泄漏电缆与地铁覆盖应用

泄漏电缆与地铁覆盖应用

漏泄电缆,最初是为了解决地下隧道之类特殊环境内无线电波难以传输问题而发展起来的。

漏泄同轴电缆,是一种特殊的同轴电缆,与普通同轴电缆的区别在于:其外导体上开有用作辐射的周期性槽孔。普通同轴电缆的功能,是将射频能量从电缆的一端传输到电缆的另一端,并且希望有最大的横向屏蔽,使信号能量不能穿透电缆以避免传输过程中的损耗。但是,漏泄电缆的设计目的则是特意减小横向屏蔽,使得电磁能量可以部分地从电缆内穿透到电缆外。当然,电缆外的电磁能量也将感应到电缆内。

辐射型电缆和天线的差别就像是

长日光灯管...

…和传统电灯泡的差别。

1 漏泄同轴电缆构成

漏泄同轴电缆主要由内导体、绝缘介质、带槽孔外导体和电缆护套等构成。内导体采用光滑铜管或轧纹螺旋铜管,外导体采用簿铜皮,其上开制不同形式的槽孔纵包而成,槽孔形式多种多样,有八字形、U 字形、┙字形、一字形、椭圆形等,而且槽孔的排列也不尽相同。

2 漏泄电缆工作原理

按漏泄原理的不同,漏泄电缆分为三种基本类型:耦合型、辐射型和漏泄型。其中,漏泄型可以归属辐射型。

2.1 耦合型漏缆

耦合型漏缆有许多不同的结构形式,例如,在外导体上开一长条形槽,或开一组间距远小于波长的小孔,或在漏缆两边开缝。

电磁场通过小孔衍射,激发漏缆外导体的外部电磁场。电流在外导体外表面流动,漏缆好像一条可移动的长天线,向外辐射电磁波。

与耦合模式对应的电流平行于漏缆轴线,电磁能量以同心圆的方式扩散在漏缆周围,并随传输距离的增加而迅速减少,因此这种形式的电磁波又叫“表面电磁波”。这种电磁波主要分布在漏缆周围,但也有少量随存在于附近障碍物和间断点(如吸收夹钳、墙壁处),进而产生衍射。

外导体轧纹且纹上铣小孔的电缆,是典型的耦合型漏缆。一般用于室内分布覆盖。

优点: 无抑制频带，具有全频性能。

缺点: 耦合损耗大。

2.2 辐射型漏缆

辐射型漏缆外导体上,按一定规律连续开制不同形式的槽孔,槽孔有八字形、斜一字形、横一字形等,而电磁波就是这些槽孔产生的。

外导体上的槽孔间距d与波长λr (或半波长)有关,其槽孔结构使信号在槽孔处符合相位迭加原理。惟有精确的槽孔结构,并对应特定的工作频率,信号在槽孔处才能同相迭加。此时,耦合损耗最低,但频带很窄。高于或低于特定频率,耦合损耗都会增加。

辐射型漏缆的工作频段可由以下不等式确定:



辐射型漏缆泄漏的电磁能量有方向性,相同的泄漏能量可在辐射方向上相对集中,并且不会随距离的增加而迅速减小。

外导体上开着周期性变化的L 字槽、八字槽,是典型的辐射型漏缆。

为使TEM 型电磁波在传输过程中向外辐射一部分能量,必须在漏泄电缆外导体上开制槽孔,以便切断流过电缆外导体上的部分电流,从而产生向外辐射的激励。

开槽情况可有以下三种:

(1)与漏缆轴平行开槽

此槽为纵槽,槽孔不截断高频电流,不会形成裂缝电场,因此不会引起辐射效应。

(2)与漏缆轴正交开槽

此槽称为垂直槽或横槽,槽孔截断了高频电流,会在槽孔处形成与电流方向相同(垂直宽边)的电场E,因此会引起辐射效应。

(3)与漏缆轴向成一定角度开槽

此槽为斜槽,槽孔部分截断了高频电流,会在槽孔处形成电场,该电场E 可以分解为与宽边平行的电场E2 及与槽孔宽边垂直的电场E1。电场E1 与外导体上高频电流方向有一个夹角θ。E1 与是辐射电场,会引起辐射效应。

上图左边,说明了同轴电缆外导体上的高频电流和三种开槽情况。上图右边,说明了漏槽孔处形成的电场方向。

漏缆槽孔辐射电场的方向即极化方向,垂直于漏缆槽孔的宽边。因此,当横槽式漏缆水平安装时,则槽孔辐射为水平极化。

2.3 漏泄型漏缆

漏泄型漏缆外导体的开槽方式与辐射型类似,不同之处在于它的外导体由泄漏段和非泄漏段相间组成。

泄漏段相当于天线,只有一小部分能量转换为辐射能。非泄漏段相当于馈线,有着与普通同轴线相同的作用。合理选择泄漏段之间的距离(或非泄漏段的长度),可以达到对不同频段泄漏辐射的满意效果。试验证明,对特定方式的开槽,10~50米的泄漏段间距,可以满足1000MHz 以下所有通信的需要。

3 传输损耗和耦合损耗

3.1 传输损耗

漏缆的纵向传输损耗,即传输损耗或传输衰减,是描述漏缆内部所传输电磁能量损失程度的重要指标。

下图以下行信号为例,表明了射频信号经漏缆传输的路由。信源产生的下行射频信号,一边向前传输,一边向外泄漏。

设漏缆的输入功率是Pin,输出功率是Pout,则漏缆传输损耗与漏缆长度有关,单位是dB/100m,其计算公式为

3.2 耦合损耗

耦合损耗是描述漏泄电缆辐射量与可接收量的综合指标。

耦合损耗值的定义是:漏泄电缆内的信号与离开电缆特定距离(一般为2米) 处的半波长偶极天线所接收的信号之比(dB)。该损耗值是建立在天线距离漏缆为2米的前提下的,假定天线距离是6米而不是2米的话,所测得的耦合损耗会增加约5dB。

根据定义,耦合损耗与信号在漏缆中的传输距离无关,而且应由槽孔辐射损耗和空间传播损耗两部分构成。这是因为,槽孔泄漏出来的射频能量,并未被接收天线所全部接收,其中大部分在空间传播中损耗掉了。接收天线离漏缆愈近, 接收的射频能量愈多。

根据工程测定值,耦合损耗L0 的计算公式为:

显然,耦合损耗越小(泄漏越多)则传输衰减越大,但可以选择槽孔结构以使耦合能量尽量大,而使因漏泄附加的传输衰减尽量小。

4 泄漏电缆在地铁覆盖中的应用

4.1 地铁隧道结构特点

地铁隧道从结构上分为双洞单线和单洞双线两种基本形式。

双洞单线式隧道，列车的去行和回行区间各自采用单独的隧道，隧道宽度一般为4米，每个隧道洞内只铺设一条轨道。

单洞双线式隧道，列车的去行和回行区间共用同一条隧道，隧道宽度一般不超过9米，每个隧道洞内铺设两条轨道。

除运营线路之外，地铁隧道还包括维修线和折返线，该段线路的距离短、车速慢、话务需求低，可以采用板状天线进行覆盖。