TELKOM NIKA , Vol. 13, No. 4, Dece mb er 201 5, pp. 1180 ~1 186   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i4.3105    1179      Re cei v ed Se ptem ber 16, 2015; Revi se d No vem ber  6, 2015; Acce pted No vem b er 21, 201 5   Power Characteristics of Wireless Charging for Sensor  Networks in Tunnels      Xiaoming Liu 1,2,3,4 ,  Enjie  Ding 1,2,3,4 *, Duan Zhao 1,2,3,4 , Youfang Yang 1,2,3,4   1 School of Infor m ation a nd El e c trical Eng i ne e r ing, Ch ina U n i v ersit y  of Min i n g  and T e chno l o g y , Xuzho u ,  Jian gsu, Chi n a   2 IOT  Perceptio n Mine R e sear ch Center ， C h i na Un iversit y  o f  Mining a nd T e chn o lo g y , Xu zhou, Jia ngs u,  Chin a.   3 State and Loc al Joi n t Engi ne erin g Lab orator y of Mini ng Inte rnet Appl ic atio n T e chnolo g y ,  Xuz h o u , Jian g s u,  Chin a   4 Jiangs u Engi n eeri ng La bor ator y  of Perc epti on Min e  Rese a r ch Center,  Xu zhou, Jia ngs u, Chin a.   e-mail: e n ji ed @cumt.edu.cn       A b st r a ct   In order to ge nerate w i rel e s s  microw ave p o w e r c hargi ng  technol ogy in  coal mine tu n nels, it is   necess a ry to know  the pow er  charac teristics  of w i reless el ectromag netic   w a ve alo ng th e tunn el w a lls.  In   this p aper, t he  exper i m en tal resu lts of  narrow b and  w i reless  ele c troma g n e tic  w a ve pro pag ati o n   me asur e m ents  are  prese n te d, an d a st ati s tical  mo del  o f  the pow er c har acter i stics  at 2.4 GH z   i n  rea l   rectang ular  mi ne tun n e l s is p r opos ed. T w o standar d h a lf - w ave dip o l e  an tennas w e r e  u s ed to p e rfor m the   field ex peri m en ts in tunne ls w i th different w a ll  mate ri als. A 1 0 -meter w i rele ss chargi ng d i s t ance be lo ngs  to  the free-sp ace  prop agati on  z o ne. T he  pat h  lo ss expo ne nts rely h eavi l y o n  t he l o cati on  of the rec e iv er an d   anten na p o lar i z a ti ons. T o  obt ain  mor e  pow e r , the locatio n s of the receiv er shou ld  match t he corres p o ndi ng   pol ari z a t i ons.      Ke y w ords : W i reless C harg i n g , Pow e r Char acteristic, T unn el, Sensor N e tw orks      Copy right  ©  2015 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  The Wi rele ss Senso r  Network  (WS N) pl ays a si gnifi cant role in mi ne safety pro ductio n .  Conve n tional  battery p o wer fo r the  WSN  affect s its sta b le  o peratio n time . The resea r ch   prog re ss of  microwave p o we r tr an sfer [1-4] all o ws  the battery to  be  cha r g ed  usin g mi cro w ave   wirel e ss  ch arging te chn o lo gy, thus p r ol ongin g  t he lif e cy cle of th e WS N. In o r der to  dete r m i ne  wave tra n sfe r  efficiency be tween the  se nding a nd re ceiving device s , the cha r a c t e risti cs  of wa ve   prop agatio n in mine tunnel s mu st be stu d ied.   Several theo retical and p r actical studie s  have bee n perfo rmed o n  wave pro p a gation in  tunnel s [5 -8]  and  can  be  su mma rized  as an alytica l  and  nu meri cal  model s.  Zhi Sun  et  al.  prop osed the multimode -waveguid e  mo del [8], which is  cap able of accurately ch ara c teri zin g  fast   fluctuation s  o f  the ch ann el  and  provide s  a n  an al ytical expressio n  of t he  re ceived po we r at  any  locatio n  in a tunnel. Rui s i  He [9] repo rt ed mea s u r e m ents taken i n  a sub w ay tunnel at 2.4 GHz.  