霍 羽 徐 钊 郑红党

(中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008)

1.引 言

在矿井隧道这种复杂特殊的受限空间里,受隧道截面尺寸、传播频率、天线极化、隧道壁反射、隧道壁粗糙度、倾斜度等综合因素的影响,电磁波传播特性有别于地面情况[1-6],而隧道内电磁波传输理论的发展较为缓慢,所得结论还存在争议。

上世纪70年代,Marcatili、Emslie等研究认为在隧道中传播的电磁波,当其波长远小于隧道截面尺寸时,可将隧道视作有损耗的介质波导,并分析了隧道内电磁波传输的波模方程[1-2]。

文献[2]推导出基模作用下的电磁波衰减公式,据此推断,电磁波传播损耗随频率的升高而降低,并最终收敛于零。此外,隧道壁粗糙度对电磁波传播特性的影响在低频时较为严重,而倾斜度的影响在高频时较为严重。

然而文献[7]在对平面导波的波模方程求解分析以及仿真时,认为粗糙度对电磁波传播特性的影响在较高频率时会增大,但是总体衰减仍然随频率的升高而减少;而且认为粗糙度对水平极化波的影响更大。

此后四五十年,在相关的大部分理论研究中,所得结论却更倾向于文献[2][8-12]。

不过,上述研究都因高次模的传播损耗较大,而将其忽略,只针对基模进行分析,忽略了多波模的共同作用,因而所得结论值得商榷。

文献[5]曾对隧道内电磁波传播模式进行了讨论,提出理论分析中应考虑多波模的共同作用。

文献[13]采用了几何光学的方法,由于多波模在传播中所……