 6.2 工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 作者简历66-68
• 学位论文数据集68

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本文编号：674494