Acco rdi ng to  the pra c tical  application, this  autho r d e co rated the  antenna o n  the tunnel side  wall s, providi ng u s   a reference valu e. Y.P. Zhang  et  al. [10] pla c e d  the tran smit  anten na  at th ree  locatio n s: mi ddle, upp er  middle, and  uppe r-le ft corne r  of the  tunnel cro s s se ction. T he  con c lu sio n s show  that  the attenuat ion i s  almost the  same for the t h ree  ca se s, but the tran smit  antenn a in sertion po wer lo ss i s   different . Chah é Nerg uizia n  [11] pl ace d  the tran smitting a n te nna  at different l o catio n s  duri ng the n a rro w ba nd  me asurem ent p r o c edure an d a nalyze d  the  path   loss. Ca rlo s   Rizzo [1 2] prese n ted a  co mplete   study  about t r an sversal fadi ng i n  the Som p o r t  tunnel  at 2.4  GHz.  The  fa ding  beh avior wa s simil a r i n  ea ch  tra n sversal  h a lf of  the tu nnel  b u t  different in  th e center. Stu d ies [13] dev elope d a fu si on mo del  co mbining  the  modal th eory  and   ray theo ry in  the re ctang ul ar tunn el. Th ese  aut ho rs  modified the  ray mod e l by  the modal t h eory  and em ulate d  the wave  p r opa gation i n  a re ctang ula r  tunnel. Sun  Ji-pi ng et al.  [14] intensiv ely  studie d  the  cha r a c teri stics of wave p r opa gat ion i n  tunnel s an d  pre s ente d   a mathem atical  expre ssi on t hat con s ide r s the  facto r s of cro s s-se ctional dim e n s ion a nd  con ductivity, among   others.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  117 9 – 1186   1180 Ho wever,  m o st of  the s e  studi es focuse d o n  th e p r op agatio n  cha r a c teri stics of   electroma gne tic (EM )   wav e s  alon g the  t unnel. In   a c tu al un dergrou nd mi ne tu nn els,  sen s o r s  are  usu a lly arran ged on  both  the side s a n d  the top of  the tunnel  walls (as lo cati ons A, B an d C   sho w n i n  Fig u re  1),  which  formed  zona l distri but io n   c h ar ac te r i s t ics  o f   s e ns or  no d e s  in  tu nne ls .  The  po wer transmitte r i s   p l ace d  in  the   middle  of th e   tunnel  (lo c ati on O  in  Figu re 1 ) ; the r efore, we  need to d e termine the EM  prop agatio n chara c te risti c s along the tu nnel walls in t h e nea r  regio n .  To date, the  EM propa g a tion ch aract e risti cs  al on g  the recta n g u lar tun nel  wall s at a short  distan ce h a ve been p oorly  mentioned a nd not studi e d  in detail.  The m e a s urement-ba s ed  ch ara c te riza tion of  u nde rgroun d min e s  provid es reali s ti c  results that  are  of imm e diate u s e  to  desi gne rs an d devel ope r s and  ha s th erefo r e  attra c ted   increa sing  at tention in th e  last d e cade.  This  pa per  descri be s th e re sult s of  a mea s u r em ent  camp aign th a t  was p e rfo r med at freq u enci e s of  2.4  GHz i n  a re al re ct ang ular small-scale  mine  tunnel.       2. Wireless  Chargin g  Sy stem for Se n s or Ne t w o r k s  In the actu al  coal  mine tu nnel, sen s or  node s a r e  arrang ed o n  tu nnel  wall s orderly (as  sho w n in Fi g u re 1 - a ) , whi c h p r e s ent zo nal dist ributio n. In orde r to wirel e ssly ch arge th e se n s or  node s, a mi crowave t r an smitter device  (as sho w n in   Figure 1 - b) should  be d e velope d to  sup p ly  the RF (radio  freque ncy )  en ergy. The wh ole ch argi ng  scheme i s  sh own in Fig u re  2.        (a) Sen s o r  no de in the tunn el    (b) Mi crowave transmitter    Figure 1. Sensor n ode a nd  microw ave transmitte r in the tunnel       M i c r o w av e  Tr a n s m i t t e r S e ns or  N ode s Mi n e   T u nne l T r ans m i t t i ng  A n t e nna     Figure 2. Microwave  wirel e ss  cha r gin g  schem e in min e  tunnel       Figure 2 sh ows the microwave wirel e ss  ch argi ng  sch eme in a mine tunn el. The  microwave transmitte r is  p l aned to b e  i n stalle d on  p e riodi c m obil e  devices,  su ch a s  lo com o tive   for tunnel tra n sp ortation,  scrap e r conv eyor and  mo nkey vehicl e  et al. These  mobile device s   cover almo st  the area s wh ere th e  sen s or n e two r k n ode s existin g ,  so m o st of t he no de s  can  be  cha r ge d  with  the m o veme nt of the  microwave tran smitter. Before b r ing  the  wirel e ss  ch arging   techn o logy in  tunnel s, it is  nec essa ry to study the p o w er  ch arac te ristic b e twe e n  the tran smitter  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30     Powe r Ch ara c teri stics of Wirel e ss Cha r ging fo r Sen s or  Networks in Tunnel s   (E njie Ding)  1181 and the  sen s or no de s. Th us to an alyze  the power  transmi s sion  efficien cy and f u rthe r theo ret i cal  basi s  for the  device d e si gn  is provide d .      3. Descrip tio n  of the Me a s uremen t s     3.1. The Und e rgroun d Mining En v i ronment  Two  typical  rectan gula r  tu nnel s in  the   Jin D a  Mine, l o cate d in  the  city of  Ten g  Zho u ,  Shando ng Province, were  cho s en fo r the expe rime nts. The tun n els in th e e x perime nts h a ve  different dime nsio ns a nd wall material s. The wi dth,  he ight and wall  material s of e a ch tun nel a r e  sho w n in Ta b l e 1.        (a) T unnel  with rock roof an d con c rete si de  wall s     (b) T unnel  with rock roof an d coal  side  walls     Figure 3. Cro ss  se ction of the tunnel       Table 1. Information of t he tunnel s ado pted in experi m ents    Width(m)  Height(m)  Roof Material   Side-w a ll Materia l  Experiment  1   2.6 2.2 rock concrete  Experiment  2   3.5 2.4 rock  coal      As  sho w n  in  Figure 3,  the  tunnel  se ctio n is re cta n gul ar. Th e thi c kn ess of  the  co ncrete  at   the tunnel lini ng is a p p r oxi m ately 10 cm, and that  on the tunn el  floor is  app roximately 25  cm.  Outsid e of th e tunn el i s  rock mate rial.  The i r o n   wire enta nglem ents  are  pla c ed b e twe en t h e   con c rete a n d  the sand  ro ck  with the  distribution  of sq uare  gri d  (ora nge lin e  sho w n in  Figu re  2),  whe r e the dia m eter of the iron wi re i s  0.2 mm and  th e width of the  squa re g r id i s  10 cm. Some  tunnel s use rock for the ro of and floor,  while oth e rs use  coal a s  si de wall s.   One  side  of t he tunn el h a s 4 cable s , ea ch  wi th a  dia m eter of  10  cm. The volta ge of the   cabl es i s  60 0  volt, and the freque ncy of  the alte rn ating cu rrent is  60Hz. The  di stan ce bet we en  cabl es i s   8 cm, with a  5-cm dista n ce to  the t unn el wall and  an  ap proximately 1 . 4-m di stan ce  to   the tunnel  flo o r. On e water pipe  with a  5 - cm  diam et er is o n  the  oth e r  side  of the  tunnel, a nd t h e   distan ce to th e tunnel floo r is app roxima tely 1.2  cm. In addition, th ere i s  a drain age chan nel  on   the pipe  sid e , with a  width  of 30 cm an d  a depth  of  20  cm. Two rails are  distri bute d  on the  tunn el   floor a pproximately 10  cm  from th e cen t er. Anothe r  cable i s  o n  the  roof  of the tu nnel  with a  1 0 - cm dist ance from the top for the floodlig ht.              Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  117 9 – 1186   1182 3.2. Experimental Sy stem  Two sta nda rd half-wave dipole ante n nas o per atin g at 2.4 GHz we re u s ed  in these  experim ents.  As sho w n in  Figure 3, the trans mitting  antenn a wa s placed in th e tunnel ce nter  (marke d a s   O). When th e anten na i s   locate d in th e ce nter  of the tunn el, th e insertio n lo ss i s   least. Th e tra n smitting  ant enna  was co nne cted to  th e micro w ave   sign al  sou r ce  (R&S -SMB1 00A)   by a 2-m-lo n g  low-l o ss RF cable (go r e X N344 9,  0.4 dB/m at 2.4  GHz). The o u t put powe r  of the   sign al so urce  was  set to 16 dBm. The receivin g ante nna was pl aced at three lo cation s A, B  and   C, whe r e th e  sen s o r s  were  usually lai d  o u t. The  re ceiv ing a n tenn a  wa s  con n e c te d to  a  spe c tru m   analyzer (GS P -830E ) by a 5-m-lo ng ca ble (go r eX N3 449), an d a PC wa s also  con n e c ted to the  spe c tru m  a n a lyzer to record th e d a ta. Multi-p a th ef fects  existed  in the tun nel,  and th e  sign als  cha nge d dra m atically du ri ng the expe ri ments. In  ord e r to co nveni ently record t he data, we  set  the spe c tru m  analyze r  to show the test  data aver a g e d  over 20 times. The whol e test system  is   s h ow n  in  F i gu r e  4 .           Figure 4. The  whole te st system       The re ceivin g  anten na was arrang ed at  three   lo cat i ons A, B an d C, a s   sh o w n in  the  Figure 3. At  the begin n ing  of the test,  the  re ceiving  antenn a and  transmitting antenna were on   the sam e  cro ss  se ction. T he tran smittin g   antenn a was move d al ong the tun n e l axis. The  data  were record e d  every 0.2  m ,  and the tota l tested  di sta n ce  wa s 1 0   m. Powe r at l o catio n s A, B and  C was m e a s ured  und er X ,  Y and Z ant enna  pola r iza t ions. Each lo cation  obtain ed thre e sets of  data, totaling nine sets.       4. Results a nd Analy s is  Several me a s ureme n t ca mpaign s h a ve been  co nd ucted  as di scussed a bove.  Prior to  descri b ing th e experi m ent al re sults, th e co ordi nate  system  of a  typical tunn el co mplex  wa s  defined for re feren c e in th e sub s e quent  data analys i s . The Z axis is defined a s  the longitudi nal  dire ction  of t he tun nel, th e X axi s  a s  t he  width,  a n d  the Y  axis  as th e h e ight . The  co ordi n a te   origin i s  defin ed in the tun nel floor  cent er. The initial  Z coo r din a te s of the tran smitting anten na   wa s set to 0 i n  every experiment. The experim ental  re sults a r e di scussed u nde r three  con d itio ns  as  follows .     4.1. Po w e r  Charac teris t ic s in the Tun nel  w i th Ro c k  Roo f  and  Concr e te Side Walls   Figure 5 illu st rates the received po we r  of lo catio n s A ,  B and C u n der th ree  pol arization  con d ition s . Studie s  [8] and [13] present a  comp lete m u ltimode-wave guide mo del to cal c ulate th e  received p o wer at any lo ca tion in a tunn el, while t he  real re sult s in  the re ctang ul ar tunn el are  not  con s i s tent wit h  the  simulati on results b a s ed  on  th e m u ltimode -waveguid e  mo del . In studie s  [1 5]  and [16], an  adja c ent regi on of the tra n smitte r  wa s named the f r ee -spa ce p r opag ation zo ne ,  whe r e th e lo ss follo ws the f r ee -spa ce m o del. In compa r iso n , the m o del de scri bed  in [16] i s  mo re   pre c ise and  can be re presented a s     0 0 ( ) ( ) 10 l o g 10( ) dB dB d PL d P L d n X d         (1)     whe r e  d  i s  th e dista n ce  be tween th e se nding a nd  re ceiving d e vices, an d  PL dB ( d ) is th e  path loss on  distan ce  d .  