CN116054980B - 井下射频电磁能量限值的确定方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种井下射频电磁能量限值的确定方法，包括：基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，第二能量射频限值表示人体在井下的暴露限值；基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；根据第一能量射频限值、第二能量射频限值、第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值。采用上述方案的本发明能够综合考虑各方面的因素得出更准确的井下射频能量限值要求。
Description
技术领域
本申请涉及电磁能防爆技术领域，尤其涉及井下射频电磁能量限值的确定方法和装置。
背景技术
智能化矿山的发展少不了无线技术的助力，各类无线技术的发展，也为煤矿逐步实现万物互联、智能化的发展目标、发展需求而赋能。5G、WiFi6、UWB、物联网、无线充电等无线新技术充斥着煤炭行业，也为煤矿行业带来了新的无线革命，但无线技术的爆炸性应用也为“煤矿井下爆炸性环境射频能量的安全性”、“射频电磁辐射对矿工职业健康的影响”等方面带来了新的挑战。
煤矿井下是限定空间，巷道、工作面等空间狭窄，地面粗糙，坎坷不平，四周环绕着煤和矸石，为了保证煤矿的安全生产和平稳运行，巷道中还设置有金属支护、纵向导体、通风设施等。在这样一个复杂的有限空间中，无线电磁波的传播和自由空间大不一样，电磁波在矿井巷道和工作面内的传播，存在多径衰落和非可视问题。这使得在地面能实现5km传输距离的收发系统，搬到井下进行传输测试，在条件较好的直巷道传输距离往往只能到几百米，如果巷道有弯曲，距离会更短，这是长期困扰矿井通信的瓶颈，为解决这个问题，目前普遍采取的方法是增大天线的发射功率，但现有防爆标准对于允许使用的射频电磁能有最大功率6W的限制，在目前射频天线阈功率的叠加测算方式下，基站的射频发射功率严重受限。井下5G基站普遍采用的是标称发射功率为250mW的室分设备，经防爆改造后，考虑馈线损耗和隔离元器件的损耗，实际发射功率更小，实际测试最大通信距离仅为100～200m，边缘传输速率只有10Mbit/s左右。井下布设防爆5G基站时，由于传输距离较短，基站布设密度大，增加了组网成本和维护工作量。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种井下射频电磁能量限值的确定方法，解决了现有井下射频能量限值确定方法在煤矿应用中适用性低的技术问题，实现了能够综合考虑各方面的因素得出更准确的井下射频能量限值要求。
本申请的第二个目的在于提出一种井下射频电磁能量限值的确定装置。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种井下射频电磁能量限值的确定方法，包括：基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，第二能量射频限值表示人体在井下的暴露限值；基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；根据第一能量射频限值、第二能量射频限值、第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值。
本申请实施例的井下射频电磁能量限值的确定方法，首先根据爆炸性环境中基于安全考虑的射频电磁能量限值的试验方法来获取电磁能量在爆炸性环境中的限值，其次考虑矿井限定空间电磁辐射曝露限值，而后给出了避免频谱干扰的能量限值，最后根据现场实际使用场景分频段分区域综合考量得出更科学的限值要求，本申请综合考虑各方面因素，得到更准确的井下射频能量限值要求。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于射频火花试验获取第一能量射频限值，包括：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对射频信号进行放大，得到放大信号；
将放大信号经过环形器的第一端口进入与环形器第二端口连接的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和射频信号的功率计算得到进入试验小室的射频信号功率，其中，功率计与环形器的第三端口连接；
不断调整射频信号的频率和功率，直至试验小室发生爆炸，将此时进入试验小室的射频信号功率作为临界功率，将临界功率作为第一能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，试验小室由50Ω同轴电缆和射频火花腔在试验小室空间内结合生成，试验小室以同轴电缆的芯线作为内导体芯板，以同轴电缆的外皮作为外壳，试验小室内部的特性阻抗为50Ω，内导体芯板的末端连接至宽带的匹配负载板上，试验小室腔体的末端安放吸波材料，射频火花腔在试验小室内部，射频火花腔涵盖芯板和下底板；
射频火花试验所需的易燃混合气体通过射频火花腔下端的进气孔输入，并通过防爆电磁阀、阻火器与气源隔开，射频火花腔内的射频放电试验包括：调节分别与芯板和底板相连的可调放电尖端的间距，调节天线接口的平行极板与可调放电尖端的距离。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，包括：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求；
