專利名稱：用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種隧道壁結構，特別涉及一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構。
背景技術：
毫米波是波長為10 1毫米的電磁波。目前國內外對毫米波在限定空間的傳播規(guī)律研究較少，原因是沒有真正的毫米波系統(tǒng)在隧道中使用。大部分關于隧道中無線電傳 播的研究頻帶都集中在5GHz以下；德國的磁懸浮列車雖然使用38GHz毫米波來構建通信系統(tǒng)，卻沒有應用于隧道內通信的技術方法和技術規(guī)范。對于5GHz以下低頻電磁波在隧道傳播的主要技術方法包括，通過選擇合適通信頻率來規(guī)避隧道截止特性、通過對于天線極化的合理設計來適應隧道幾何結構和圍巖環(huán)境 參數的變化。但是，由于在5GHz以下低頻電磁波隧道傳播的研究中主要采用了波模解析方法，因此，沒有包括多徑效應、時延擴展等數字通信性能的分析和相應的技術方法。在無線通信領域，多徑效應指無線電信號從發(fā)射天線經過多個路徑抵達接收天線的傳播所引起的干涉延時效應。多徑效應會導致信號的衰落和相移問題。對于消減電磁波在隧道內傳播的多徑效應，現有技術方法是，在整個隧道壁上布設吸波材料來消減反射波。但對整個隧道壁布設吸波材料成本高，而且設計和施工困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構，可以消減強反射所致的多徑衰落和時延擴展，明顯改善傳播信道特性，簡化隧道壁的結構 設計和安裝、降低實施成本。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構，其特征在于，包含嵌入隧道壁主體中的吸波帶；上述吸波帶設置在隧道壁主體上會發(fā)生毫米波強反射多徑效應的區(qū)域；上述吸波帶上涂敷有毫米波吸波材料。一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在 于，包含以下步驟步驟1.參數給定給定隧道的結構參數、隧道壁的電特性參數、基站天線參數、車地通信參數；步驟2.射線跟蹤建模根據射線跟蹤算法建模，獲取毫米波在隧道壁的反射系數；步驟3閾值設定根據通信性能要求，確定吸波帶的反射系數閾值和涂覆區(qū)間閾值；步驟4.吸波帶設定確定吸波帶的位置、寬度和材料；
步驟5.性能驗證驗證吸波性能，若不符合閾值要求，返回步驟2調整方案；步驟6.涂覆施工按照性能驗證結果，設定符合反射系數閾值的吸波帶涂覆區(qū)間和吸波材料，確定 隧道壁結構的設計方案，進行施工。上述步驟1中上述隧道的結構參數，包含隧道截面的幾何結構數據和隧道的縱向 結構數據。上述步驟1中上述隧道壁的電特性參數，包含電介質參數、導電率參數、隧道表面 的粗糙度參數。上述步驟1中上述基站天線參數包含基站天線方向圖三維數據、天線位置數據。上述步驟1中上述車地通信參數，包含通信頻率、傳輸速率。上述步驟2還包含以下步驟步驟2. 1射線波束建模由基站天線參數，生成初始射線波束；步驟2. 2傳播路徑建模；由隧道的結構數據，為毫米波射線的傳播路徑建模；步驟2. 3反射強度建模由隧道壁的電特性參數，確定毫米波射線的反射強度。上述步驟4還包含以下步驟步驟4.1閾值比較將射線跟蹤模型中毫米波的反射系數與吸波帶的反射系數閾值進行比較，尋找射 線跟蹤模型中大于反射系數閾值的反射點；步驟4. 2位置設定根據超出閾值的反射點的集合，確定設置吸波帶的位置，用反射點到基站天線的 距離來表示；根據涂覆區(qū)間閾值，確定吸波材料涂覆區(qū)間的寬度；步驟4. 3材料選擇選擇在吸波帶使用單層或多層的吸波材料，通過吸波材料的產品手冊獲取單層或 多層吸波材料的反射特性參數。上述步驟5還包含以下步驟步驟5.1小區(qū)間實驗在小區(qū)間范圍內采用仿真或實際試驗的方法，在確定的吸波帶上涂覆單層或多層 吸波材料，根據吸波材料的反射特性參數，計算吸波帶的反射系數；步驟5. 2閾值再比較將吸波帶的反射系數與反射系數閾值比較；若不符合閾值范圍，返回步驟2調整 吸波帶的設置方案。本發(fā)明提供的用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構，與現有技術相比，其優(yōu)點在于本發(fā)明由于在隧道壁上涂覆設置吸波帶，吸收了毫米波入射波，明顯消減了反射 波與入射波所致的強多徑效應，達到消減強反射所致的多徑衰落和時延擴展的目的，明顯改善傳播信道特性；本發(fā)明由于只在發(fā)生強多徑衰落的一小段區(qū)域涂覆吸波材料，明顯降低材料成 本、施工成本，同時實施簡便、也降低了安裝強度，并且避免了隧道壁吸波處理對于隧道的 其他功能設施安裝的影響。


