微波天線多場(chǎng)耦合理論與技術(shù)

隧道工程是復(fù)雜地質(zhì)系統(tǒng)中的工程，多場(chǎng)耦合問(wèn)題是地質(zhì)系統(tǒng)中普遍存在的前沿課題，尤其是在水下隧道和寒區(qū)隧道工程中。多場(chǎng)耦合分析已成為隧道工程的重要分析方法，全書(shū)以具體工程事例為對(duì)象，重點(diǎn)介紹多場(chǎng)耦合分析在隧道工程的應(yīng)用問(wèn)題。全書(shū)共分為三篇：第一篇介紹了隧道工程中耦合問(wèn)題的發(fā)展與現(xiàn)狀以及多場(chǎng)耦合分析的理論基礎(chǔ)；第二篇介紹了越江、海等水下隧道中的水壓?jiǎn)栴}、液固雙場(chǎng)耦合分析及水下盾構(gòu)隧道的施工控制問(wèn)題等；第三篇介紹了寒區(qū)隧道中的凍害問(wèn)題、熱液固多場(chǎng)耦合分析以及在寒區(qū)隧道抗防凍方面的應(yīng)用等。

《多場(chǎng)耦合分析在隧道工程中的應(yīng)用》可供從事隧道建設(shè)的科技人員使用，也可作為高等院校隧道及相關(guān)專業(yè)師生的參考書(shū)。

對(duì)微波天線總的要求是：天線增益高，與饋線匹配良好、波道間寄生耦合小，由于微波天線都采用面式天線，所以還應(yīng)使天線具有一定的抗風(fēng)強(qiáng)度并有防冰雪的措施。微波天線的主要電氣指標(biāo)有如下幾個(gè)方面：

① 天線增益

微波通信中使用的面式天線，增益可用下式計(jì)算：

式中：A為天線的口面面積；l為波長(zhǎng)；η_A為口面利用系數(shù)。

當(dāng)口面場(chǎng)同相等幅時(shí)，η_A =1；一般情況下，η_A在0.4～0.6之間。對(duì)于工作頻率為4GHz，站距為50km的微波中繼通信線路，常用直徑為3.2m至4m天線，其增益G_db =40左右，口面越大，增益越高。

② 對(duì)主瓣寬度的要求

在視距微波通信線路中，天線增益過(guò)高將使主瓣張角過(guò)小，當(dāng)氣象條件變化時(shí)，傳播方向就要改變，大風(fēng)又能引起天線擺動(dòng)，這都會(huì)降低天線在通信方向的實(shí)際增益。因此，不能認(rèn)為主瓣張角越小越好，一般應(yīng)要求1°～2°左右。

③ 天線與饋線應(yīng)匹配良好

在整個(gè)工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。

④ 交叉極化去耦

在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對(duì)稱，不同極化波(即垂直極化波和水平極化波)可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波，設(shè)此寄生波功率為P_X則天線的交叉極化去耦度為：

式中：P₀為主極化波功率；P_X為與主極化波正交的寄生極化波功率，通常要求微波天線在主瓣寬度內(nèi)的X值不小于30dB。

⑤ 天線防衛(wèi)度

所謂天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對(duì)從其他方向來(lái)的干擾電波的衰耗能力。在微波線路中，由于采用二頻制，所以在同一微波站中，兩個(gè)方向的接收機(jī)采用同一頻率，如圖3所示。

天線防衛(wèi)度主要包括下面幾個(gè)指標(biāo)：

① 反向防衛(wèi)度

在圖3中，第1號(hào)天線能從背后收到由第5號(hào)天線發(fā)來(lái)的信號(hào)f₁；而第6號(hào)天線也能收到由第2號(hào)天線向背后發(fā)來(lái)的信號(hào)f₂。前者稱為接收天線的前對(duì)背耦合，后者稱為發(fā)射天線的前對(duì)背耦合。因此，要求天線在最大輻射方向的增益系數(shù)G₀大大超過(guò)反方向的增益系數(shù)G_反。它們的比值稱為反向防衛(wèi)度(或稱為反向衰減)。通常要求偏離主輻射方向180°±45°之間，反向防衛(wèi)度大于65dB。

② 邊對(duì)邊去耦

從第2號(hào)天線發(fā)射的一部分能量泄漏到與它并排安裝并且指向相同的第1號(hào)接收天線，如圖15.8虛線箭頭所示，這種耦合叫做邊對(duì)邊耦合。要求天線應(yīng)對(duì)這種耦合具有足夠的去耦度，通常應(yīng)在80dB以上。

③ 背對(duì)背去耦

第2號(hào)天線發(fā)射的一部分能量泄漏到第3號(hào)天線；或者第4號(hào)天線的一部分能量泄漏到第1號(hào)天線。在圖3中由虛線箭頭示出，這種耦合叫做背對(duì)背耦合，天線對(duì)這種耦合也應(yīng)具有足夠的去耦度。

《垃圾填埋氣體運(yùn)移的多場(chǎng)耦合理論及應(yīng)用》重點(diǎn)介紹了作者在垃圾填埋氣體運(yùn)移過(guò)程多場(chǎng)耦合效應(yīng)方面的研究成果，包括在垃圾填埋氣體釋放傳輸過(guò)程中生物、化學(xué)、熱、滲流和應(yīng)力耦合動(dòng)力學(xué)機(jī)理，垃圾填埋氣體運(yùn)移的滑脫效應(yīng)、滲流、應(yīng)力耦合效應(yīng)，垃圾填埋氣體運(yùn)移的水、氣兩相滲流機(jī)理及模型，垃圾填埋氣體運(yùn)移過(guò)程溫度、滲流、應(yīng)力耦合效應(yīng)、生物、滲流耦合效應(yīng)、生物、滲流、應(yīng)力耦合效應(yīng)以及生物、滲流、熱耦合效應(yīng)。全書(shū)最后以我國(guó)南方某垃圾填埋場(chǎng)為背景，對(duì)垃圾填埋氣體抽排發(fā)電工程的可行性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

《垃圾填埋氣體運(yùn)移的多場(chǎng)耦合理論及應(yīng)用》可供環(huán)境工程、巖土工程、固體廢棄物處置工程以及新能源科學(xué)與工程等專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生教學(xué)及閱讀使用，亦可供相關(guān)科研和工程設(shè)計(jì)人員參考。