根据曝露要求、巷道电磁波反射系数、巷道电磁波传输的附加损耗结合人体与射频设备的实际间距计算得到第二能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，包括：
根据邻道功率比ACLR及杂散限值SE、基于通信保障标准进行计算得到第三能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，井下射频电磁能量限值，表示为：
P(f)＝min{PH(f)，PS(f)，Pc(f)}
其中，PH(f)表示第一能量射频限值，Ps(f)表示第二能量射频限值，Pc(f)表示第三能量射频限值。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种井下射频电磁能量限值的确定装置，包括第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、射频电磁能量确定模块，其中，
第一计算模块，用于基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；
第二计算模块，用于基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，第二能量射频限值表示人体在井下的暴露限值；
第三计算模块，用于基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；
射频电磁能量确定模块，用于根据第一能量射频限值、第二能量射频限值、第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第一计算模块，具体用于：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对射频信号进行放大，得到放大信号；
将放大信号经过环形器的第一端口进入与环形器第二端口连接的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和射频信号的功率计算得到进入试验小室的射频信号功率，其中，功率计与环形器的第三端口连接；
不断调整射频信号的频率和功率，直至试验小室发生爆炸，将此时进入试验小室的射频信号功率作为临界功率，将临界功率作为第一能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二计算模块，具体用于：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求；
根据曝露要求、巷道电磁波反射系数、巷道电磁波传输的附加损耗结合人体与射频设备的实际间距计算得到第二能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第三计算模块，具体用于：
根据邻道功率比ACLR及杂散限值SE、基于通信保障标准进行计算得到第三能量射频限值。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例一所提供的一种井下射频电磁能量限值的确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的GTEM射频火花试验小室结构图；
图3为本申请实施例的射频火花试验原理图；
图4为本申请实施例的3GPP Band n78(3.5GHz)辐射要求示意图；
图5为本申请实施例提供的一种井下射频电磁能量限值的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
井下射频能量限值的确定应进行多方面的考量，既要确保煤矿企业的安全生产，又要保证矿工的职业健康安全，还要考虑未来在充斥着各种无线信号矿井限定空间内能够正常通信的底限要求。
而上述三个考量方向的要求在目前的煤矿行业都存在着各自的问题：
1、爆炸性环境中射频电磁能量限值的试验方法缺失，传统的火花试验装置相对于射频来说，会造成阻抗不匹配，功率很少或者根本传输不到火花机里面，无法点燃爆炸性气体，得不到想要的限值，更不要说分频段给出相应限值。
2、矿工职业健康中尚未把电磁辐射列入考量范围，并且直接采用自由空间的场量限值在煤矿这种限定空间中是不合理的。
3、当前煤矿井下的无线频谱资源缺乏系统性管理，应着眼未来考虑不给主工作频率外的信道造成影响的限值。
基于以上几个问题的考虑，本申请提出了一种射频电磁能量限值确定方法，首先给出了一种获取爆炸性环境中基于安全考虑的射频电磁能量限值的试验方法，其次给出了矿井限定空间电磁辐射曝露限值，而后给出了避免频谱干扰的能量限值，最后根据现场实际使用场景分频段分区域综合考量得出更科学的限值要求。
下面参考附图描述本申请实施例的井下射频电磁能量限值的确定方法和装置。
图1为本申请实施例一所提供的一种井下射频电磁能量限值的确定方法的流程示意图。
如图1所示，该井下射频电磁能量限值的确定方法包括以下步骤：
步骤101，基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；
步骤102，基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，第二能量射频限值表示人体在井下的暴露限值；
步骤103，基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；
