煤礦井下超寬帶八木微帶天線的設(shè)計(jì)與測(cè)試

郭繼坤， 靳宇航

(黑龍江科技大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院, 哈爾濱 150022)

0 引 言

從目前的能源需求來(lái)看，煤炭仍是我國(guó)的主要能源。煤炭開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)礦難緊急情況的應(yīng)急處理，煤礦井下通信系統(tǒng)的研究尤為重要。近年來(lái)，隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，具有傳輸速率高，抗干繞能力強(qiáng)的超寬帶技術(shù)被應(yīng)用于礦井下的無(wú)線通信系統(tǒng)當(dāng)中，但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)于超寬帶技術(shù)的研究仍處于起步階段。加拿大的CANMET實(shí)驗(yàn)室建立了超寬帶信號(hào)的多徑井下衰落模型[1]，綜合各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)得出結(jié)論，超寬帶雷達(dá)應(yīng)用于礦井下時(shí)，可以通過(guò)定向天線組合發(fā)射的方式提高輻射效率，從而降低RMS延遲擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)最大傳輸符號(hào)速率的目的。郭繼坤等[2-3]以煤礦井下雙層塌方體為研究背景，建立了回波信號(hào)模型，通過(guò)分析直達(dá)波對(duì)目標(biāo)信號(hào)的影響，提出了一種適用于礦井下的去除直達(dá)波的方法，以及研究了UWB信號(hào)在穿透礦井塌方體后生命特征探測(cè)的技術(shù)。綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，超寬帶通信系統(tǒng)雖然有著高分辨特性和抗多徑衰落等能力，但由于其自身傳播距離受限，導(dǎo)致無(wú)法完成遠(yuǎn)距離生命信號(hào)的探測(cè)和井下人員的定位，以及井下多層塌方體的穿透。因此，筆者利用超寬帶信號(hào)自身的優(yōu)勢(shì)與天線作為電磁波與無(wú)線電信號(hào)的傳輸和轉(zhuǎn)化工具，對(duì)其設(shè)計(jì)和改進(jìn)以提高超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的傳播距離和穿透能力。

1 設(shè)計(jì)原理

為了設(shè)計(jì)出適用于煤礦井下的超寬帶天線，首先要考慮的是描述天線轉(zhuǎn)換電磁能量的能力大小和輻射性能好壞程度，而這些性能通常由以下性能指標(biāo)所決定。……