矿用天线在矩形巷道中应用的最佳波束指标

霍羽^1,2，郑红党²，胡延军^1,2，张国鹏^1,3

1. 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室2. 中国矿业大学信息与控制工程学院3. 中国矿业大学计算机科学与技术学院

摘 要：煤矿井巷中,如果天线的波束过宽,则难以有效抑制多径衰落、增大覆盖范围;反之,如果波束过窄,则容易使巷道的边缘区域得不到有效覆盖。利用多波模波导理论,讨论得出理想点源在巷道中的辐射场分布特性是制定矿用天线波束指标的理论依据。在此基础上,推导了井下理想点源的方向函数和半功率波瓣宽度。随后,统计计算结合相关仿真,讨论了巷道波导结构、介质壁电参数、载波频率和电磁波传播距离的影响。根据分析所得,结合相关推导与比较,给出了矿用天线的最佳波束指标:为明显改善巷道内的无线覆盖效果,矿用天线应辐射形状较扁的均值为π/2的Gaussian波束;且天线的半功率波瓣宽度至少要窄于理想点源辐射场在巷道第I,II传播区分界点处的波瓣宽度。

关键词：无线通信;井下巷道;天线;波束指标;