步骤104，根据第一能量射频限值、第二能量射频限值、第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值。
本申请实施例的井下射频电磁能量限值的确定方法，首先根据爆炸性环境中基于安全考虑的射频电磁能量限值的试验方法来获取电磁能量在爆炸性环境中的限值，其次考虑矿井限定空间电磁辐射曝露限值，而后给出了避免频谱干扰的能量限值，最后根据现场实际使用场景分频段分区域综合考量得出更科学的限值要求，本申请综合考虑各方面因素，得到更准确的井下射频能量限值要求。
可选地，在本申请的一个实施例中，射频电磁能对于爆炸性气体的安全分析试验装置设计的难点在于，射频火花试验装置的设计，射频火花腔如何与射频源、线缆、测量仪表等形成阻抗匹配的系统是设计的关键。
本申请提出一种GTEM射频火花试验小室，可以看作是将50Ω同轴电缆和射频火花腔在试验小室空间内充分结合。
同轴电缆的芯线被扩展为GTEM小室的内导体芯板，同轴电缆的外皮被做成GTEM小室的外壳。GTEM小室内部的特性阻抗仍然被设计成50Ω，为了减小输入的电磁波在内部腔体的末端产生反射，把芯板的末端接到了宽带的匹配负载板上，在腔体的末端还安放了吸波材料以便将发射到末端的电磁波吸收。
同时将火花腔设计在GTEM小室内部，涵盖芯板和下底板各一部分。将射频火花试验移到了50Ω空间内部进行，这样即解决了阻抗匹配的问题，利用芯板和底板直接试验，又可以利用芯板和底板之间形成很强的均匀电磁场进行射频感应的火花试验。
图2为本申请提出的GTEM射频火花试验小室的结构图，如图2所示，射频火花试验所需的易燃混合气体，通过火花腔下端的进气孔输入，并通过防爆电磁阀、阻火器等与气源隔开。火花腔内的射频放电试验分为两大部分，其一是分别与芯板和底板相连的可调放电尖端，可以调节放电尖端的间距，其二是天线组，不限于环形天线、偶极子天线、螺旋天线等，天线接口的平行极板及放电尖端的距离也可调。
图3为射频火花试验原理图，如图3所示，基于射频火花试验获取第一能量射频限值，包括：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对射频信号进行放大，得到放大信号；
将放大信号经过环形器的1端口进入到2端口的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和射频信号的功率计算得到进入试验小室的射频信号功率，由图3可知，进入试验小室的射频信号功率为P1-P3(不考虑线损)，其中，功率计与环形器的3端口连接，小室反射的功率通过环形器2端口进入3端口；
不断调整射频信号的频率和功率，并通过观察窗及爆炸声判断试验小室发生是否爆炸，将此时进入试验小室的射频信号功率作为临界功率PH(f)，即在规定浓度的可燃混合气环境通过射频火花测试，即可保证在井下爆炸性气体环境中的安全性，射频爆炸能量临界点PH(f)即为允许的功率最大值。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，包括：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求，具体而言：
井上除治疗暴露、特种作业等特殊场景外，射频设备发出的电磁能量限值应遵循表1要求，该表给出了1Hz～300GHz电磁辐射的人体暴露在电场、磁场、电磁场的场量限值；
表1
上述电磁能量限值表中包括了0.1MHz～300GHz的频率范围，场量参数是任意连续6分钟内的方均根值，其中，在100kHz以下频率，需同时限制电场强度和磁感应强度；100kHz以上频率，在远场区，可以只限制电场强度或磁场强度，或等效平面波功率密度，在近场区，需同时限制电场强度和磁场强度。
当人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时，应综合考虑多个频率的电场、磁场、电磁场所致曝露，以满足以下要求：
在1Hz～100kHz之间，应满足以下关系式：
式中，Ei表示频率i的电场强度：EL,i表示表1中频率i的电场强度限值；Bi表示频率i的磁感应强度；BL,i表示表1中频率i的磁感应强度限值。
在0.1MHz～300GHz之间，应满足以下关系式：
式中，Ej表示频率j的电场强度；EL,j表示表1中频率j的电场强度限值；Bj表示频率j的磁感应强度；BL,j表示表1中频率j的磁感应强度限值。
鉴于井下巷道为腔体结构，且考虑基站等无线设备距离作业人员距离较近，以d＝0.5m为人体与射频设备的日常近间距，引入巷道电磁波反射系数k。基于表1数据通过系数k修正，并结合实际间距d换算，得出考虑井下公众暴露限值的射频辐射功率限值为PS(f)。
计算过程中，额外考虑巷道电磁波传输的附加损耗(dB)：
A＝ad+aroughnessd+atiltd
α为巷道空间传输附加损耗系数，可取值1dB/10m；aroughness为巷道粗糙度造成的附加损耗系数，取值为：h1为巷道侧壁均方根粗糙度，h2为顶底板粗糙度均方根，a为巷道高度，b为巷道宽度；
αtilt为巷道倾斜角造成的附加损耗系统，取值为θ为巷道倾斜角；λ为无线信号波长。
注：根据不同使用场所(场景)，间距d有所变化时，Ps(f)应相应取值。
可选地，在本申请的一个实施例中，从图4中可以看到，Band n78的频谱模板要求作用于靠近发射信道的区域附近，起始于带外下边界-40MHz，终止于带外上边界+40MHz，主要用来约束由于信号调制和PA非线性所产生的非线性产物。
ACLR是发射有用信号的信道的平均功率与相邻信道上辐射的平均功率的比值，其应用区域和频谱模板的区域是重叠的，用来衡量射频器件对主工作频率外的信道的影响特性，因此，在频段(<6GHz)基站的ACLR指标应大于45dBc。