d 0  is the reference dista n ce, which is  set to the initial distan ce  when   signal sour ce sp ectrum an alyz er pc Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30     Powe r Ch ara c teri stics of Wirel e ss Cha r ging fo r Sen s or  Networks in Tunnel s   (E njie Ding)  1183 sen d ing an d receivin g device s  are in the  same cr o s s se ction at the  beginnin g  of the experim e n t.  PL dB ( d 0 ) i s  th e re ceive d  po wer at the  ref e ren c e  di stan ce  d 0 .  n  is th e  path lo ss ex pone nt, and  σ  is  a zero-m ean  Gau ssi an di stributed  ran d o m  variable in   dB, whose value ran g e s  fro m  0.3 to 3.  Figure 6 sh o w s the fitting  curve s  of the me a s ured  data of experiment  1. In the actual   wirel e ss charging appli c ati on, t he average po we r over a 10-m eter  dista n ce is our  con c e r n.  Thus, th e val ue of X σ  i s  i g nore d . Th e p a th lo ss  expo nents n at th ree lo cation s  A, B and  C u nder  three pol ari z a t ion mode s are sho w n in T able 2.       (a) lo catio n  A  (b) lo catio n  B  (c ) loc a tion C     Figure 5. Re ceived po wer  at three locations  a nd un de r three a n ten n a pola r izatio ns      (a) lo catio n  A  (b) lo catio n  B  (c ) loc a tion C     Figure 6. Fitted cu rve of t he received po wer at three l o catio n s a nd  unde r thre e a n tenna  polari z atio ns      Table 2. Sum m ary of path loss expon ent s n at  three lo cation s an d u n der th ree p o l arization s     X Polarization  Z Polari zation Y   Polarization   A -1.31   -1.577   -0.3143   B -1.279   -1.434   -0.2618   C -0.9488   -1.323   0.3138       As sho w n in  Figures 5 a n d  6, at locatio n  A,  the cond ition of Y polarization ha s  not only  the highe st receive d  power, but also t he small e st  attenuation,  with a path l o ss expon ent  n= - 0.3143. Th e  con d ition s  of X and Z pol a r izatio n are  si milar, but the  path loss ex pone nt |n| of Z   polari z atio n i s   slightly la rger t han  that  of  X p o lari zation. Thu s ,  the receive d  po wer un de r Z  polari z ation will  decr ease com pared t o  that und er X polari z ation with in creasing distance.  In   total, the con d ition of Y polarization is  fa r better than t he other p o la rizatio n s.   At the locatio n  B, the cond itions of X an d  Z pola r ization are simil a r at a sho r t di stan ce.   Be c a us e  th e  PL dB ( d 0 ) of  X polarizatio n is large r  t han that of  Z polari zatio n , and | n | of  X  polari z atio n i s  slig htly sm aller, the  conditi on of X  pol ari z ation  is sli g h t ly supe rio r  to  Z p o lari zatio n .  In addition, Y polari z atio n is optimal after 2 m.  At location  C, the path lo ss expo nent n  of Y pol a r iza t ion is  positiv e. In the initi a l sh ort  distan ce, the  tenden cy of the re ceive d  p o we r in crea sed gradu ally . The whole  re ceived  po wer is  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  117 9 – 1186   1184 grad ual  whe n  the value  | n | is sm all. Durin g  the  initial pha s e, the re cei v ing po wer  of Z   polari z atio n is high er, but  with increa sing dista n ce, the powe r i s  mu ch lowe r than that o f   Y  polari z atio n.  