亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        狹小空間無線信號(hào)傳輸特性

        2013-08-13 03:54:28雪,馬
        電視技術(shù) 2013年3期
        關(guān)鍵詞:下水道電磁波損耗

        英 雪,馬 珺

        (1.新型傳感器與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030024;2.太原理工大學(xué)測控技術(shù)研究所,山西 太原 030024)

        責(zé)任編輯:薛 京

        中國淡水資源十分短缺,人均擁有量2 300 m3,相當(dāng)于世界人均水平的1/4,居世界110位。1997年起,全國城市污水排放量占廢水排放總量的比例接近45%。據(jù)《2003年中國環(huán)境狀況公報(bào)》公布,2003年全國廢水排放總量為460億噸,現(xiàn)在更是有過之而無不及。隨著中國乃至全世界對(duì)環(huán)境保護(hù)問題的重視,加強(qiáng)城市污水的綜合治理工作已成為當(dāng)務(wù)之急。精確測量污水流量排放儼然成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

        本文研究的內(nèi)容為明渠流量計(jì)[1]——新型板式流量傳感器的順利投入使用提供了理論依據(jù)。下水道內(nèi)的無線傳輸模式[2-4]將工廠、城市污水的排放量傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備,以便了解污水的流量。

        因下水道為掩埋在地下且狹小的密閉空間,其影響因素有:1)土壤成分、下水道材料和下水道表面粗糙度等,對(duì)無線傳輸?shù)难芯肯鄬?duì)困難;2)無線傳輸使用電池供電。因此將其在理論上分成兩個(gè)部分進(jìn)行研究。

        1 基本理論

        為了方便研究下水道內(nèi)無線傳感信號(hào)與地面設(shè)備間通信的能量損耗,在此將下水道、覆蓋在下水道上的土壤分成上下兩個(gè)部分進(jìn)行研究。

        從下水道內(nèi)傳感器發(fā)出的無線信號(hào)必會(huì)經(jīng)過電氣特性完全不同的兩種介質(zhì):土壤和空氣。由于電氣特性不同,電磁波會(huì)產(chǎn)生折射。運(yùn)用幾何光學(xué)方法中的射線法,其示意圖如圖1、圖2所示。

        1.1 電磁波在土壤中的能量損耗[5-6]

        無線信號(hào)從傳感器出發(fā),經(jīng)過擴(kuò)散到達(dá)接收點(diǎn),其擴(kuò)散過程相似于自由空間,因此,參照Friis[7]方程,無線信號(hào)在土壤中經(jīng)過路徑長度r后,接收點(diǎn)的能量為

        式中:Pt是發(fā)射能量;Pr是接收能量;Gr接收天線的增益;Gt是發(fā)射天線的增益;L0是路徑損耗;Lm由土壤中的傳播引起的附加路徑損耗。Pr,Pt的單位為dBm;其他變量單位為dB。

        根據(jù)產(chǎn)生的原因,Lm可分解為兩部分

        式中:Lm1是由于波長在土壤和空氣中傳播的不同而產(chǎn)生的衰減損耗;Lα是由于土壤中成分中損耗介質(zhì)吸收產(chǎn)生的衰減損耗。α為衰減常數(shù),β為相移常數(shù),可表示為

        式中:ω為工作角頻率;σ為土壤導(dǎo)電率;ε為土壤的介電常數(shù);μ為土壤的導(dǎo)磁率。

        則無線信號(hào)在土壤中傳播損耗為

        由式(4)可見,無線信號(hào)在土壤中傳播的能量衰減與工作角頻率、土壤導(dǎo)電率、土壤的介電常數(shù)和土壤的導(dǎo)磁率有關(guān)。

        1.2 電磁波在下水道內(nèi)的傳播損耗[8]

        1.2.1 近場區(qū)電磁波損耗

        電磁波傳播近似于無線電波在自由空間的傳播,空間信道的基本傳輸損耗為

        式中:r為傳播距離;f為工作頻率;Gr接收天線的增益;Gt是發(fā)射天線的增益;Pin為輸入功率;Pr為接收點(diǎn)功率。在r,f,Pin和Pr均相同時(shí),設(shè)接收點(diǎn)的實(shí)際場強(qiáng)為E,功率為Pr′,而自由空間的場強(qiáng)為E0,功率為Pr,則信道的衰減因子為