杂散与频谱模板相接应，作用于频谱模板以外的区域，用来约束各类非理想效应产物，包括谐波和互调分量。例如5G的n78的杂散要求在频段(fs＜1GHz)不大于-36dBm，在频段(fs＞1GHz)不大于-30dBm。
因此，基于通信保障考虑，考虑邻道功率比(ACLR)及杂散限值，射频发射功率值应小于Pc(f)。
可选地，在本申请的一个实施例中，井下射频电磁能量限值应为同频段对应的3种功率限值的最小值，表示为：
P(f)＝min{PH(f)，PS(f)，Pc(f)}
其中，PH(f)表示第一能量射频限值，Ps(f)表示第二能量射频限值，Pc(f)表示第三能量射频限值。
P(f)是基于防爆安全、职业健康、通信保障三方面综合考虑得出的限值，具备煤矿行业特殊性质，也是根据现场实际使用场景分频段分区域综合考虑得出的科学的限值要求。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种井下射频电磁能量限值的确定装置。
图5为本申请实施例提供的一种井下射频电磁能量限值的确定装置的结构示意图。
如图5所示，该井下射频电磁能量限值的确定装置包括：第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、射频电磁能量确定模块，其中，
第一计算模块，用于基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；
第二计算模块，用于基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，第二能量射频限值表示人体在井下的暴露限值；
第三计算模块，用于基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；
射频电磁能量确定模块，用于根据第一能量射频限值、第二能量射频限值、第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第一计算模块，具体用于：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对射频信号进行放大，得到放大信号；
将放大信号经过环形器的第一端口进入与环形器第二端口连接的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和射频信号的功率计算得到进入试验小室的射频信号功率，其中，功率计与环形器的第三端口连接；
不断调整射频信号的频率和功率，直至试验小室发生爆炸，将此时进入试验小室的射频信号功率作为临界功率，将临界功率作为第一能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第二计算模块，具体用于：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求；
根据曝露要求、巷道电磁波反射系数、巷道电磁波传输的附加损耗结合人体与射频设备的实际间距计算得到第二能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，第三计算模块，具体用于：
根据邻道功率比ACLR及杂散限值SE、基于通信保障标准进行计算得到第三能量射频限值。
可选地，在本申请的一个实施例中，井下射频电磁能量限值，表示为：
P(f)＝min{PH(f)，PS(f)，Pc(f)}
其中，PH(f)表示第一能量射频限值，Ps(f)表示第二能量射频限值，Pc(f)表示第三能量射频限值。
需要说明的是，前述对井下射频电磁能量限值的确定方法实施例的解释说明也适用于该实施例的井下射频电磁能量限值的确定装置，此处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种井下射频电磁能量限值的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，所述第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；
基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，所述第二能量射频限值表示人体在井下的电磁辐射暴露限值；
基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，所述第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；
根据所述第一能量射频限值、所述第二能量射频限值、所述第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值；
所述基于射频火花试验获取第一能量射频限值，包括：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对所述射频信号进行放大，得到放大信号；
将所述放大信号经过环形器的第一端口进入与所述环形器第二端口连接的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量所述试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和所述射频信号的功率计算得到进入所述GTEM射频火花试验小室的射频信号功率，其中，所述功率计与所述环形器的第三端口连接；
