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漏泄同轴电缆-地铁隧道无线专网通信专用

浏览次数:1700 | 日期:2015-08-12

 

漏泄同轴电缆是具有信号传输作用,又具有天线功能,通过对处导体开口的控制,可将受控的电磁波能量沿线路均匀的辐射出去及接收进来,实现对电磁场盲区的覆盖,已达到移动通信畅通的目的。
绝缘采用高物理发泡的均匀细密封闭的微泡结构,不仅较之传统的空气绝缘结构在特性阻抗、驻波系数、衰减等传输参数更加均匀稳定,而且可抵御在潮湿环境中潮气对电缆的侵入可能传输性能的下降或丧失,免除了充气维护的烦恼,大大提高了产品的使用寿命和稳定可靠性,是当今世界上最先进的射频和漏泄同轴电缆结构。
简 介:在基站与移动站之间的通讯,通常是依靠无线电传送。目前通讯业的不断发展越来越要求基 站与移动站之间随时随地能接通,甚至要求在隧道中也是如此
然而在隧道中,移动通信用的电磁波传播效果不佳。隧道中利用天线传输通常也很困难,所 以关于漏泄同轴电缆的研究也应运而生。无线电地下传输有着极其广泛的用途,例如:
·用于建筑物内、隧道内及地铁的移动通信(GSM,PCN/PCS,DECT…)
·用于地下建筑的通讯,例如停车场、地下室及矿井
·公路隧道内 FM 波段(88-108MHz)信息的发送
·公路隧道内无线报警电信号的转发
·公路隧道内移动电话信号的发送
·地铁或地铁隧道中的信号传输
图 1 所示为一发射站位于隧道口的典型图例。
图 1 典型系统结构图 随着新型无线移动发射系统的发展,新型漏泄元件应能以较低的衰减转发 900MHz 波段内的信号。
当前无线移动通信朝以下趋势发展:
·趋向更高的使用频段:使用频段从 50-150 MHz 扩展至 450-900 MHz 甚至 1800-2200 MHz。
·要求通讯接通质量更高:数字化传输、高比特率,等等。
·在市区和以下特定范围,具有更佳的综合性能:隧道、地下机动车道、地下停车场等。
2. 漏缆的工作原理:
横向电磁波通过同轴电缆从发射端传至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时,电缆传输 的信号与外界是完全屏蔽的,电缆外没有电磁场,或者说,测量不到有电磁辐射。同样地, 外界的电磁场也不会对电缆内的信号造成影响。
然而通过同轴电缆外导体上所开的槽孔,电缆内传输的一部分电磁能量发送至外界环境。同 样,外界能量也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。具体的耦合机制取决于槽孔的排列形式。
漏泄同轴电缆的一个典型例子是编织外导体同轴电缆。绝大部分能量以内部波的形式在电缆中传输, 但在外导体覆盖不好的位置点上,就会产生表面波,沿着电缆正向或逆向向外传播,且相互 影响。
无线电通信信号的质量通常因为电缆外界电波电平波动情况不同而相差很大。电缆敷设方式 和敷设环境对电缆辐射效果也有影响。大部分隧道内还有各种各样金属导体,比如沿两侧墙 面安装的电力电缆、铁轨、水管等等,这些导体将彻底改变电磁场的特性。
漏泄同轴电缆电性能的主要指标有纵向衰减常数和耦合损耗。
2.1 纵向衰减 衰减常数是考核电磁波在电缆内部所传输能量损失的最要特性。
普通同轴电缆内部的信号在一定频率下,随传输距离而变弱。衰减性能主要取决于绝缘层的 类型及电缆的大小。
而对于漏泄同轴电缆来说,周边环境也会影响衰减性能,因为电缆内部少部分能量在外导体附近的外 界环境中传播。因此衰减性能也受制于外导体槽孔的排列方式。
2.2 耦合损耗
