高增益超宽带无线网络天线设计

提出了一种带双陷结构的共面波导馈电的平面超宽带天线。天线采用矩形贴片作为辐射单元,采用共面波导(CPW)进行馈电,通过在矩形贴片上开一个U形槽和在接地面上开2个对称的L形槽来实现双陷波功能。     

单极对数周期天线辐射特性的UTD修正

垂直安装于有限接地平板上的单极对数周期天线阵在空间的辐射场方向图相对于基板上翘一害角度，这一实验结论有必要从理论上加以证实。利用一致性几何绕射理论分析了平板边缘的绕射特性，并结合几何光学场，给出２－８ＧＨｚ的辐射特性图。从而为设计ＬＰＭＡ天线提供了理论基础。     

电阻加载蝶形天线的性能研究

由于探地雷达系统大多采用超宽带窄脉冲信号,因此要求天线具有极宽的工作带宽。本文利用矩量法对线性离散电阻加载蝶形天线进行分析。数值结果表明,线性离散电阻加载可以使天线获得宽带特性的同时,并使辐射的脉冲信号拖尾变的平稳,因此能够满足探地雷达系统的需要。     

井下无线传感器网络的定位研究

针对煤矿井下人员与设备的安全定位问题,利用基于超宽带的技术特性,通过TOA方法实现了煤矿安全监测的无线传感器网络节点定位,提出了提高定位精度的改进方法,并分析了对定位精度的影响。仿真结果表明,提出的算法可以有效提高节点的定位精度及定位性能。     

矿井巷道MB-OFDM超宽带无线信道建模及仿真

针对超宽带无线系统(UWB系统)在矿井巷道中的多径传播所造成的频率选择性衰落,提出将多频带正交频分复用(MB-OFDM)技术应用到井下UWB系统中,对矿用环境下MB-OFDM超宽带无线信道进行建模并分析。在IEEE802.15.3a标准信道模型的基础上,根据矿井巷道的实际环境,确定了井下MB-OFDM超宽带无线通信系统的信道参数。给出此信道模型的冲击响应仿真图,结果显示,冲击响应明显多径成簇,这与实际测量中UWB系统多径成簇现象相验证。并通过仿真给出其信道的平均附加时延、均方根时延和多径数目3个主要特征数据。     

一种基于射频识别技术煤矿安全追踪系统电子标签天线的设计

设计了一种基于射频识别技术煤矿安全追踪系统的电子标签天线。在尺寸为50mm×70mm的双面为FR4基片上刻蚀蝶形缝隙,采用4个等间距排列的短路过孔构成SILA结构,并在基片地板的下方放置硅胶层。将天线置于尺寸为400mm×400mm×20mm的仿人体材料上,用HFSS10对天线的性能进行了仿真研究,得出了天线输入阻抗随缝隙敏感尺寸变化规律曲线和天线主要参数。仿真结果表明,在880～930MHz频率范围内,天线相对于目标芯片的反射系数(S11)-10dB,满足RFID系统对标签天线的带宽要求。此外,天线的最大增益可达0.6dBi,在阅读器平均辐射功率EIRP=4W,射频芯片灵敏度Pchip=12μW的条件下,标签与阅读器的最大通信距离可达8.8m。     

探地雷达发射机系统在煤矿中的应用

为了更近一步探究不同频率对于发射机性能的影响,利用Agilent公司的ADS软件,对100 MHz中心频率的天线进行设计与仿真验证。仿真结果证明,天线的设计是可行的,能够满足探地雷达发射系统的要求。研究认为,通过选择合适的中心频率,可以满足不同环境下的煤矿探测要求,这对于以后的煤矿超前探测有很大的实际应用价值。     

超宽带技术在矿井通信中的应用

本文通过对超宽带技术的特点以及煤矿井下特殊环境的分析，提出了超宽带技术在煤矿井下应用的研究方向，为矿井无线通信的研究提供一些新的途径。     

改进的遗传算法在矿井阵列天线中的应用

由于矿井下无线电波存在大量的反射、折射、散射波,导致严重的多径。如此之多的干扰信号容易导致近亲繁殖等现象,更重要的是几乎不可能使天线方向图的干扰方向都形成零陷。针对这些问题,提出GA-I算法使遗传算法能运用于矿井下的阵列天线,主要通过在交叉过程中判断个体相似度来改进近亲繁殖现象和通过改进适应度函数来解决了因为信号干扰数大于天线阵列数的情况而使干扰方向形成了零陷。MATLAB仿真表明了此算法的有效性,形成的波束图获得了很好的结果。     

移动天线辐射场在敏感设备接地传输线中的耦合电流仿真分析

为评估移动天线对附近敏感电子设备的影响,对建筑物顶部的移动通信天线进行建模和仿真分析,得出敏感设备所在位置的电磁场强度值以及天线的辐射方向图和场强分布值,并分析了移动天线辐射场在敏感设备中的耦合电流情况。由仿真分析表明,所提出的使用方法能准确地计算出移动天线辐射场中敏感设备所在位置的电磁场强度和电磁场分布情况,对于敏感设备的部署和电磁防护有指导意义。     