不断调整所述射频信号的频率和功率，直至所述GTEM射频火花试验小室发生爆炸，将此时进入所述GTEM射频火花试验小室的射频信号功率作为临界功率，将所述临界功率作为所述第一能量射频限值；
所述基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，包括：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求；
根据所述曝露要求、巷道电磁波反射系数、巷道电磁波传输的附加损耗结合人体与射频设备的实际间距计算得到所述第二能量射频限值；
所述基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，包括：
根据邻道功率比ACLR及杂散限值SE、基于通信保障标准进行计算得到所述第三能量射频限值；
所述GTEM射频火花试验小室由50Ω同轴电缆和射频火花腔在试验小室空间内结合生成，所述GTEM射频火花试验小室以所述同轴电缆的芯线作为内导体芯板，以所述同轴电缆的外皮作为外壳，所述GTEM射频火花试验小室内部的特性阻抗为50Ω，所述内导体芯板的末端连接至宽带的匹配负载板上，所述GTEM射频火花试验小室腔体的末端安放吸波材料，所述射频火花腔在所述GTEM射频火花试验小室内部，所述射频火花腔涵盖内导体芯板和下底板的一部分；
所述射频火花试验所需的易燃混合气体通过所述射频火花腔下端的进气孔输入，并通过防爆电磁阀、阻火器与气源隔开，所述射频火花腔内的射频放电试验包括：调节分别与内导体芯板和下底板相连的可调放电尖端的间距，调节天线接口的平行极板与所述可调放电尖端的距离；
其中，所述巷道电磁波传输的附加损耗为：
A＝ad+aroughnessd+atiltd
α为巷道空间传输附加损耗系数，可取值1dB/10m；aroughness为巷道粗糙度造成的附加损耗系数，取值为：h1为巷道侧壁均方根粗糙度，h2为顶底板均方根粗糙度，a为巷道高度，b为巷道宽度，d为人体与射频设备的间距；
αtilt为巷道倾斜角造成的附加损耗系统，取值为θ为巷道倾斜角；λ为无线信号波长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井下射频电磁能量限值，表示为：
P(f)＝min{PH(f)，PS(f)，Pc(f)}
其中，PH(f)表示所述第一能量射频限值，Ps(f)表示所述第二能量射频限值，Pc(f)表示所述第三能量射频限值。
3.一种井下射频电磁能量限值的确定装置，其特征在于，包括第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、射频电磁能量确定模块，其中，
所述第一计算模块，用于基于射频火花试验获取第一能量射频限值，其中，所述第一能量射频限值表示电磁能量在爆炸性环境中的限值；
所述第二计算模块，用于基于井下电磁环境对人体的影响计算第二能量射频限值，其中，所述第二能量射频限值表示人体在井下的电磁辐射暴露限值；
所述第三计算模块，用于基于井下射频设备占用带宽范围计算第三能量射频限值，其中，所述第三能量射频限值表示使主工作频率外信道正常工作的限值；
所述射频电磁能量确定模块，用于根据所述第一能量射频限值、所述第二能量射频限值、所述第三能量射频限值确定井下射频电磁能量限值；
所述第一计算模块，具体用于：
使用射频源按照设定的频率和功率发出射频信号；
使用功放装置对所述射频信号进行放大，得到放大信号；
将所述放大信号经过环形器的第一端口进入与所述环形器第二端口连接的GTEM射频火花试验小室；
使用功率计测量所述试验小室反射的功率，之后根据测量得到的反射功率和所述射频信号的功率计算得到进入所述GTEM射频火花试验小室的射频信号功率，其中，所述功率计与所述环形器的第三端口连接；
不断调整所述射频信号的频率和功率，直至所述GTEM射频火花试验小室发生爆炸，将此时进入所述GTEM射频火花试验小室的射频信号功率作为临界功率，将所述临界功率作为所述第一能量射频限值；
所述第二计算模块，具体用于：
获取人体曝露在多个频率的电场、磁场、电磁场中时需要满足的曝露要求；
根据所述曝露要求、巷道电磁波反射系数、巷道电磁波传输的附加损耗结合人体与射频设备的实际间距计算得到所述第二能量射频限值；
所述第三计算模块，具体用于：
根据邻道功率比ACLR及杂散限值SE、基于通信保障标准进行计算得到所述第三能量射频限值；
所述GTEM射频火花试验小室由50Ω同轴电缆和射频火花腔在试验小室空间内结合生成，所述GTEM射频火花试验小室以所述同轴电缆的芯线作为内导体芯板，以所述同轴电缆的外皮作为外壳，所述GTEM射频火花试验小室内部的特性阻抗为50Ω，所述内导体芯板的末端连接至宽带的匹配负载板上，所述GTEM射频火花试验小室腔体的末端安放吸波材料，所述射频火花腔在所述GTEM射频火花试验小室内部，所述射频火花腔涵盖内导体芯板和下底板的一部分；
所述射频火花试验所需的易燃混合气体通过所述射频火花腔下端的进气孔输入，并通过防爆电磁阀、阻火器与气源隔开，所述射频火花腔内的射频放电试验包括：调节分别与内导体芯板和下底板相连的可调放电尖端的间距，调节天线接口的平行极板与所述可调放电尖端的距离；
其中，所述巷道电磁波传输的附加损耗为：
A＝ad+aroughnessd+atiltd
α为巷道空间传输附加损耗系数，可取值1dB/10m；aroughness为巷道粗糙度造成的附加损耗系数，取值为：h1为巷道侧壁均方根粗糙度，h2为顶底板均方根粗糙度，a为巷道高度，b为巷道宽度，d为人体与射频设备的间距；
