矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响
矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影
响
磊第赢赫意Vo1.16.No.1March.2001
文章编号:10050388(2001)OlOlO0—03
矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响
孙继平石庆冬
(中国矿业大学北京校区信息工程研究所,北京100088)
摘要将隧道看作波导,利用有限元素法,
了矩形隧道中的列车对电磁波截止额
率的影响,可知列车的存在使TE波模的截止频率降低,使TM波模的藏止频率升
高.
关键词隧道波导有限元素法截止频率电磁波模
中图分类号TD65文献标识码A
Effectsoftrainsoncutofffrequencyinrectangulartunnel
SUNJi-pingSHIQing-dong
(ResearchInstituteofInformatirmEngineering,ChinaUniv.ofMiningand
Technology—BugCampus,Beijing100083tChina)
AbstractEffectsoftrainsinarectangulartunnelonthecutofffrequencywereana
lyzedbythefiniteelementmethodwhenthetunnelhadbeenregardedasawaveguide.
Generally,thetrainsintunnelloweredTEwavecutofffrequenciesandraisedTMwave
cutofffrequencies.
Keywordstunnelwaveguidefinite—elementmethodcutofffrequencyelectro——
magneticwavemode
1引言
矿井中的无线通信对于安全生产和紧急救护是
必要的.一般地,空隧道被看作波导,只有当工作频
率高于截止频率时,无线通信才是可能的.列车的存
在对截止频率会产生影响,下面将采用有限元素法
研究该影响.
2基本原理
根据实际情况及安全生产的需要,采用如图
l所示的矩形隧道.图l是含一辆列车的矩形隧道
的剖面图,设列车的宽为1.2m.高为h(m),其它尺
寸如图所示为了使问题简化,假设罐道与列车都是
无限长直的并且都是良导体可以采用直角坐标系
(.,#),要研究的问题是二维(一平面上的)问
题.设巷道内区域
示为D(D内为空气),其边界
(由巷道壁与列车壁围成)表示为L.TE波模可表示
收藕日期:2000—05—24
为Helmho]tz方程
Z
图1古一辆列车的矩形隧道剖面图
(长度单位为米(m))
\/Hj+Hz一0
aH7一0
对于TM波模:
2Ez+H2—0
在D内
在,.上(1)
在,J内
第1期孙继平等:矩形隧道中的列车时电磁波截止频率的影响101
E=0在L上(2)
用有限元素法来求解,上边两式的等效泛函
为?:
l厂?{(+(翥郴?
其中?一日(或),Hz是磁场的方向分量,E是
电场的方向分量,k是截止波数.a/&是沿边界
法方向的偏导数.用有限元素法可以将(3)式化为一
个广义特征值问题.可求得特征值k,则截止频率
为:一矗/(2?),和分别为自由空间
介电常数和磁导率.
3数值结果
图2是图1的TE波模的截止频率随列车高度
h的变化情况,图3是图1的TM波模的情况.图4
是含两辆列车的矩车的存在,
使得TE波模的截止频率下降,使得TM波模的截
止频率上升.
参考文献
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嶷行业标准3项
孙继平(I958一).男,山西
人.博士现为中国矿业大学(北
京校区)教授,博士生导师,信息
I程研究所所长.长期从事计算
机监控,网络,媒体技术和移动
通信等方面的教学与科研I作.
出版专着3部,译着l部,制定煤
获部级科研成果6项.专利3项,
煤蛊部,能源部,国家教委科技进步奖3项中国煤
炭I业劳保学会安奎监控专业委员会主任委员兼秘
书长.中国煤炭学会计算机通讯专业委员会委员.
石庆冬(1971),男,江
苏人,博士研究生,研究方向为
矿井电磁传输特性
(上接第88页)
电离层引起的角度偏移量是很小的,在1E3度
量级.入射角的比率在IE一5量级.考虑波束角宽度
为时,由于电离层的折射,波束角将变窄.即电离
层具有聚焦的作用.但其幅度是非常小的.在1E4
量级.波束角宽度减小的百分比幅度为
警一4丁0,4COSH等H一卢一…LH.一”
-n等…一一育J?D1
6
本文采用简单的电子密度模型,在水平分层下
得到了地面距离偏移公式比文献中公式具有更高的
精度,在球面分层下给出了修正的距离偏移公式.分
析r电离层引起的电波方向偏转.及相应的波束角
宽度变化
对于星载合成孔径雷达,电离层引起的距离偏
移造成图象位置的偏移.同时使单位脉冲响应扩展.
幅度为?P:2?xE/.取中心频率为200MHz.相
对带宽为5.人射角30.C.则扩展量为8m左右,
严重的破坏了分辨率,电离层的时空变化也将影响
雷达成像质量.
参考文献
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二4]张澄被.综合孔径雷达原理,系统分析与应用[M]
Jc京:科学出版社1989.423,487
赵万里(1972).男,陕
西人.国防科学技术大学电子
科学与工程学院博士研究生.
研究方向为雷达信号处理
梁甸农男,教授,博士生导师.主要研究方向
为雷达信号处理,现在国防科学技术大学电子科学
与工程学院综合电子信息系统研究所主持国防重点
预研项目”超宽带雷达体制和关键技术研究”
周智敏教授.现任国防科学技术大学电子科
学与工程学院综舍电子信息系统研究所所长.主要
研究方向为雷选信号处理.