Comp ari ng t he  symmetri c al l o cation s A and  C, t he atten u atio n tren ds of  X and  Z  polari z atio ns are simila r. For  the  Y p o lari zation s, the calculated  powers a r e  com parable.  In  addition, thei r path lo ss  expone nts | n | a r e  clo s e, but  the differe nt  PL dB ( d 0 ) resul t  in the different  sign s of   n . In  summ ary, for locatio n s A a nd C, Y  pola r i z ation i s   opti m al. Ho weve r, for location  B,  X polari z ation outperform s   others before approxim ately 2 m,  and Y polari zation is still opti m al  after approximately 2 m.    4.2. Po w e r  Charac teris t ic s in the Tun nel  w i th Rock Roof and  Coal Side Walls  The l o cation  of expe riment  2 i s   a  se gm ent of  a  strai g ht tunn el  wit h  a  greate r   width an d  coal  si de  wa lls. Fig u re s  7 an d 8  sho w  the  me asured   curve s   and th e  co rresp o ndi ng fit t ing   curves, respectively. The param et ers that were  used in the  cu rve-fitting are illustrated in    Table 3.     (a) lo catio n  A  (b) lo catio n  B  (c ) loc a tion B    Figure 7. Re ceived po wer  at three locations  a nd un de r three a n ten n a pola r izatio ns      (a) lo catio n  A  (b) lo catio n  B  (c ) loc a tion B    Figure 8. Fitted cu rve of t he received po wer at three l o catio n s a nd  unde r thre e a n tenna  polari z atio ns      Table 3. Sum m ary of path loss expon ent s n at three lo cation s an d u nder th ree  polari z atio ns    X Polarization  Z Polari zation Y   Polarization   A -1.104   -1.225   1.3  B -1.392   -1.74   -0.1012   C -0.627   -2.245   0.9475       At location A, the result s of X and Z polarizatio ns a r e  simila r. The initial received  powe r s  and th e p a th  loss  expon e n ts u nde r  bo th pola r izat io ns  are very   clo s e, b u t X  pola r ization   is   sup e rio r  to Z  polari z atio n. The received  powers of  Y  polari z atio n a r e si gnificantl y  different fro m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930     Powe r Ch ara c teri stics of Wirel e ss Cha r ging fo r Sen s or  Networks in Tunnel s   (E njie Ding)  1185 those of X an d Z polari z ati ons. Th e initial re ce ived p o we r und er Y  polari z ation i s  far bel ow t he  values of X a nd Z pola r i z a t ions, and th e  path loss  ex pone nt n is pl us 1.3. Unde r Y polari z atio n,  with in crea si ng di stan ce, t he received  power  doe s  not de cay b u t  grad ually ri ses. Th e recei v e d   power of Y polari z atio n surpa s ses th e values  of  X and Z pol arization s  at a distan ce  of  approximatel y 3 m an d  excee d s th e  initial value s  of th ree  p o lari zation s  at a di stan ce of  approximatel y 6 m.  At location B, the path loss exp onent s n of  Y polarizatio n are  clo s e to 0, and the  cha nge s  alon g the  dista n ce a r e  relativel y  stable.  The  initial received po we r und e r   Y pola r ization   is smalle r th an that un de r X and  Z po larization s. T he conditio n s of X and Z  polari z atio ns  are   simila r; they  have cl ose in itial  re ceived  powers, but t he ab sol u te  value  of n  of X  polari z atio n   is  slightly less than that of Z polar i z ation.  