受限空间中稳定可靠的无线通信系统是其中车辆安全运行的重要保障,电磁波作为无线通信系统信号的载体,其高效覆盖决定着无线通信系统的性能。电磁场数值计算方法被广泛应用于受限空间中电波覆盖问题的研究,然而由于受限空间中发射天线的参数、物理结构以及电磁环境复杂多样,单一的数值方法难以独立计算大尺寸、复杂场景受限空间内的电波覆盖问题。本文结合国家自然科学基金重点项目“受限空间支撑高效电波覆盖的天线理论与技术”,在研究单一数值计算方法的基础上提出了混合计算方法,并采用混合方法计算分析了多种情况下的硬边界受限空间中的电波覆盖特性。此外,还进行了大量实验工作,获得了丰富的实测数据。本文工作可为受限空间中高效电波覆盖方案的设计提供理论基础和技术支撑。本文的主要创新性研究工作如下:1.研究了硬边界受限空间中预测电波传播的矢量抛物方程方法、射线追踪方法和时域有限差分方法;提出了隧道中三维宽角抛物方程方法和局部细化网格抛物方程方法,并利用这些方法研究了隧道中存在列车时的电波覆盖特性;研究了弯曲隧道初始横截面上不同位置发射天线产生的电波传播特性,并由此分析得到了可能的最佳发射天线安装位置;利用射线追踪方法对实际地铁站台的电波覆盖特性进行了计算和分析。2.提出了硬边界受限空间中的混合数值计算方法,在计算效率、准确度和应用范围三方面实现了很好的折衷。采用混合方法计算了矩形截面隧道和楼道内的电波覆盖特性,并与单一数值方法计算结果和实测结果进行了比较,验证了混合数值计算方法的有效性,为受限空间中电波覆盖特性的计算和分析提供了高效方法。3.利用混合计算方法研究了复杂隧道环境中的电波覆盖特性。在研究中采用了较为真实的车体模型和收发天线模型,并计算了列车处于不同大尺度隧道环境下的接收天线输出电压,总结了列车接收电压的变化规律;同时研究了隧道中存在天线接续、障碍物等情况时的电波覆盖特性。4.利用混合计算方法研究了多场景地铁受限空间中的电波覆盖特性。研究了地铁内列车控制通信系统之外的同频公众通信系统天线在地铁站台与隧道交界处产生的“额外”电波覆盖特性,计算了其可能对列车控制通信系统电波覆盖特性造成的影响,并以影响最小为目标优化了同频天线的安装位置。此外,通过混合方法还计算得到了列车车体对地铁隧道中电波传播特性的影响,明确了隧道中的电波从列车外部进入内部时,车体的正面及侧面结构对电波传播能量的影响。5.测量了实际半圆形截面的隧道场景中不同收发天线情况下隧道内的接收功率分布。同时结合经验性模型分析得到了不同天线参数对隧道中电波传播特性的影响,并以此作为优化依据,从天线设计及其布局的角度对隧道内高效电波覆盖方案的制定提出了建议。