电大山区地物环境中电波传播的电磁计算

在无人驾驶与无人机等新兴行业中,信号覆盖范围的要求较高,不仅仅在城市,在人迹罕至的山地、沙漠、森林中也需要无线信号的覆盖才能真正完成远程操控,这些地区更多需要考虑的是地势变化对电磁传播所带来的影响。计算电磁学中的一致性几何绕射理论方法是分析电大环境电磁问题的有效方法,使用计算电磁学的方法研究电磁波在山区地物环境中的传播规律。给出了一种建立不规则地形模型的新方法,可以通过数字高程的网格数据生成电磁算法可用的三次多项式曲面,使用多个立方曲面对不规则地形进行拼接,使用平均均方根误差验证模型数据的准确性。基于所得的地形数据,完成了并行的几何光学算法,并对区域电磁场的分布进行了仿真计算。选取了实际山区地物环境进行了实地测量,测量结果与仿真结果对比趋势一致,验证了该方法在非规则地形中电磁波传播分析中的有效性。考虑环境电磁计算的规模,建立了相应的并行策略,100核测试的并行效率可以保持在80%以上。

“天线与电波传播”课程中案例设计式教学的探索

“天线与电波传播”是电子信息类本科专业核心课程,是“电磁场理论”课程的深化与应用拓展。课程涉及诸多典型的天线,包括八木天线、平面螺旋天线、喇叭天线、微带天线等,天线结构较复杂,理论分析难度较大,大多需要近似分析。为了提高“天线与电波传播”课程的教学效果,针对典型天线设计较成熟的现状,在理论课程教学中采用案例设计式的教学方法,通过案例设计,让学生带着目标任务去学习,提升对“天线与电波传播”课程学习的兴趣和主动性。以矩形喇叭天线设计为案例,提出具体的矩形喇叭天线设计需求,学生运用所学的课程知识,通过运用电磁仿真软件进行设计,完成设计目标,增强获得感,并将理论的近似计算结果与仿真结果进行对比分析,深化学生理论与实际的联系。通过上述案例设计式教学,让学生由“接收天线”转变为“发射天线”,强化学生对课程知识的理解,增强学生的创新思维能力和综合分析能力。

科研成果进“天线与电波传播”课堂的探索——以天线辐射与散射一体化控制的科研成果为例

“天线与电波传播”是电子信息类本科专业的核心课程,是注重基础理论与实际应用相结合的课程。为了提高该课程的教学效果,提升课程知识与科研实际联系程度,在课程教学中采用科研成果进课堂的教学方法。利用科研中已解决的关键问题,让学生带着问题去学习,提升对本门课程学习的兴趣和主动性。以天线辐射与散射一体化控制的科研成果进课堂为例,将此成果引入《微带天线》章节,从天线辐射与散射控制的矛盾出发,综合运用课程知识点,对天线辐射控制和散射控制的影响因素进行剖析,结合科研实践开展启发性教学,启发学生思考如何通过天线结构的巧妙设计实现辐射与散射一体化控制,培养学生的创新思维和综合分析能力,使学生走出课堂就能走向科研和工程实践。

基于DNN的二维抛物方程电波传播修正模型

针对二维抛物方程(Two-dimensional Parabolic Equation,2DPE)只能对二维通信链路进行建模,无法计算电磁波在城市环境下对建筑物的横向绕射和后向反射效应的缺陷,提出一种基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的2DPE修正模型。通过数字高程地图建立城市建筑物三维模型,提取出传播距离、传播角度和建筑覆盖率等7个特征,对传播路径上的建筑物分布和收发天线的部署情况进行表征。结合实测数据,构建用于修正2DPE的数据集;通过DNN进行训练,构建2DPE的修正模型,使其适用于复杂三维环境下的电波传播预测。仿真结果表明,相比于线性回归、支持向量回归和决策树模型,基于DNN的2DPE修正模型在三维传播环境中计算精度高,在测试集上的预测误差最多降低了46.8%。

基于贯穿式实践的创造性思维培养——以“天线与电波传播”课程为例

高阶思维尤其是创造性思维的培养,是现代素质教育的核心部分,是贯彻以学生发展为中心教育理念的基本要求,是“双一流”高校教学改革的一个重要方面,是知识、能力和素养“三位一体”培养目标的重要体现。在分析创造性思维内涵的基础上,以“天线与电波传播”课程中的贯穿式实践项目对数周期天线设计为例,结合课程特点,介绍了贯穿式实践项目的具体实施方法,并探讨了实践项目对创造性思维培养的支撑作用和实现方法。

