煤礦生產及其井下環境的特殊性，決定了煤礦對通信的依賴性比較強，礦井通信系統在煤礦的生產調度、安全管理、監控、搶險救災中發揮著重要的作用。隨著煤礦對通信要求的提高，現有的有線通信已無法適應煤礦發展的需要。作者主要研究礦井無線通信系統中電磁波在煤礦井下巷道內的傳輸特性，掌握電磁波的傳輸特性對開發、設計礦井無線通信系統和消除各種不良影響具有重要的意義。

礦井無線通信工作頻率的確定

由于煤礦井下潮濕、巷道空間狹小（僅有幾米寬）、自然條件差、地形復雜，巷道內有拐角、分支以及爆炸危險的氣體等，同時巷道內還存在大量工業干擾，致使井下無線傳輸損耗大，通信環境非常惡劣。因此在設計一個礦井無線通信系統時，它的工作頻率必須選擇在合適的頻段內。

如果礦井無線通信系統的工作頻率所處的頻段較低, 由于煤礦井下低頻段的工業干擾太多，導致該系統易受井下工頻電磁干擾；同時由于工作頻率比較低, 致使發射機功率偏大, 天線體積大；而且在低頻段時，數據誤碼率比較高，信道容量小，功耗大，傳輸距離短。但是低頻段電磁波的能量相對比較低，電磁波繞射能力比較強。

當工作頻率在高頻段時，通信穩定、靈活性強、信噪比高、信道容量大、信息傳輸速率高、適于寬頻帶傳輸、便于組網，高頻段的天線和設備也比較小；同時高頻段的電磁干擾比較少，傳輸距離遠，通信跨距大，有利于無線通信。而且由于巷道內電磁波傳輸的最高截止頻率達246MHz[2]，選擇較高的頻段，可以保證電磁波有效的傳輸。但是高頻段的電磁波繞射能力比較弱，對接收機性能的要求也比較高，同時高頻段電磁波的能量相對比較高，與本質安全矛盾。

綜合以上因素，我們折中考慮，因此礦井無線通信的工作頻率選擇在UHF（Ultra High Frequency）頻段內即300-3000MHz之間。

礦井巷道內影響電磁波傳輸的因素

保證煤礦井下無線通信的有效、暢通，作者以矩形巷道和拱形巷道為研究對象，分析UHF電磁波在巷道內的傳輸特性。從某種意義上來說，對煤礦井下巷道內電磁波傳輸特性的研究，就是對電磁波衰落特性的研究。

由于煤礦井下環境特殊、情況復雜，電磁波在煤礦井下受限空間內的傳輸與地面上有很大的不同，井下各種因素都可能對電磁波的傳輸產生影響，引起能量損耗，影響通信質量。因此我們在設計一個礦井無線通信系統的時候，要充分考慮礦井巷道內影響電磁波傳輸的因素。

頻率對無線傳輸的影響

巷道內電磁波傳輸頻率越高，衰減越小，這是由于礦井巷道對較高頻率的電磁波形成了有效的波導。由分析而知，礦井無線通信應盡可能要選擇水平極化方式傳輸。

截面對無線傳輸的影響

由于礦井巷道截面要滿足技術和經濟的要求, 因此截面尺寸并不是固定的。當電磁波傳輸頻率一定時，巷道截面越大，傳輸衰減越小。在相同頻率的條件下，電磁波在半徑為3 m的拱形巷道內傳輸衰減最小。當電磁波的工作頻率在UHF頻段時，巷道的等效半徑與波長比值越大，電磁波的傳輸衰減越小，當比值大于10時，電磁波在任何巷道截面中的傳輸衰減都很小。

彎曲、分支對無線傳輸的影響

由于礦體本身的特點和掘進設計的要求，巷道并不是平直的，存在拐彎和分支。當電磁波傳輸頻率一定時，巷道越彎曲，傳輸衰減越大；當在同一彎曲處時，電磁波傳輸頻率越高，衰減越大。同時巷道內的分支會增大電磁波的傳輸衰減，電磁波的傳輸頻率越高，由分支引起的傳輸衰減越大。

支護對無線傳輸的影響

為了保持巷道截面的形狀和尺寸，保證工作人員的安全，礦井巷道需要支護，同時隨著工作面的不斷拓寬掘進，需要進一步安裝支護，而支護立柱排數的增加可以改變電磁波傳輸的截止頻率，支護立柱排數越多影響越嚴重。同時支護立柱的高度對電磁波傳輸的截止頻率也有影響。

粗糙、傾斜對無線傳輸的影響

粗糙的巷道壁，會引起漫反射，進而導致能量損耗，電磁波傳輸頻率越高，由粗糙引起的損耗越小，巷道越粗糙，損耗越大。當巷道壁較平均面傾斜時，電磁波傳輸頻率越高，巷道越傾斜，引起的傳輸損耗越大。

粉塵對無線傳輸的影響

煤礦井下存在大量粉塵, 而粉塵都是有耗介質, 會對巷道內的電磁波的傳輸造成衰減， 而且電磁波傳輸頻率越高,粉塵濃度越大, 傳輸衰減也越大。

水汽對無線傳輸的影響

由于煤礦井下的濕度很大，巷道內存在大量的水汽，同時由于粉塵的存在, 水汽分子會凝結成霧滴。由于水汽、霧滴不是純凈的水，有半導電性質，當電磁波穿過它們時，水汽分子吸收電磁波引起能量損耗；霧滴不僅吸收電磁波，還使其發生散射，使傳輸衰減增大；同時由于水汽會浸潤巷道壁，而濕潤的巷道壁也使的電磁波傳輸衰減增大。

作者最后指出，由于煤礦井下電磁波傳輸損耗大，傳輸距離短，所以應合理設置基站，采用無線中繼基站的方式，構建井下基站網絡，將電磁信號覆蓋整個礦井。同時應選擇一個合適的工作頻率，通過本文前面的分析，并參考前人的研究成果，900～1000MHz為礦井無線通信的較佳工作頻段。

為了使礦井無線通信系統達到最優設計，在設計一個礦井無線通信系統時，我們應從900～1000MHz之間選擇一個最佳的工作頻率，由于各個礦井之間的差異，導致最佳工作頻率不一樣。因此各礦應從實際出發，綜合考慮巷道內影響無線傳輸的各種因素，選擇一個最佳的工作頻率，盡可能使電磁波傳輸損耗最小。

（編自《電氣技術》，原文標題為“礦井無線通信系統中電磁波的傳輸”，作者高勁強、陶晉宜 等。）