受限空间环境中的电波覆盖特性关系到受限空间中无线通信的可靠性,会直接影响其中载体运行及人员的安全。由于圆极化波具有抗多径衰落、抗极化失配等特点,因而被认为能够提供比较均匀的电波覆盖,并且已经有工程实例将圆极化天线作为受限空间中的发射天线使用,如西班牙马德里隧道。然而圆极化波在受限空间的覆盖情况到底如何,并没有明确的结论,因为受限空间边界复杂,反射波的极化多变,目前有关受限空间中圆极化波传播的研究成果还很少,因此有必要对受限空间中圆极化天线及其产生的电波覆盖进行深入的研究。本文利用基于镜像原理的射线追踪法,对圆极化波在矩形硬边界受限空间中的电波覆盖特性进行研究,并据此提出了两种类型的圆极化阵列天线。这两种天线分别使用蝴蝶结型天线和交叉振子天线作为阵列单元,横截面积小,可在风阻较大的受限空间中使用。本文的主要贡献有如下几个方面:1.研究了基于镜像原理的射线追踪方法,并且将电波覆盖的研究与天线具体特性相结合。研究了矩形硬受限空间中不同极化波的传播规律,对比分析了不同极化波的传播特性差别,发现圆极化波在矩形隧道中的覆盖特性处于水平极化和垂直极化两种情况之间,分析了圆极化波这一特性的成因。2.分析了单向端射和双向端射的发射天线在受限空间中的电波覆盖特性。根据能量均匀性和系统能效因子,研究了在长受限空间中通过改变天线纵向分布位置来实现电波覆盖特性优化的方法,对受限空间中天线分布的实际设计有指导意义。3.采用正交放置的蝴蝶结型天线为单元,设计了低风阻圆极化阵列天线。此阵列天线工作在900 MHz,在两端辐射旋向相同的圆极化波,可作为发射圆极化波的多天线系统的单元使用,具有结构紧凑、安装方便的优点。4.采用交叉振子单元设计、并制作了单向辐射和双向端射的交叉振子单元圆极化阵列天线,两个阵列天线都工作在当前铁路通信系统正推广使用的1.7 GHz频段,可分别用于发射圆极化波的单天线或多天线系统。