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1、题 目 列车对双拱隧道电磁波传输特性影响 学生姓名 学号 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子信息工程专业 12 级 4 班 指导教师 完成地点 陕西理工学院 2016 年 6 月 3 日陕西理工学院毕业设计列车对双拱隧道电磁波传输特性影响作者:(陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 12 级 4 班，陕西 汉中 )指导老师：摘要 边界元法是基于控制微分方程的基本解来建立相应的边界积分方程，再结合边界的剖分而得到的离散算式。文中通过对边界元法基本原理的回顾，详细给出了边界元法计算电磁问题的处理过程和相关计算公式并在列车隧道波导问题进行物理建模的基础上，应用
2、边界元法探究了随着列车高度和位置的变化半圆形双拱隧道中的电场分布、电位分布及耦合电容等问题。根据计算结果，绘制出了空隧道、有单列列车和双列列车在双拱隧道的电位分布图和场强分布图，并分析了双列车位置和尺寸的变化对隧道的影响。关键词 边界元法；列车- 隧道；场强；电位；耦合电容 陕西理工学院毕业设计The influence of electromagnetic wave transmission characteristics of train to double arch tunnelAuthor：Ning bo Huang(Grade 11, Class 4, Major electroni
3、cs and information engineering, School of Physics and Electronic Information Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong , Shaanxi)Tutor: Chunjiang Shuai Abstract: The boundary element method is defined as the boundary integral equation for the governing equation,combined with split boun
4、dary obtained dispersion formula. In this paper,the basic principle of the boundary element method is briefly reviewed,and the main treatment process of computation electromagnetic problems and the related formula with boundary element method are introduced.The train-tunnel is constructed as a model
5、 of wave guide and the boundary-value problem is obtained.The boundary element method is used to analyze the single arch tunnels electric field, magnetic field and coupling capacitance when the trains height or location is changed in the tunnel.According to the results of calculation,draw out the em
6、pty tunnel and the potential distribution ,field intensity distribution of a train and tow train and trains to the position and size of pairs of train of the tunnel.Keywords: CBEM; Train -Tunnel; Field strength ;potential; Coupling capacitance陕西理工学院毕业设计I目 录1 引言 .11.1 课题背景及意义 .11.2 电磁场计算方法 .11.3 电磁场边
7、值问题的解法 .11.3.1 解析法 .11.3.2 数值法 .21.4 电磁波在波导内传播的特点 .22 常数边界元法基本原理 .32.1 常数边界元法基本概念 .32.2 常数边界元基本关系式 .32.2.1 加权余量法 .32.2.2 高斯公式 .42.2.3 格林公式 .42.2.4 格林公式的应用 .52.2.5 边界积分的方程 .62.3 边界元方程及方法实施 .62.4 常数边界元法 .73 FORTRAN 及程序验证 .93.1 简介 .93.2 基本程序结构 .93.3 双圆柱内导体矩形版线验证 .94 实例计算及分析 .104.1 电容的计算原理 .114.2 空隧道实例
8、.114.2.1 空隧道模型 .114.2.2 电磁波的电场与电位分布 .124.3 左列车双拱模型实例 .124.3.1 隧道模型 .134.3.2 电磁波的电场与电位分布 .134.3.3 耦合电容的计算 .134.4 双列 双拱隧道模型实例 .144.4.1 双列 双拱隧道 .144.4.2 电磁波的电场与电位分布 .154.4.3 耦合电容的计算 .154.5 双列 单拱隧道模型实例 .164.5.1 隧道模型 .164.5.2 电磁波的电场与电位分布 .17陕西理工学院毕业设计II4.5.3 耦合电容的计算 .175 结论与展望 .185.1 结论 .195.2 展望 .19致谢 .
9、19参考文献 .20附录 A 外文文献 .21附录 B 外文翻译 .26附录 C 部分程序 .30陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 33 页1 引言1.1 课题背景及意义当代世界，电子通信方面的应用越来越广泛，所以人们对于通信信号质量的要求也越来越高。尤其是在列车在隧道中快速运行时的信号处理尤为显得突出和重要，所以研究电磁波在列车隧道中的传播方式也就非常有必要，这样可以更好的让我们了解电磁波在隧道中的传播特性，尽量避免发生一些紧急状况和突发事件，从而尽可能减少财产损失和保障生命安全。因此开展隧道中电磁波的理论方面研究，对于发展地下公路和铁路隧道无线电通讯实现全球无障碍通讯具有一定的理论意义和
10、实用价值。隧道是一种特殊的受限空间，其无线电信道完全不同于地面无线电信道，无法照搬地面上的有关理论。所以，在研究隧道中的电磁波时，隧道可看作是波导，其截面通常是半圆或拱形，梯形等形状。众所周知，各类波导结构不仅是能量和信息的载体和传递工具，而且是构成所有微波系统及元器件的基础。在各种通信系统和电子系统中，各种各样的波导或波导元件都是必不可少的组成部分。波导的发展历史可以追溯到 19 世纪麦克斯韦方程组 建立的初期。在经历了 40 余年1的漫长发展后，G.C.Southworth 终于于 1936 年成功的进行了一次具有特殊意义的波导 传2输实验，著名电磁学家 S.A.Schelkunoff 也几乎于同时期对波导理论进行了系统的推导与论述，从而揭开了导波系统的新篇章。尽管波导从创建到发展的历史比较悠久，但是时至今日仍然有各种新的导波结构不断的涌现。如今种类繁多的导波广泛应用