Hen c e, the result s of  X polari z ation a r e better than  th e   results of Z p o lari zation  within 10 m. Th e cu rves  of X  polari z ation  and Y pola r ization interse c t at  a distan ce of  approximatel y 2 meters.   The conditio n s  at the lo cat i on C a r e  si milar to  tho s e at locatio n  A. Howeve r, the initial  received p o wer u nde r Y p o lari zation i s   slightly large r ; thus, the p a th loss exp o nent  n  is  l o we r   than that at locatio n  A. Mean while, the  initia l receiv ed po wer a n d  the path lo ss exp one nt of  X  polari z atio n decrea s e. T he cu rves o f  the thr ee polari z atio ns interse c t at a distance  of  approximatel y 3 m.  Comp ari ng l o catio n s A  a nd C, th e m easure m ent  result s a r e  si milar. Th e di fference  betwe en the s e re sult s i s  that the initial  re ceived  po wers  und er t h ree  types of  pola r ization s  are   different. Ove r all, X pol ari z ation could  o b tain la rg e r  receive d  po wers when th e  distan ce  is l e ss  than 3 m, but whe n  the dist ance is far fro m  t hat, the condition s of Y  polari z atio n a r e optimal.   Comp ari ng E x perime n ts 1  and 2,  we fi nd that the t unnel  si ze a nd wall mate rial h a ve   little influence  on th e path  l o ss exp onent . The a b solut e  value s  of  n  obtaine d in  curve fittings a r e  approximatel y 1, whi c h a r e far le ss tha n  the fre e  spa c e p a th lo ss ( n  =  2). Valu e s  of  PL dB ( d 0 ) v a ry  greatly. The reason s are e s timated for t he ca bl e s , testers and  so me other u n certain facto r s.      5. Conclusio n   In this  pap er,  we  explo r e t he p o wer  mo del of  wave   prop agatio n  betwe en th e  sen d ing  and  re ceivin g devi c e s  in  mine  tunn els. Th e ex p e riments we re   perfo rmed  in  two  re ctan g u lar  tunnel s with  different wall material s. Th e tran smitting  antenna  wa s pla c ed i n  the middl e of the   tunnel and th e receiving a n tenna  wa s placed on th e tunnel wall s. We mea s u r ed the recei v ed   power u nde r  three p o lari za tions X, Y an d Z in di ffere nt tunnels. T he re sult s sh ow that the p a th  loss follows the free -spa ce model. In a ll t unnels, ant enna s workin g on X or Z  polari z atio n can  gain mo re p o w er  over  sho r t distan ce s,  but Y polar i z ation is o p tim a l after ap pro x imately 2 m. In   addition, u n d e r Y  pola r ization, with th e i n crea se d  di stance, the  re ceived po we rs som e time s d o   not de cay but  grad ually in crea se. Th e tu nnel  size an d  wall m a terial s have little i n fluen ce o n  the  path lo ss ex pone nt. Ca bl es, te sters  a nd  so m e  oth e r  un certai n  factors im pa ct the   PL dB ( d 0 )  greatly.      Referen ces   [1]    Ishjka w a   R, Honjo K.  Efficient  supp ly pow er control by PW M  techniq ue for  micr ow ave w i reless p o w e r  transfer system s . Sen dai, Ja pan. 20 14; 11 0 1 -11 03.   [2]    Nako S, Okuda K, Miy a shiro  K, Komurasaki K, Koizumi H. Wire less Po w e r T r ansfer to  a Microa eria l   Vehic l e  w i t h  a  Micro w av e Active Ph ased Arr a y .   Inter natio n a l Jour na l of A n tenn as a nd P r opa gatio n .  201 4; 201 4: 1-5.  [3]    Enji e D, H u i  X, Z h ifeng S,  D uan Z .  Mo del i ng a nd  an al ysi s  of  w i re less c harg i ng  s y ste m  base d  o n   magn etic co upl ing r e so nanc e.  Journ a l  of Ch i na U n iv ersity o f  Minin g  & T e c hno logy .  