圖1是本發(fā)明用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的總體結構示 意圖；圖2是本發(fā)明提供的用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計 方法的實施流程圖。
具體實施例方式以下結合

本發(fā)明的具體實施方式
。請參見圖1所示，本發(fā)明提供的用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結 構，包含隧道壁主體10、吸波帶30。其中隧道壁主體10采用普通材料構建，只在其中會發(fā) 生強反射多徑效應的一小段區(qū)域涂敷毫米波吸波材料，使形成的一小段環(huán)形吸波帶30嵌 入在隧道壁10中。上述吸波帶30用于吸收基站天線20發(fā)射的毫米波入射波21，明顯消減了反射波 22與入射波21所致的強多徑效應，特別是消除了幅度最強的一次反射波22所致的多徑效 應，大幅度降低原來存在的強反射幅度，達到消減強反射所致的多徑衰落和時延擴展的目 的，明顯改善傳播信道特性。請參見圖2所示，按照車地通信性能要求，利用基站天線方向圖與基站安裝位置、 隧道幾何結構、隧道材料特性、吸波材料特性等參數，通過射線跟蹤算法建模，確定了上述 吸波帶位置，包含以下步驟步驟1.參數給定步驟1. 1隧道結構參數設定給定隧道的結構參數，包含隧道截面的幾何結構數據A和隧道的縱向結構數據B， 一般從隧道工程設計書中獲得；步驟1. 2電特性參數設定給定隧道壁的電特性參數，包含電介質參數C、導電率參數D、隧道表面的粗糙度參數E，一般從隧道壁的材料供應廠家的產品手冊中獲得，也可以對隧道壁的材料進行實際 測量來獲??；步驟1. 3天線參數設定步驟1.3. 1天線方向設定給定基站天線方向圖的三維數據F，一般從基站天線的產品手冊中獲取；步驟1. 3. 2天線位置設定給定基站天線的安裝位置數據G，一般從隧道工程的通信子系統(tǒng)設計書中獲得；步驟1. 4通信參數設定給定隧道內車地通信參數，包含通信頻率H、傳輸速率I，一般從隧道通信性能設計書中獲得；步驟2.射線跟蹤建模；根據射線跟蹤算法建模，獲取毫米波在隧道壁的反射系數Ll ；步驟2. 1射線波束建模為毫米波射線建模，由基站天線的方向圖三維數據F、天線的安裝位置數據G，生成波束傳輸方向、波束強度等電傳播特性確定的初始射線波束；步驟2. 2傳播路徑建模為毫米波射線的傳播路徑建模，由隧道截面的幾何結構數據A和隧道的縱向結構 數據B，根據射線跟蹤算法確定毫米波束的入射、反射路徑、反射次數；步驟2. 3反射強度建模由隧道壁的電特性參數，電介質參數C、導電率參數D、隧道表面的粗糙度參數E， 確定毫米波射線的反射強度；步驟3閾值設定根據隧道內高速數據傳輸對車地通信性能參數以及多徑效應的要求，由通信頻率 H、傳輸速率I，確定吸波帶的反射系數閾值L2和涂覆區(qū)間閾值；步驟4.吸波帶設定步驟4.1閾值比較將射線跟蹤模型中毫米波的反射系數Ll與吸波帶的反射系數閾值L2進行比較， 尋找射線跟蹤模型中大于反射系數閾值L2的反射點；步驟4. 2位置設定根據超出閾值的反射點的集合，確定設置吸波帶的位置，用反射點到基站天線的 距離xl、x2來表示；根據涂覆區(qū)間閾值，確定吸波材料涂覆區(qū)間的寬度y ；步驟4. 3材料選擇在吸波帶使用單層或多層的吸波材料，通過吸波材料的產品手冊獲取單層吸波材 料的反射特性參數J，或多層吸波材料的反射特性K ；步驟5.性能驗證步驟5. 1仿真試驗采用仿真方法，在確定的吸波帶上涂覆單層或多層吸波材料，根據單層吸波材料 的反射特性參數J，或多吸波材料的反射特性參數K，計算吸波帶的反射系數LlO ；步驟5. 2閾值再比較將吸波帶的反射系數LlO與反射系數閾值L2比較；若仍然超出閾值范圍，返回步 驟2，調整跟蹤建模和吸波帶的設置方案，直到吸波帶的反射系數LlO小于反射系數閾值 L2 ；步驟6.涂覆施工按照性能驗證結果，設定符合反射系數閾值的吸波帶涂覆區(qū)間和吸波材料，確定 隧道壁結構的設計方案，進行施工。盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構，其特征在于，包含嵌入隧道壁主體(10)中的吸波帶(30)；所述吸波帶(30)設置在隧道壁主體(10)上會發(fā)生毫米波強反射多徑效應的區(qū)域；所述吸波帶(30)上涂敷有毫米波吸波材料。
