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随着工业化进程的加速,我国煤炭产量逐年增加,煤炭在能源中的主体地位日益突出,建立可靠的煤矿井下移动通信系统已经成为保证煤矿安全生产及突发灾难救援的重要环节,因而,对电磁波在井下巷道内传播特性的研究显得尤为重要。煤矿井下巷道环境相对特殊,电磁波在其中传播受到各种机制的影响。煤炭开采的各个环节都会不同程度的排放出大量的粉尘等颗粒物,这些颗粒介质悬浮在井下的空气中,严重危害着工作人员的身体健康以及煤矿的安全生产。同时,这些悬浮颗粒又都属于有耗介质,它们的存在对电磁波传播会造成一定的影响。为了进一步完善井下巷道中电磁波传播的理论,有必要对这些悬浮介质的存在对电磁波传播的影响加以研究。 本文首先介绍了Maxwell方程组和边界条件的相关知识,接着对矩形巷道中电磁波传播理论做了简要分析,提出了电磁波在巷道中是以基模和少数模式次数较低的高次模混合的多波模传播思想。随后,运用差值法进行了仿真得出结论:多波模传播应该考虑的模式次数与巷道截面有关,截面面积越大,考虑的模式次数越多。 接着,本文运用软件仿真较为全面的分析了巷道内悬浮介质(水汽、粉尘、雾滴)的存在对电磁波传播的影响。得出如下结论:电磁波的工作频率增加,悬浮介质的存在对电磁波衰减的影响也随之增大,频率越高,衰减越大;悬浮介质的浓度增加,电磁波的衰减也随之增大,浓度越高,衰减越大;随着环境的变化,水汽的密度亦发生变化,进而影响着电磁波的传播,水汽密度越高,衰减越大;环境温度的变化对电磁波的传播也有影响,然而与想象不同的是,井下巷道温度升高时,电磁波传播衰减反而减小。 最后,本文创新性的引入一种等效方法:在研究悬浮介质的介电特性对电磁波传播的影响时,我们将巷道内空气看做是均匀分布着悬浮介质的体散射介质。通过计算悬浮介质的介电常数,结合巷道内悬浮介质的体积分数,从而得出该体散射介质的等效介电常数,进一步我们可以得出巷道内悬浮介质的电特性对电磁波传播的影响。