基于电波传播模型的电磁信号覆盖范围计算

针对大气气象环境复杂、地形起伏变化的复杂电波传播场景,基于自由空间传播理论的电磁信号覆盖范围计算结果与实际情况不符。为更加准确地反映电磁信号覆盖范围,综合运用电波传播模型设计自动匹配规则,实现自适应电波传播衰减计算,提高电波传播衰减计算的准确性。基于自适应电波传播衰减计算,针对不同场景分别采用栅格和包络两种形式更加准确地对覆盖范围进行表征,设计相应的计算算法。通过计算机软件进行了实验验证,证明了所提方法的有效性,提升了电磁信号覆盖范围计算的准确度。

一种基于深度学习的电波传播场强预测方法

电波传播场强预测对于无线网络的规划具有重要意义,其预测精度与通信环境的大规模传播特性直接相关。为了提升电波传播场强预测的准确性,需尽可能地增加输入特征维度以最大化描述环境。卫星图像能直观地展示研究区域的环境特征,将其作为输入特征,采用卷积神经网络构建模型准确地预测电波传播情况。因此,提出了一种基于卫星图像数据的深度学习场强预测方法,输入数据为经纬度、高程和卫星图像,输出为预测场强。结果表明,与未使用卫星图像作为输入的模型预测值对比,添加卫星图像作为输入特征后,预测精度提高15.2%,对卫星图像数据进行增强,预测精度获得6.4%的提升。

基于LoRa的钢制船舶通信系统电波传播特性研究

为了提高船舶通信系统的通信质量,研究基于LoRa的钢制船舶通信系统电波传播特性.根据电波传播机制,基于LoRa建立电波传播方程,获取电波传播时延;通过计算电波传播损耗,掌握电波传播规律,得到电波传播接收功率路径损耗、随距离的变化以及能量分布情况.电波传播特性实验分析表明,电波传播损耗指数与发射天线高度呈反比关系,与频率呈正比关系,接收天线在船舶走廊中央时的路径损耗更少;在带拐弯部分的钢制船舶走廊场景下,电波传播时延平均值为38.45ns,均方根时延的平均值为1.89ns,收发天线之间的距离对均方根时延的影响较小。

用射线跟踪法对室内电波传播进行预测

根据室内电波传播的特点，对室内电波的反射、透射和绕射等传播路径进行了分析，首次考虑了多层介质的反射、透射以及棱角边缘的绕射，建立了基于射线跟踪法的二维和三维传播预测模型，根据这些模型能够计算出室内各处电波传播的路径损耗。计算结果与测量结果符合很好。同时，将二维和三维跟踪预测结果作了比较，结果表明在有些情况下二维跟踪更经济实用。

隧道中UHF窄带无线电波传播信道的特性

本文以在五个不同隧道中的实验数据为基础，分析了窄带ＵＨＦ无线电波在隧道中的传播特性，给出了表征空直隧道传播损耗的距离因子，并讨论了隧道中的行人、车辆及隧道弯曲度对传播特性的影响。研究表明，接收信号的慢衰落基本服从对数正态分布，快衰落在直遂道中满足Ｒｉｃｉａｎ分布，在弯曲隧道中Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布并不能很好地模拟快衰落的分布。

基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析

提出了一种改进阻抗边界条件的方法,并用格林函数法求解抛物方程的初始解;从而提高了抛物方程法的稳定性与精确度。最后基于抛物方程法分析了粗糙海面上的电波传播特性,得到的结果与Miller-Brown模型进行对比,结果吻合很好。

利用射线跟踪方法进行微蜂窝电波传播预测

由于传播环境有较大差异，微蜂窝电波传播预测无法借用大蜂窝的模型，射线跟踪方法是解决这一问题很有效的途径。本文提出了一种适合微蜂窝的“先平面后空间”的射线跟踪模型，这种模型避免了复杂的三维跟踪，使三维问题得以用两维手段解决，使预测精度和计算复杂性得到合理兼顾，本文还探索了自动建立建筑物数据库的方法，基于几何光学和一致性绕射理论对跟踪射线的场强进行了计算，并在最后用实测验证了预测结果。