20 14;  (05): 9 27- 932.   [4]    Yoshi da S,  Noj i  T ,  F u kuda G, Koba ya shi  Y,  Ka w a s a ki S. E x p e rime ntal  De monstratio n of  Coe x ist e n c e   of Micro w av e W i reless C o mmunic a tion  an d Po w e r T r ansfer  T e chnol og ies for Batter y -F ree Sen s o r   Net w ork S y stems.  Internation a l Jour nal of A n tenn as an d Propa gati o n . 20 1 3 ; 2013: 1- 10.   [5]    Boutin M, Be nzako u r A, D e spi n s CL, Af fes S. Radi o  W a ve Ch aract e rizati on a nd  Mode lin g i n   Und e rgro un d Mine T unnels.  IEEE Transactions on Ant enn as and Pro p a g a tion . 20 08; 56 (2): 540-5 49.   [6]    Dua n  Z ,  Enjie D, Xin W .  2.4 GHz Radio W a ve Prop agati on Ch aracteris t ics in Coal Mi ne W o rkfac e   T unnels.  T E LKOMNIKA Indon esia n Journ a l o f  Electrical Eng i ne erin g . 201 4; 12(10): 72 99- 730 3.  [7]    Mahmo ud  NAL .  Fuzz y   Log ic  PSS Assisted  b y  Ne ig hbor in g  Sign als t o  Miti gate th e El ectromech anic a l   W a ve Propa ga tion in Po w e r  S y stems.  T E L K OMNIKA Indones ian J ourn a l of  Electrica l  Engin eeri n g .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA  Vol. 13, No . 4, Decem b e r  2015 :  117 9 – 1186   1186 201 5; 14(3): 36 3-37 5.  [8]    Z h i S, Ak y i l d iz  IF . Chann el  mode lin g an d ana l y sis for  w i reless n e t w ork s  in un dergr ou nd min e s an d   road tun n e l s.  Communic a tions ,  IEEE  Transac tions on . 2 010;  58(6): 175 8-1 768.   [9]    Ruisi  H, Z h a n g dui Z ,  BO A, K e  G, Bin gha o  C,  Jose IA, C e sar B. Pro pag a t ion c han ne l m easur ement s   and  an al ysis  at 2.4 GHz in s u b w a y  tu nne ls.  Microw aves, Antenn as & Pro pag atio n, IET . 201 3;  7(1 1 ) :   934- 941.   [10]    Z hang YP, H w ang Y. Ch aract e ri zati on of UH F  radio pro p a g a tion ch an nels  in tunn el e n vir onme n ts for   microcel lul a r a nd pers o n a l communic a tio n s .  Vehicular Technology, IEEE Transactions on . 1 9 98;  47(1): 28 3-2 9 6 .   [11]    Nerg uizi an C,  Despi n s CL, A ffes S, Djadel  M. Radio-c h a n nel ch aracter i z a tion  of an u n dergr oun d  mine at 2.4 GH z.  IEEE  Transactions on Wireless Comm unic ations . 20 05; 4 ( 5): 2441- 24 53 .  [12]    Rizzo  C, Ler a  F, Villarro el J L .  T r ansversal  fadi ng  ana lysis  in strai ght tu nn els at  2.4 GH z .   201 3 1 3 th   Internatio na l C onfere n ce o n  IT S  T e lecommu nicati ons (IT S T ) ,  T a mpere. 20 13: 313- 31 8.  [13]    Yu H, Xu Z ,  Feng xue L, Z h a o  X. An gul ar P o w e r D i stributi on of W i rel e ss  Chan ne l in Mi ne T unnels .   T E LKOMNIKA: Indones ia n Jo urna l of Electri c al Eng i ne eri n g . 2013; 1 1 : 14 22-1 435.   [14]    Jipin g  S,  Li ngf ei  C, Ch an gse n  Z .  Influ ence   of  con ductiv i t y  on  ra dio   w a v e s pr opa gati o n  in  tun nels .   Journ a l of Li ao nin g  T e chnic a l  Univers i ty . 200 7; 26: 96-9 8 .  [15]    Rissafi  Y, T a lbi L, Gh ad dar  M. Exp e rim ent al   C har acteriz a tion   of an U W B  Propa gati on Cha n n e l i n   Und e rgro un d Mines.  IEEE Transactions on An tennas and Propagation . 2 012; 60( 1): 240 -246.   [16]    Ke G, Z hang d u i Z ,  Bo A, Rui s i H, Bin gha o  C,  Yuan xua n  L ,  Cesar BR. C o mpl e te Prop a gatio n Mod e l   in T unnels.  Ant enn as an d W i reless Pro p a gat ion L e tters, IEEE . 2013; 12:  741- 744.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.