耦合损耗描述的是电缆外部因耦合产生且被外界天线接收能量大小的指标,它定义为:特定 距离下,被外界天线接收的能量与电缆中传输的能量之比。由于影响是相互的,也可用类似 的方法分析信号从外界天线向电缆内的传输。
耦合损耗受电缆槽孔形式及外界环境对信号的干扰或反射影响。宽频范围内,辐射越强意味 着耦合损耗越低。根据信号与外界的耦合机制不同,主要分有下三种漏缆:
·辐射型(RMC) ·耦合型(CMC) ·泄漏型(LSC)
漏缆种类
3.1 辐射型漏缆(RMC) 辐射型电缆的电磁场由电缆外导体上周期性排列的槽孔产生的。槽孔间距(d)与工作波长(λ)相当(见图 2),辐射型电缆的使用频段可由以下不等式确定:( -1)(1) =介质相对介电常数
图 2 辐射型电缆示例
考虑下面的情形,电缆的外导体上开了一组周期性槽孔,屏蔽层的辐射机制类似于朝着电缆 轴向的一系列磁性偶极子的辐射。最简单的例子是,外导体上每个相邻小孔间距为半波长距离,例如100MHz 下为 1.5m。
辐射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有当槽孔排列恰当及在特定的辐射频率段,才会出现此模式。也只在很窄的频段下,才有低的耦合损耗。高于或低于此频率,都将因干扰因素导致耦合损耗增加。
电磁波的传播方向如图 4 所示呈放射状发散。
3.2 耦合型漏缆(CMC) 耦合型电缆则有许多不同的结构形式,例如,在外导体上开一长条形槽,或开一组间距远远小于工作波长的小孔(见图 2.3)。还有就是两侧开缝。
图 3 耦合型电缆示例
电磁场通过小孔衍射激发电缆外导体外部电磁场。电流沿外导体外部传输,电缆象一个可移动的长天线向外辐射电磁波。因此,耦合型电缆亦等同于一根长的电子天线。
与耦合模式对应的电流平行于电缆轴线,电磁能量以同心圆的形式紧密分布在电缆周围,并 随距离的增加而迅速减小,所以这种模式也被称为“表面电磁波”。这种模式的电磁波主要 分布在电缆周围,但也有少量因随机存在于附近的障碍物和间断点(如吸收夹钳、墙壁等) 而被衍射,如一部分能量沿径向随机衍射。
3.3 漏泄型(LSC) 这种模式可理解为在一根非漏泄电缆中,插入一段漏泄电缆(如图 5 所示)。
图 5 漏泄型电缆示例
这一段漏缆等同于一个通过功率分配器与同轴电缆相连的定位天线。其中电缆内部只有一小 部分的能量转变为辐射能。选择相邻漏泄段之间的合适间距,以便为不同频段提供满意的效 果。事实表明,10 至 50 米之间的间距可满足 1000MHz 内的所有情形的通信。
这样设计的漏缆型电缆,在同样的条件下又可作为连续的补偿馈线,且具有更好的衰减常数和耦合损耗特性。
漏泄部分相当于有效的模式转换器,可以控制电缆附近的电磁场强度大小,它是漏泄部分长度和电气性能的函数。
使用漏泄型电缆的系统的一个特点是漏泄部分长度占电缆总长度不到 2%~3%,这样便减少了由于辐射引起的附加损耗。这些模式转换器有很低的插入损耗,通常只有 0.3 或 0.2dB, 因此使用这些模式转换器引起的同轴电缆纵向衰减增加很小。
例如,图 6 表示的是使用完全相同的等间距的模式转换器后,场强沿电缆长度方向变化的情况。
图 6 场强沿电缆长度方向变化
·X 轴表示的是模式转换器在 X 轴上的位置,用“MC”表示。
·虚线表示的是天线接收可能性为 95%时的场强值,包括电缆的衰减和转换器插入损耗。
·Px=95%功率接收可能性对应的电平与 Y 轴的交点
·P0=输入功率
·Prmin=最低接收功率(灵敏度)
·Px 与 P0 之间差为漏缆的耦合损失
·95%功率衰减线与最低接收功率线交点表示电缆最大传输长度。

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