【摘要】：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來,智慧城市的概念應(yīng)運(yùn)而生,其中包括部分城市的市政設(shè)施智能監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。它是利用布設(shè)在各種市政井蓋下的無線傳感節(jié)點(diǎn)來感知井蓋狀態(tài)信息和井下感興趣參數(shù),并通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)測(cè)平臺(tái)。但由于井下特殊的環(huán)境和金屬井蓋的屏蔽作用,導(dǎo)致信息傳輸質(zhì)量不佳,這既涉及到井下場(chǎng)景中的電波傳播特性的把握,又涉及到相關(guān)天線的設(shè)計(jì)。因此,對(duì)電磁波在井下通信場(chǎng)景中的傳播特性和相關(guān)井下天線的設(shè)計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外,由于特征模理論對(duì)天線的多頻段、寬帶化設(shè)計(jì)具有十分重要的指導(dǎo)意義。因此,本文在研究井下通信場(chǎng)景中電波傳播特性的基礎(chǔ)上,依據(jù)特征模理論,設(shè)計(jì)了三款不同工作頻段的井下監(jiān)測(cè)天線。主要內(nèi)容如下:首先在介紹微帶天線的腔模分析法和特征模式分析法的基礎(chǔ)上,分析其特征模式和特征參量,并與腔模理論計(jì)算值進(jìn)行比較,為本文井下天線的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。然后針對(duì)自由空間中的場(chǎng)景,利用電磁仿真軟件仿真驗(yàn)證電波傳播特性仿真方法的正確性。根據(jù)建立的井下通信模型,討論發(fā)射天線不同頻率和井下不同位置的場(chǎng)強(qiáng)分布情況,總結(jié)出井下監(jiān)測(cè)天線設(shè)計(jì)的基本要求,為本文的天線設(shè)計(jì)提供參考。接著介紹了天線設(shè)計(jì)的一般流程,并針對(duì)一個(gè)工程應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)了一款新型近場(chǎng)UHF-RFID天線。根據(jù)天線設(shè)計(jì)的流程和井下環(huán)境的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了工作在CDMA800頻段的井下監(jiān)測(cè)天線,并通過特征模分析法證明了該天線具有寬帶特性。最后,針對(duì)井下各種應(yīng)用場(chǎng)景,在特征模理論的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)了兩款分別工作在CDMA800/GSM900雙頻段和2G/3G/4G多頻段的井下監(jiān)測(cè)天線。論文詳細(xì)給出了天線的設(shè)計(jì)思路、仿真分析過程以及實(shí)物測(cè)試結(jié)果,分析結(jié)果表明,該天線具有良好的井下工程應(yīng)用前景。
【圖文】：

通信井電波傳播特性研究及可靠的研究方法，但是這種方法受到科研經(jīng)費(fèi)以及測(cè)試環(huán)境等不同的、復(fù)雜的通信場(chǎng)景做實(shí)際的電波傳播測(cè)量是很困難的；磁仿真軟件的蓬勃發(fā)展，通過在軟件中模擬出電波傳播特性的的青睞[6][7]。這種方法所需要的設(shè)備成本低、運(yùn)算精度高、不電磁波在復(fù)雜環(huán)境下的傳播特性提供了極大的方便，因此成為主要方法。空間內(nèi)電波傳播特性的研究，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者都做了很多 Atsuya Ando 團(tuán)隊(duì)通過時(shí)域有限積分(Finite Integral Time Dom城市檢修井下的電波傳播特性進(jìn)行研究[6][8]，仿真模型如圖 1.1外不同位置放置不同極化，不同頻率的發(fā)射天線，討論了井下情況時(shí)的接收功率。發(fā)射天線和接收天線均采用偶極子天線，磁波在井下的傳輸損耗和交叉極化比等傳播特性。

主要討論了天線不同的安裝位置、波束指向、波束寬度和不同的隧道尺寸對(duì)電波覆蓋的影響，對(duì)隧道中的天線布局和優(yōu)化及無線通信系統(tǒng)中電波覆蓋的性能評(píng)估具有重要意義[12]。但針對(duì)通信井內(nèi)移動(dòng)頻段的電磁波傳播特性研究未見報(bào)道在通信井井下天線的設(shè)計(jì)方面，瑞士的 Nima Jamaly 團(tuán)隊(duì)為增強(qiáng)城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，致力于井蓋微基站天線的設(shè)計(jì)[13][14]。其中有一款應(yīng)用于微基站的超寬帶地下多端口天線，天線放置于井蓋下方，工作頻率為 1.7-3GHz，端口間隔離度超過28dB, 實(shí)測(cè)結(jié)果也表明，該天線平均輻射效率超過 3dB，相比于偶極子天線的數(shù)據(jù)吞吐量提高了約 10%。2016 年，中北大學(xué)的張慧設(shè)計(jì)了一款基于北斗的窖井井蓋全向圓極化天線[15]，結(jié)構(gòu)如圖 1.2(a)所示。GPSL1 頻段(1575.42±1.023MHz)和北斗 B1頻段(1561.42±2.048MHz)內(nèi)的電壓駐波比均小于 1.5，天線最大增益達(dá)到了 4dB，仰角不圓度小于±1dB，符合通信井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。2017 年，，韓國(guó)的 Yang 提出了一款低剖面圓形貼片加載的單極子天線，結(jié)構(gòu)如圖 1.2(b)所示。-10dB 工作帶寬為910-928MHz，通過仿真和方向圖的實(shí)測(cè)，天線在嵌入到井蓋后仍然具有全向輻射特性，最大增益 2.5dBi[16]。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN828

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李大偉;受限空間電波覆蓋特性的研究[D];北京交通大學(xué);2016年

2 賈明華;地鐵隧道環(huán)境毫米波傳播特性的研究[D];上海大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 吳建強(qiáng);基于FEKO的無線電波傳播特性仿真分析[D];北京交通大學(xué);2016年

2 孫健;通信井蓋無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

3 馬雪;TD-LTE室外微蜂窩小區(qū)D頻段電波傳播特性研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

4 張瑩;特征模理論及其在天線中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2661184