【摘 要】
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建立可靠性高的井下通信系统对于井下资源开采和利用以及提高井下工作的安全系数至关重要,同时分析井下弯曲巷道中的电磁波传播特性对提升井下通信系统的性能具有重要意义。本文旨在研究矩形弯曲矿井巷道中的电磁波反射场强,提出了适用于矩形弯曲矿井巷道的电磁波反射场强预测方法,包括井下L型巷道和折线型巷道中的电磁波反射场强预测以及影响因素,如收发点的位置和天线的发射频率等对接收点反射场强的影响。本文所取得的主要成
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建立可靠性高的井下通信系统对于井下资源开采和利用以及提高井下工作的安全系数至关重要,同时分析井下弯曲巷道中的电磁波传播特性对提升井下通信系统的性能具有重要意义。本文旨在研究矩形弯曲矿井巷道中的电磁波反射场强,提出了适用于矩形弯曲矿井巷道的电磁波反射场强预测方法,包括井下L型巷道和折线型巷道中的电磁波反射场强预测以及影响因素,如收发点的位置和天线的发射频率等对接收点反射场强的影响。本文所取得的主要成果包括:（1）提出了一种适用于矩形直角弯曲矿井巷道（L型矿井巷道）,即巷道的弯折角度θ=90°时接收点反射场强的预测方法,可预测矩形直角弯曲矿井巷道中电磁波反射场强的衰减特性。所提出的方法通过判断反射点是否在反射平面内与是否在镜像点和接收点连线的端点之间,以及判断射线路径是否未被L型矿井巷道的障碍平面遮挡,从而确定L型矿井巷道有效的电磁波反射路径与反射线数目。仿真分析表明,所提出的方法能够有效统计出L型矿井巷道有效反射线数目和预测L型巷道中接收点的反射场强的衰减特性。（2）为了分析巷道的弯折角度θ为锐角（0°<θ<90°）时接收点反射场强的衰减特性,在L型矿井巷道接收点反射场强预测方法的基础上,提出了一种适用于折线型矿井巷道的接收点反射场强的预测方法,可预测折线型巷道中电磁波反射场强的衰减特性。所提出的方法将折线型巷道模型中反射平面的端点坐标、反射平面方程、反射平面的边界范围以及障碍平面的边界范围都推导为用巷道的弯折角度θ定量表示的表达式,并判断此时的射线路径是否未被折线型矿井巷道的障碍平面遮挡,从而确定折线型矿井巷道有效的电磁波反射路径与反射线数目。仿真分析表明,所提出的方法能够有效统计出折线型矿井巷道中的有效反射线数目和预测折线型矿井巷道接收点的反射场强的衰减特性。（3）井下L型巷道和折线型巷道中的电磁波反射场强不仅受到巷道弯曲的很大影响,而且还受到收发点在矿井巷道中的水平位置和高度、天线的发射频率、介电常数以及巷道宽和高的影响。当收发点位于巷道的中心位置且收发点的高度相同时,接收点反射场强的衰减较小;场强衰减的大小随天线发射频率的升高而增大;介电常数越大,接收点反射场强的衰减越大;矿井巷道的宽度或高度较大时接收点反射场强的衰减越小,有利于电磁波的传输。对比分析了同条件下巷道的弯折角度为90°和60°时场强的衰减大小,可知弯折角度越大,接收点反射场强的衰减越大。
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