电导率对巷道中电波传播的影响

为了研究真实巷道中电波传播的特性,必须考虑巷道壁电导率的影响。根据圆形巷道和矩形巷道的电波传播模型,分析了电波衰减率和电导率的关系,并且提出了电导率断点的概念。研究结果显示:当电导率小于断点时,电磁波衰减率几乎不受影响,当电导率高于断点时,电磁波传播特性会有较大的变化。电导率断点主要受传播频率的影响,而与巷道横截面尺寸和极化方式几乎无关。

多刃峰环境无线电波传播预测的双向抛物方程法

基于迭代双向抛物方程法求解了单刃峰和多刃峰环境下的前向和后向电波传播。对单刃峰,将双向与单向抛物方程法的数值结果做了比较,并分析了刃峰的位置和高度对后向反射场的影响。对多刃峰,采用迭代步进的双向抛物方程法计算相邻刃峰间的电波传播,并将数值结果与单向抛物方程法的结果进行对比。双向抛物方程法能计算出无线电波的前向传播场和后向传播场叠加的总场,比单向抛物方程法的预测结果更准确。

基于三维射线跟踪的城市微小区电波传播预测算法

射线跟踪算法是用于城市微小区电波传播预测的一种有效算法 ,但大多文献只对其正向算法进行了详细的探讨 ,而对于比较精确的反向算法却少有提及 .本文对基于三维模型的射线跟踪反向算法进行了详细的讨论 。

沙尘暴对地空路径上Ka频段电波传播的影响

通过分析陆地上毫米波在沙尘暴中传播时的衰减和交叉极化分辨率 ,给出了一定高度毫米波传播的衰减和交叉极化分辨率的计算公式 ,并提出了一种计算地空路径沙尘暴衰减和交叉极化分辨率的等效模型。在不同的地球站点、不同的能见度、不同的沙尘粒子含水量、不同的粒径分布下进行了数值计算 。

电波传播与天线专业实验教学体系的构建

电波传播与天线专业是2009年教育部公布的高校新增本科专业之一,为国防建设发展需要所设立,属于国防紧缺专业。根据专业特色和实验教学现状,构建具有专业特色的主干课程的实验教学体系,将理论与实践、实验与创新有机地结合起来,对于该专业的发展来说是非常重要的。首先分析了建立专业实验教学体系的意义,然后从专业实验课程体系的构建、实验平台的建设、配套教材和课件的建设等方面进行了探讨,提出了对建立电波传播与天线专业实验教学体系的一些思考与实践经验。

基于抛物方程法的部分森林覆盖山区电波传播分析

基于Fourier分步步进法的抛物方程模型求解了山区不规则地形部分森林覆盖环境的电波传播,并分析了森林对电波传播的影响。模型中为了简化边界条件,地形用分段线性函数来近似。然后预测了一个山区部分针叶林覆盖环境的电波传播,得到的结果与实测数据进行对比,二者吻合很好。最后对算法的稳定性与误差进行了分析,本文的模型能处理不规则地形、森林等复杂环境且算法效率高。

基于三维的射线跟踪八叉树算法的城市微区电波传播预测算法模型

本文建立了一种有效的基于射线跟踪技术的三维城市微区电波传播预测的计算模型.该模型将计算机图形学中的八叉树分区技术扩展至射线跟踪技术,并由此提出了一种新的有效的射线跟踪算法,射线跟踪八叉树算法.并基于几何光学、一致性绕射(UTD)对场强进行计算,所得结果与实测值及FDTD的结果进行了比较.

基于三维反向射线跟踪的电波传播预测

在复杂城市传播环境中,搜索三阶及以上反射及绕射路径能提高电波损耗预测精度,但现有研究主要针对二阶及以下反射及绕射路径。为此,提出一种任意阶反射及绕射反向射线跟踪算法。该算法基于镜像原理和一致性绕射理论,反向搜索确定射线传播路径,同时通过正向筛选过程建立可见多边形、棱边和场点,从而减少相交测试次数,降低高阶路径的搜索复杂度。在此基础上论述反射及绕射次数等因素对电波传播预测精度和复杂度的影响。数值仿真结果表明,考虑高阶传播路径能有效提高预测精度和预测效率,为三维城市中电信基站的规划设计和网络优化提供依据。