FDTD礦井無線傳輸特性分析方法研究

張高敏，劉 毅，彭 銘

（中國礦業(yè)大學（北京） 機電與信息工程學院，北京 100083）

0 引 言

礦井移動通信、人員及車輛定位、無線攝像機、無線傳感器等無線通信技術和裝備，已在煤礦井下推廣應用，在煤礦安全生產和煤礦智能化中發(fā)揮著重要作用[1-2]。礦井電磁波傳輸和能量分布與自由空間不同，受巷道斷面形狀和大小、巷道彎曲和分支、通行車輛等影響較大，地面開放空間的電磁波傳播理論不能直接用于礦井巷道內。為保證車輛和行人正常通行，無線通信基站和固定無線通信設備（如無線攝像機和無線傳感器等）天線一般安裝在巷幫附近。為了提高礦井無線信號覆蓋范圍，提升礦井無線通信質量，減少井下無線通信基站數量，需要研究無線通信基站天線和固定無線通信設備天線安裝位置對礦井電磁波傳播特性的影響。

目前，礦井電磁波傳播分析方法主要有現場實測法[2-5]、波導模態(tài)法（Waveguide Modal）[6-8]、幾何光學法（Geometrical Optical, GO）[9-11]，時域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain，FDTD）等[12-15]。張躍平等[3]用900 MHz無線電波在礦井巷道斷面中心區(qū)域測量，根據接收信號功率用線性回歸分析方法，把巷道內傳播區(qū)域分為快速衰減和緩慢衰減兩部分，但沒有給出計算公式和經驗公式。文獻[3-5]在不同類型巷道內用450～900 MHz、2.4 G Hz電磁波開展測量試驗，給出不同巷道斷面面積、巷道彎曲度、電磁波極化類型等條件下電磁波隨距離變化的衰減規(guī)律，但測量時發(fā)射天線和接收天線都在巷道斷面中心。EMSLIE等[6]研究200～4 000 MHz范圍內的礦井電磁波，該波段的波……