在矿井无线通信中，哪个工作频段效果最佳

（文章来源：电气新科技）

煤矿生产及其井下环境的特殊性，决定了煤矿对通信的依赖性比较强，矿井通信系统在煤矿的生产调度、安全管理、监控、抢险救灾中发挥着重要的作用。随着煤矿对通信要求的提高，现有的有线通信已无法适应煤矿发展的需要。作者主要研究矿井无线通信系统中电磁波在煤矿井下巷道内的传输特性，掌握电磁波的传输特性对开发、设计矿井无线通信系统和消除各种不良影响具有重要的意义。

由于煤矿井下潮湿、巷道空间狭小（仅有几米宽）、自然条件差、地形复杂，巷道内有拐角、分支以及爆炸危险的气体等，同时巷道内还存在大量工业干扰，致使井下无线传输损耗大，通信环境非常恶劣。因此在设计一个矿井无线通信系统时，它的工作频率必须选择在合适的频段内。

如果矿井无线通信系统的工作频率所处的频段较低， 由于煤矿井下低频段的工业干扰太多，导致该系统易受井下工频电磁干扰；同时由于工作频率比较低， 致使发射机功率偏大， 天线体积大；而且在低频段时，数据误码率比较高，信道容量小，功耗大，传输距离短。但是低频段电磁波的能量相对比较低，电磁波绕射能力比较强。

当工作频率在高频段时，通信稳定、灵活性强、信噪比高、信道容量大、信息传输速率高、适于宽频带传输、便于组网，高频段的天线和设备也比较小；同时高频段的电磁干扰比较少，传输距离远，通信跨距大，有利于无线通信。而且由于巷道内电磁波传输的最高截止频率达246MHz[2]，选择较高的频段，可以保证电磁波有效的传输。但是高频段的电磁波绕射能力比较弱，对接收机性能的要求也比较高，同时高频段电磁波的能量相对比较高，与本质安全矛盾。

综合以上因素，我们折中考虑，因此矿井无线通信的工作频率选择在UHF（Ultra High Frequency）频段内即300-3000MHz之间。保证煤矿井下无线通信的有效、畅通，作者以矩形巷道和拱形巷道为研究对象，分析UHF电磁波在巷道内的传输特性。从某种意义上来说，对煤矿井下巷道内电磁波传输特性的研究，就是对电磁波衰落特性的研究。

由于煤矿井下环境特殊、情况复杂，电磁波在煤矿井下受限空间内的传输与地面上有很大的不同，井下各种因素都可能对电磁波的传输产生影响，引起能量损耗，影响通信质量。因此我们在设计一个矿井无线通信系统的时候，要充分考虑矿井巷道内影响电磁波传输的因素。巷道内电磁波传输频率越高，衰减越小，这是由于矿井巷道对较高频率的电磁波形成了有效的波导。由分析而知，矿井无线通信应尽可能要选择水平极化方式传输。

由于矿井巷道截面要满足技术和经济的要求， 因此截面尺寸并不是固定的。当电磁波传输频率一定时，巷道截面越大，传输衰减越小。在相同频率的条件下，电磁波在半径为3 m的拱形巷道内传输衰减最小。当电磁波的工作频率在UHF频段时，巷道的等效半径与波长比值越大，电磁波的传输衰减越小，当比值大于10时，电磁波在任何巷道截面中的传输衰减都很小。

由于矿体本身的特点和掘进设计的要求，巷道并不是平直的，存在拐弯和分支。当电磁波传输频率一定时，巷道越弯曲，传输衰减越大；当在同一弯曲处时，电磁波传输频率越高，衰减越大。同时巷道内的分支会增大电磁波的传输衰减，电磁波的传输频率越高，由分支引起的传输衰减越大。

为了保持巷道截面的形状和尺寸，保证工作人员的安全，矿井巷道需要支护，同时随着工作面的不断拓宽掘进，需要进一步安装支护，而支护立柱排数的增加可以改变电磁波传输的截止频率，支护立柱排数越多影响越严重。同时支护立柱的高度对电磁波传输的截止频率也有影响。

粗糙的巷道壁，会引起漫反射，进而导致能量损耗，电磁波传输频率越高，由粗糙引起的损耗越小，巷道越粗糙，损耗越大。当巷道壁较平均面倾斜时，电磁波传输频率越高，巷道越倾斜，引起的传输损耗越大。煤矿井下存在大量粉尘， 而粉尘都是有耗介质， 会对巷道内的电磁波的传输造成衰减， 而且电磁波传输频率越高，粉尘浓度越大， 传输衰减也越大。

由于煤矿井下的湿度很大，巷道内存在大量的水汽，同时由于粉尘的存在， 水汽分子会凝结成雾滴。由于水汽、雾滴不是纯净的水，有半导电性质，当电磁波穿过它们时，水汽分子吸收电磁波引起能量损耗；雾滴不仅吸收电磁波，还使其发生散射，使传输衰减增大；同时由于水汽会浸润巷道壁，而湿润的巷道壁也使的电磁波传输衰减增大。
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