        所以,信道損耗為

        若不考慮天線的影響,即令Gt=Gr=1,則實(shí)際的信道損耗為

        由上可知,實(shí)際信道損耗與工作頻率、傳輸距離有關(guān)。

        1.2.2 遠(yuǎn)場區(qū)電磁波損耗

        把平直的無限長圓形隧道看作有耗介質(zhì)管波導(dǎo),其橫向和縱面如圖3所示。在圓形隧道中:設(shè)下水道半徑為a,下水道內(nèi)為理想介質(zhì)且外部為有損介質(zhì)。下水道內(nèi)的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)分別為μ1和ε1;下水道外部磁導(dǎo)率、介電常數(shù)、電導(dǎo)率分別為 μ2,ε2,σ2。

        圖3 圓形隧道的縱橫截面圖

        采用圓柱坐標(biāo)系,坐標(biāo)原點(diǎn)選在下水道正中間。根據(jù)下水道壁圓柱面上的邊界條件,可得到下水道的波模方程為

        特別地,當(dāng)m=0時(shí),TE0n波模的波模方程為

        下水道內(nèi)的介質(zhì)通常為空氣,當(dāng)電磁波的工作頻率較高時(shí),模衰減常數(shù)的近似解為TE0n波模,即

        式中:η1n為一階貝塞爾函數(shù)的第n個(gè)根;a為下水道半徑;k0為電磁波波數(shù);εr′=(ε2- jσ2/W)/ε0。

        1.2.3 分界點(diǎn)前后的電磁波損耗

        運(yùn)用混合方法確定分界點(diǎn)[9]:隧道中兩種傳播區(qū)域的界面為發(fā)射天線到轉(zhuǎn)折點(diǎn)的最大距離,即

        可見,dNF與隧道的h或w的平方成正比,而與λ成反比。本文將矩形隧道等效為圓形隧道進(jìn)行研究[10]。

        2 實(shí)驗(yàn)證明

        根據(jù)上述資料選定:1)下水道材料。采用HDPE雙壁波紋管,它是一種以聚乙烯為原材料的下水道,相對(duì)土壤造成的能量損耗微乎其微,因此忽略不計(jì)[11-12]。2)土壤參數(shù):σ =0.1,ε=10,μ=1。選取半徑r=0.8 m的圓形下水道為研究對(duì)象,無線模塊選取為CC1000,其工作電壓為3~5 V,載頻頻率為430 MHz,最大發(fā)射功率為10 dBm,通信距離約100 m。

        圖4為土壤中電磁波的衰減常數(shù)、相移常數(shù)與頻率的關(guān)系圖。衰減常數(shù)與頻率的關(guān)系:在頻率為100~300 MHz之間幾乎沒有衰減,頻率在400~500 MHz之間存在明顯的衰減,頻率在500~1 000 MHz之間變化幅度較大;相移常數(shù)與頻率的關(guān)系:相移常數(shù)隨頻率的變化成線性增長。

        圖4 衰減常數(shù)、相移常量隨頻率的衰減圖

        圖5為土壤中距離、頻率與能量損耗的關(guān)系圖。相移常數(shù)與頻率成線性關(guān)系,衰減常數(shù)在小于500 MHz時(shí)相對(duì)衰減幅度較小,大于500 MHz時(shí)成大幅度衰減。因此,選擇頻率小于500 MHz在土壤中傳播較為合適。

        圖5 能量損耗與頻率的變化關(guān)系圖

        由圖6可知,隨頻率大幅度增長,相對(duì)的能量損耗與距離的關(guān)系趨于平緩;由圖7可知,在100~400 MHz之間迅速衰減,而在400 MHz之后趨于平緩,即隨著頻率的增大,衰減逐漸減小。圖8為當(dāng)f=900 MHz,r=1 m時(shí),拐點(diǎn)前為近場區(qū),拐點(diǎn)后為遠(yuǎn)場區(qū)前后的大致?lián)p耗。

        3 結(jié)論

        研究了無線信號(hào)傳播特性,得出如下結(jié)論:在土壤中,頻率越高,信號(hào)的衰減越大;在下水道內(nèi),頻率越低,信號(hào)的衰減越小。綜合上述條件可知,適合地下設(shè)備與地上設(shè)備無線通信的最佳頻率段是400~500 MHz,這一范圍內(nèi)無論是土壤還是下水道能量的衰減幅度均相對(duì)較小,基本上滿足下水道內(nèi)無線信號(hào)低傳輸功率、低能耗的要求。另外,在土壤中,離接收點(diǎn)的距離越遠(yuǎn),能量損耗越大。所提出的結(jié)論是在各個(gè)因素對(duì)無線傳感器信號(hào)傳輸影響上建立的,它大致能夠估算出路徑的損耗范圍,基本符合應(yīng)用中對(duì)能量消耗的考慮,達(dá)到課題研究的目的。但是仍有不完善的地方,例如,只研究了空?qǐng)A形下水道,并沒有將污水考慮在內(nèi)。

        [1]馬珺,馬福昌.新型板式流量傳感器的設(shè)計(jì)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(3):265-267.

