火场烟雾及火焰对S波段微波衰减特性影响研究

摘要

S波段微波具有传输信息容量大、实时性好、可靠性强等优点，被广泛应用于通信、雷达、遥感、定位等多种科技领域中。在火场应急救援应用中（如无线通信、室内定位以及生命探测雷达），由于火场环境中烟雾、火焰等物质对微波传播产生散射和吸收作用的影响，可引发信号干扰、时延及中断等问题，研究火场环境中烟雾和火焰对微波传播特性的影响规律，对发展火场环境中的通信和探测技术理论及其应用具有重要意义。
　　本文旨在研究火场烟雾及火焰对S波段微波传播特性的影响，建立相关的微波传播模型，揭示烟雾和火焰特性参数对微波衰减特性影响规律，为解决火场环境中微波传输问题提供理论指导和技术支撑。主要的研究工作包括:
　　火场烟雾对微波衰减机理研究。从烟雾的物理特性和电磁波基础理论出发，针对S波段微波波长远大于烟颗粒粒径，采用Rayleigh近似理论计算烟颗粒的散射和吸收截面，分析火灾烟颗粒引起微波衰减的主要原因;建立火场烟雾环境中的微波传播模型。
　　火场烟雾对S波段微波衰减特性的实验研究。设计火场环境中的微波传播实验平台，测量棉绳阴燃、聚氨酯明火、正庚烷明火、柴油明火四种火灾烟雾的烟雾浓度、微波衰减等相关特征参数。结果表明微波在火灾烟雾中传播有明显衰减，且衰减随着烟雾浓度的增大而增大;四种典型烟雾对微波传播特性的影响不同，正庚烷和柴油明火烟雾引起的微波衰减较大，对微波传播影响较为明显;计算并修正了烟雾浓度衰减系数，获得特定工况下微波的衰减公式和传播公式。
　　火焰对S波段微波衰减特性实验研究。基于火焰对微波的衰减机理，通过实验研究分析了酒精火焰对S波段微波衰减特性的影响规律，研究表明微波衰减特性取决于微波频率和火焰的电磁特性参数。当微波频率小于自由电子震荡频率和碰撞频率时，火焰对微波衰减随着微波频率的增大而增大;随着自由电子密度增大，微波衰减单调增大;随着电子-中性粒子碰撞频率增大，微波衰减表现为先增大后减小，当电子-中性粒子碰撞频率达到最佳碰撞频率时，微波衰减最大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景与研究意义

1．2．1 室内火灾的发展过程

1．2．2 火场环境

1．2．3 火场环境对电磁波传播衰减的研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 研究目标、内容和技术路线

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

1．5 本文章节安排

第2章 火场烟雾及火焰对电磁波传播的衰减机理

2．1 火灾烟雾的物理特性

2．1．1 火灾烟雾的生成

2．1．2 烟颗粒粒径与粒径分布

2．1．3 烟雾浓度

2．2 火灾烟颗粒对电磁波传播的衰减作用

2．2．1 散射作用

2．2．2 火灾烟颗粒的S波段微波衰减特性

2．3 火焰对电磁波传播的衰减作用

2．3．1 衰减机理分析

2．3．2 理论计算

2．4 本章小结

第3章 室内火场烟雾和火焰中微波传播实验

3．1 火场的微波辐射

3．1．1 基本原理

3．1．2 微波辐射实验结果

3．2 S波段微波在烟雾中传播实验

3．2．1 实验目的

3．2．2 实验装置

3．2．3 实验材料

3．2．4 实验初始参数

3．2．5 实验步骤

3．3 S波段微波在火焰中传播实验

3．3．1 实验装置

3．3．2 实验内容

3．4 本章小结

第4章 烟雾对微波衰减实验结果分析

4．1 初始标定结果

4．2 四种火灾烟雾环境中微波衰减特性

4．2．1 棉绳阴燃烟雾

4．2．2 聚氯酯明火烟雾

4．2．3 正庚烷明火烟雾

4．2．4 柴油明火烟雾

4．3 四种典型烟雾的微波衰减特性比较

4．4 本章小结

第5章 火焰对微波衰减实验结果分析

5．1 酒精明火烟雾的影响

5．2 火焰对微波衰减特性影响分析

5．2．1 火焰温度

5．2．2 失重速率与微波衰减量

5．2．3 衰减常数

5．2．4 不同频率微波的衰减特性

5．2．5 电子-中性粒子碰撞频率和自由电子密度

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 本文创新点

6．3 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果