多模式矿井移动应急通信系统设计及性能分析

针对多径衰落深度较大的矿井巷道,传统集中式矿井移动通信系统信道容量小、多径干扰和传输损耗严重,难以满足矿井移动应急救援通信和移动监控的需要,提出了多模式矿井移动通信系统,通过SISO模式、MIMO模式和混合模式的多模式选择性耦合或动态切换,实现矿井移动通信系统的抗干扰能力和应急通信能力。基于矿井巷道多径衰落和时变信道环境,建立了多模式矿井移动通信系统模型,应用分布式MIMO天线的空间分集理论,设计了系统的主要电路,给出了多模式系统的信号传输和天线选择方法。仿真结果表明,多模式系统比传统集中式系统具有更好的信道容量,多模式系统的天线端口数量对系统信道容量起决定性作用;多模式系统提高了井下多径衰落环境网络的成功切换概率和系统抗干扰能力,明显改善了矿井移动应急通信系统的可靠性和效率。     

煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响

采用基于介质波导理论的多波模模型,推导巷道中天线的耦合效率和方向函数。以水平极化半波偶极子天线为例,进行仿真分析,得出结论：天线在巷道截面中心最有利于波模的激励,天线耦合效率最大,且传输衰减率最小;除截面中心区域,天线在巷道截面横向对称轴的位置,如巷道侧壁中心,也较易激励波模,可有效激励70%以上的波模,天线耦合效率较大,传输衰减率也相对较小;当天线靠近巷道截面拐角时,最不利于波模的激励,只能有效激励30%左右的波模,天线耦合效率最小,传输衰减率最大,但此时天线的辐射方向性最强,信号起伏最为平缓。     

基于定向天线的Ad Hoc网络同步传输协议研究

该方案使用一种新的握手机制建立连接并定向传输和接收数据,实现节点通信同步。通过分析其网络通信中传输概率和稳态概率计算出网络吞吐量。经网络仿真实验证明该方案在节点数目较小时随着波束增大吞吐量减小较快,在天线波束较窄时能显著提高网络吞吐量。     

基于波导馈电的基片集成波导缝隙线阵天线

设计了一款Ku波段低损耗、低旁瓣的基片集成波导缝隙线阵天线，天线的馈电结构由波导到基片集成波导转换器组成，线阵是由基片集成波导上表面所开的8个纵向缝隙组成。软件仿真计算表明：天线工作频率范围为12.14~12.84 GHz（阻抗带宽5.6%，输入输出散射参数S11<-10 dB）；在整个工作带宽内，天线增益均大于14.5 dB，旁瓣电平低于26 dB，与预期的Taylor分布（最低旁瓣电平SLL=30 dB）比较相符。     

矿井MIMO信道模型的空间相关性研究

建立了矿井MIMO信道的模型,推导出该信道模型的空间相关性函数,分析了发送天线端天线间距和接收端天线间距对空间相关性的影响,在此MIMO信道模型的基础上,讨论了矿井的MIMO信道的空间相关性对系统误码率的影响,仿真结果表明,煤矿井下MIMO信道空间相关性越高,系统的误码率就越大。     

基于MIMO技术的矿井无线通信系统的研究

 本文分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题,介绍了MIMO技术和正交空时分组编码,设计了两发多收的矿井无线通信系统,对于矿井复杂的传输环境,选择适合多天线技术且具有复杂度低的正交空时分组编码技术,接收端就可以采用最大似然译码,调制采用多进制相移键控。仿真结果表明,采用MIMO技术能有效的降低误码率,提高矿井无线通信系统的可靠性。     

移动通信中的天线技术

浅述了移动通信天线的基本原理,重点分析了空间分集、极化分集等关键天线技术,介绍了智能天线的原理、发展概况及其在网络优化中的作用。     

矿用天线在矩形巷道中应用的最佳波束指标

煤矿井巷中,如果天线的波束过宽,则难以有效抑制多径衰落、增大覆盖范围;反之,如果波束过窄,则容易使巷道的边缘区域得不到有效覆盖。利用多波模波导理论,讨论得出理想点源在巷道中的辐射场分布特性是制定矿用天线波束指标的理论依据。在此基础上,推导了井下理想点源的方向函数和半功率波瓣宽度。随后,统计计算结合相关仿真,讨论了巷道波导结构、介质壁电参数、载波频率和电磁波传播距离的影响。根据分析所得,结合相关推导与比较,给出了矿用天线的最佳波束指标:为明显改善巷道内的无线覆盖效果,矿用天线应辐射形状较扁的均值为π/2的Gaussian波束;且天线的半功率波瓣宽度至少要窄于理想点源辐射场在巷道第I,II传播区分界点处的波瓣宽度。     

基于信号强度的改进型井下测距算法的研究

针对现有信号强度测距法计算误差较大的问题，研究射频天线性能参数对电磁波传输的影响，提出将天线阻抗特性与能量接收相联系，将水平极化衰减率应用于求解天线回路上任意微分长度元的电磁波功率密度，从而建立了符合井下射频天线特性的信号能量与传输距离的关系式，推导出求解井下基站与目标之间距离的改进型信号强度测距法。选取相同的巷道环境验证了算法改进前后对目标的定位能力，结果表明经过改进后算法得出的目标位置与改进前相比更加准确，定位误差缩小6.9 m2，且改进后算法与改进前相比大幅减少全巷道内基站的布设数量，提高了基站的利用率，充分证明提出的改进型信号强度测距法更加适合井下巷道中的目标测距及定位，计算结果更加准确可靠。     

基于MIMO的便携式矿用无线救灾通信中继器设计

分析了当前矿井无线救灾通信系统存在的问题。设计实现了一种基于MIMO技术的便携式矿井无线应急救援通信中继器,该无线中继器采用MIMO空间复用技术和智能天线技术相结合的方式有效减小了多径衰落的影响。测试结果表明比当前应用基于SISO的矿井无线应急救援通信中继器在传输距离方面有很大提升,网络通信性能有很大改善。