优化矿用天线矩形巷道波束设计:最佳指标与影响因素

本文主要探讨了矿用天线在矩形巷道中的最佳波束指标选择问题，针对煤矿井巷环境中无线通信的需求，波束宽度的选择至关重要。传统的波束设计需兼顾多径衰落的有效抑制和覆盖范围的扩大，过宽的波束可能导致信号强度下降，而过窄的波束则可能无法充分覆盖巷道边缘。 作者们引用了多波模波导理论，作为制定矿用天线波束指标的基础。他们研究了理想点源在巷道中的辐射场分布特性，这涉及到方向函数的计算和半功率波瓣宽度的推导。通过理论分析和数值仿真，他们考察了巷道波导结构、介质壁电参数、载波频率以及电磁波传播距离等因素对波束性能的影响。 研究结果显示，为了显著改善巷道内的无线覆盖效果，矿用天线的理想选择是发射具有扁平形状，主瓣宽度接近π/2的高斯波束。这是因为高斯波束在空间上的集中度较高，能更好地控制信号的指向性和减少信号泄露。同时，天线的半功率波瓣宽度应设定得比理想点源在巷道第一和第二传播区间的波瓣宽度还要窄，这样可以确保信号集中在主要覆盖区域内，避免能量的无效扩散。 关键词：无线通信、井下巷道、天线、波束指标。这项研究基于国家自然科学基金面上资助项目（61471361）和江苏省自然科学基金资助项目（BK20160264），旨在为矿井无线通信系统的优化设计提供科学依据，提高通信质量和效率。文章于2017年10月发表在《煤炭学报》上，收稿日期为2017年3月15日，经过修订后于同年4月10日发表。该研究成果对于提升矿井通信系统的实用性和可靠性具有重要意义。