隧道壁粗糙度对UHF电磁波衰减及传播特性的影响深入探讨

本文主要探讨了隧道壁粗糙度对电磁波在隧道中传播特性的重要影响。研究者霍羽、徐钊和郑红党，来自中国矿业大学信电学院，针对隧道壁的粗糙表面如何影响电磁波的衰减和传播行为进行了深入分析。他们基于多模式电磁波理论，推导出了一个考虑粗糙度影响的衰减公式，这个公式揭示了粗糙度对衰落特性的影响随着频率的升高而增强。 文章指出，尽管已有文献提到粗糙度对低频信号传输影响较大，但在较高频率下，虽然粗糙度的影响可能会增加，但整体上衰减仍会随频率的上升而减小。然而，这些研究往往只关注单个波模，忽略了多波模的共同作用，这在实际隧道传播环境中并不准确。为了更全面地理解问题，本文考虑了多波模效应，发现高次模在粗糙隧道中的传播中起着关键作用，因为频率较高的波模能够以较小的掠射角传播，有利于远距离传输。 在矩形隧道中，当电磁波波长远小于隧道尺寸时，可以将其视为有损耗的介质波导，其中主要的传播模式是水平极化波（Emn_h）和垂直极化波（Emn_v）。研究者假设了隧道的具体参数，如宽度、高度和壁面的相对介电常数，这些因素在计算电磁波传播特性时是必不可少的。 通过仿真分析，作者发现粗糙度对衰减特性的影响呈现出显著的频率依赖性，尤其是在高频段，粗糙度导致的衰减更为明显。这为理解和优化隧道内的电磁波通信提供了有价值的理论依据，对于隧道通信工程、无线信号设计和电磁环境建模等领域具有实际意义。 本文的研究填补了现有文献在多波模效应和隧道壁粗糙度影响方面的空白，深化了我们对隧道内电磁波传播特性的理解，有助于提升通信系统的性能和稳定性。