抑制多径衰落、增加无线覆盖范围，仍然是当前煤矿井巷无线通信的关键问题。本文致力于研究井巷无线电波的发送和传播机理，以期通过天线的改进从源头上减少多径的影响。根据传播机理，研究巷道波导效应对天线辐射场分布的影响；建立便于定量分析电波传播参数的数学模型；分析井巷阵列天线信道传输特征并建立合理的信道模型。根据波导理论研究煤矿井巷电波传播机理：(1)推导井巷电波所有可能传输模式的空间方向及数量；(2)推导高模式电波传播损耗公式，考虑了由巷道壁粗糙度、倾斜度引起的散射损耗。在此基础上建立多波模模型，仿真分析井巷多波模传播特点。煤矿井巷中可激励出的传输波模数量有限，各波模空间相位是与巷道尺寸及载波频率有关的离散变量。为了解巷道中阵列天线波束控制所需关注的重要参数，为信道传输特征的分析提供理论依据，研究巷道中天线辐射场分布特性：(1)推导巷道中天线输入功率耦合至各传输波模的效率；(2)推导巷道中天线的方向函数，给出煤矿井巷天线的辐射场分布规律：巷道中天线的方向图乘积定理。仿真分析了巷道波导效应对天线辐射场分布的影响：天线安装位置是改变巷道中天线耦合效率和辐射场分布的重要参数。为便于计算无线信道中各路径波达方向、时延、传输功率等参数，根据巷道内有效射线必须与波导波模相匹配的推想，提出融合波导与射线理论的电波传播模型：(1)利用波导理论确定巷道内源射线的方向和数量；(2)根据几何光学基本定律，证明了巷道内射线传播路径的投影反射定律和投影夹角定律；(3)推导出射线到达接收面的位置、传播过程中经历的反射次数、入射到巷道壁的掠射角、路径长度与射线离开角的关系，对主动射线法进行改进，避免了传统主动射线法对三维射线复杂繁琐的迭代跟踪计算，降低了计算量；(4)利用接收球判断射线是否被接收。通过与实际测量数据相比较，验证了融合模型的合理性。煤矿井巷阵列天线空时信道建模与分析：(1)研究井巷阵列天线信道传输特征：在井巷中，利用阵列天线改变方向图的本质是利用天线控制巷道内各波模的激励，决定辐射场集中于哪些方向的关键不是阵元间距，而是各阵元在巷道中的位置；(2)根据信道传输特征，运用融合模型建立通用的阵列天线空时信道模型，既注重天线间各个子信道的衰落和空间相关性，也注重信号空间信息及各阵元相位导数的作用；(3)根据信道模型给出井巷内的功率时延谱和功率角度谱公式。通过仿真信道在时域、空域的脉冲响应，并与实测数据相比较，验证了该模型预测信号空时特性的可行性。