αtilt为巷道倾斜角造成的附加损耗系统，取值为θ为巷道倾斜角；λ为无线信号波长。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106506050A (zh) * | 2016-06-29 | 2017-03-15 | 西华大学 | 井下无线低频电磁波双向通信系统 |
| CN112887990A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-06-01 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种矿用5g通信基站射频能量损耗优化方法和装置 |
| CN113092915A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 北京航空航天大学 | 一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法 |
| CN113311251A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-08-27 | 北京森馥科技股份有限公司 | 电磁辐射监测方法及电磁辐射监测系统 |
| CN115097215A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-23 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 一种辐射评估方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN115175293A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-10-11 | 中国矿业大学 | 基于矿井电磁辐射安全的无线设备发射功率动态控制方法 |
| CN115236419A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-10-25 | 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种实际电磁环境信号的电场强度标定方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170234915A1 (en) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Universiteit Gent | Personal radio-frequency electromagnetic radiation exposimetry |
| US11476582B2 (en) * | 2020-06-29 | 2022-10-18 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Tuning systems and methods for downhole antennas |
-
2023
- 2023-01-03 CN CN202310002860.8A patent/CN116054980B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106506050A (zh) * | 2016-06-29 | 2017-03-15 | 西华大学 | 井下无线低频电磁波双向通信系统 |
| CN112887990A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-06-01 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种矿用5g通信基站射频能量损耗优化方法和装置 |
| CN113092915A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 北京航空航天大学 | 一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法 |
| CN113311251A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-08-27 | 北京森馥科技股份有限公司 | 电磁辐射监测方法及电磁辐射监测系统 |
| CN115097215A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-23 | 中国联合网络通信集团有限公司 | 一种辐射评估方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN115175293A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-10-11 | 中国矿业大学 | 基于矿井电磁辐射安全的无线设备发射功率动态控制方法 |
| CN115236419A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-10-25 | 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种实际电磁环境信号的电场强度标定方法 |
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