        [2]ELKMANN N,ALTHOFF H,KUTZNER S,et al.Development of fully automatic inspection systems for large underground concrete pipes partially filled with wastewater[C]//Proc.IEEE International Conference on Robotics and Automation,2007.[S.l.]:IEEE Press,2007:130-135.

        [3]AKYILDIZ I F,STUNTEBECK E P.Wireless underground sensor networks:research challenge[J].Ad Hoc Networks Journal,2006(4):669-686.

        [4]DOMINGO M C.Overview of channel models for underwater wireless communication networks[J].Physical Communication,2008(3):163-182.

        [5]AKYILDIZ I F,SUN Z,VURAN M C.Signal propagation techniques for wireless underground communication networks[J].Physical Communication,2009(4):2-8.

        [6]李莉.無線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2008.

        [7]KELLER G V,F(xiàn)RISCHKNECHTF C.Electrical methods in geophysical prospecting[M].Oxford:Pergamon Press,1966.

        [8]馬珺,庫亞曉,馬福昌.傳感器信號(hào)在下水道內(nèi)傳播的信道模型[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,29(3):439-442.

        [9]張躍平,張文梅,鄭國莘,等.預(yù)測隧道中傳播損耗的混合模型[J].電子學(xué)報(bào),2001(9):1283-1286.

        [10]馮慈璋,馬西奎.工程電磁場導(dǎo)論[M].北京:高等教育出版社,2002.

        [11]王世雷.HDPE/硅鈣鎂晶須復(fù)合材料雙壁波紋管的研制[J].工程塑料應(yīng)用,2005,33(2):40-42.

        [12]郭文敏,韓寶忠,李忠華.聚乙烯/碳化硅復(fù)合材料的非線性電導(dǎo)特性的研究[J]. 功能材料,2010(3):436-438.

        猜你喜歡
        下水道電磁波損耗
        聚焦電磁波和相對(duì)論簡介
        電磁波和相對(duì)論簡介考點(diǎn)解讀
        這條路上的下水道井蓋都被我承包了
        用有源音箱驗(yàn)證電磁波的發(fā)射和接收
        自我損耗理論視角下的編輯審讀
        新聞傳播(2016年11期)2016-07-10 12:04:01
        下水道堵了 究竟該怎么辦
        樂活老年(2016年12期)2016-04-14 01:37:56
        變壓器附加損耗對(duì)負(fù)載損耗的影響
        非隔離型單相光伏并網(wǎng)逆變器的功率損耗研究
        皮球掉進(jìn)下水道
        大功率H橋逆變器損耗的精確計(jì)算方法及其應(yīng)用
        后入丝袜美腿在线观看| 国产剧情亚洲一区二区三区| 一级呦女专区毛片| 色综合久久久久综合999| 嗯啊 不要 啊啊在线日韩a| 国产精品成人久久a级片| 美女视频黄a视频全免费网站色| 国产尤物自拍视频在线观看 | 日韩熟女精品一区二区三区视频| 国产夫妻精品自拍视频| 无码h黄肉3d动漫在线观看| 四虎影视永久在线观看| 粗了大了 整进去好爽视频| 加勒比精品久久一区二区三区| 日韩一区二区三区中文字幕| 精品视频一区二区杨幂| 久久亚洲网站中文字幕| 曰批免费视频播放免费| 天堂√在线中文官网在线| 色悠久久久久综合欧美99| 国产在线视频国产永久视频| 国产av午夜精品一区二区入口| 日产乱码一二三区别免费l| 岳好紧好湿夹太紧了好爽矜持| 丰满人妻妇伦又伦精品国产| 人妻精品丝袜一区二区无码AV| 91九色精品日韩内射无| 中文字幕亚洲无线码在线一区| 97色伦综合在线欧美视频| 人人妻人人添人人爽日韩欧美| 精品少妇人妻成人一区二区| 偷拍与自偷拍亚洲精品| 国产区女主播在线观看| 久久久精品人妻无码专区不卡| 国产小受呻吟gv视频在线观看| 亚洲高清一区二区三区在线观看 | 国内色精品视频在线网址| 精品亚洲一区二区三洲| 亚洲日韩欧美一区、二区| 超碰97人人做人人爱少妇| 亚洲av中文aⅴ无码av不卡|