2.一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1.參數給定給定隧道的結構參數、隧道壁的電特性參數、基站天線參數、車地通信參數；步驟2.射線跟蹤建模根據射線跟蹤算法建模，獲取毫米波在隧道壁的反射系數；步驟3閾值設定根據通信性能要求，確定吸波帶的反射系數閾值和涂覆區(qū)間閾值；步驟4.吸波帶設定 確定吸波帶的位置、寬度和材料； 步驟5.性能驗證驗證吸波性能，若不符合閾值要求，返回步驟2調整方案；步驟6.涂覆施工按照性能驗證結果，設定符合反射系數閾值的吸波帶涂覆區(qū)間和吸波材料，確定隧道壁結構的設計方案，進行施工。
3.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟1中所述隧道的結構參數，包含隧道截面的幾何結構數據和隧道的 縱向結構數據。
4.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟1中所述隧道壁的電特性參數，包含電介質參數、導電率參數、隧道 表面的粗糙度參數。
5.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟1中所述基站天線參數包含基站天線方向圖三維數據、天線位置數 據。
6.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟1中所述車地通信參數，包含通信頻率、傳輸速率。
7.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟2還包含以下步驟步驟2. 1射線波束建模 由基站天線參數，生成初始射線波束； 步驟2. 2傳播路徑建模；由隧道的結構數據，為毫米波射線的傳播路徑建模； 步驟2. 3反射強度建模由隧道壁的電特性參數，確定毫米波射線的反射強度。
8.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法，其特征在于，所述步驟4還包含以下步驟 步驟4. 1閾值比較將射線跟蹤模型中毫米波的反射系數與吸波帶的反射系數閾值進行比較，尋找射線跟 蹤模型中大于反射系數閾值的反射點； 步驟4. 2位置設定根據超出閾值的反射點的集合，確定設置吸波帶的位置，用反射點到基站天線的距離 來表示；根據涂覆區(qū)間閾值，確定吸波材料涂覆區(qū)間的寬度； 步驟4. 3材料選擇選擇在吸波帶使用單層或多層的吸波材料，通過吸波材料的產品手冊獲取單層或多層 吸波材料的反射特性參數。
9.如權利要求2所述用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構的設計方法， 其特征在于，所述步驟5還包含以下步驟 步驟5.1小區(qū)間實驗在小區(qū)間范圍內采用仿真或實際試驗的方法，在確定的吸波帶上涂覆單層或多層吸波 材料，根據吸波材料的反射特性參數，計算吸波帶的反射系數； 步驟5. 2閾值再比較將吸波帶的反射系數與反射系數閾值比較；若不符合閾值范圍，返回步驟2調整吸波 帶的設置方案。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于消減毫米波強反射傳播多徑效應的隧道壁結構，其特征在于，包含嵌入隧道壁主體中的吸波帶；所述吸波帶設置在隧道壁主體上會發(fā)生毫米波強反射多徑效應的區(qū)域；所述吸波帶上涂敷有毫米波吸波材料。本發(fā)明由于在隧道壁上涂覆設置吸波帶，吸收了毫米波入射波，明顯消減了反射波與入射波所致的強多徑效應，達到消減強反射所致的多徑衰落和時延擴展的目的，明顯改善傳播信道特性；本發(fā)明由于只在發(fā)生強多徑衰落的一小段區(qū)域涂覆吸波材料，明顯降低材料成本、施工成本，同時實施簡便、也降低了安裝強度，并且避免了隧道壁吸波處理對于隧道的其他功能設施安裝的影響。
文檔編號E21D9/00GK101798929SQ200910200849
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權日2009年12月25日
發(fā)明者衛(wèi)慧, 張立, 王紹銀, 符瑋瑋, 虞翊, 談長青, 趙恒凱, 鄭國莘, 陳峙 申請人:上海磁浮交通發(fā)展有限公司;上海磁浮交通工程技術研究中心