耦合型漏泄同轴电缆研究.pdf

电力系统全数字仿真实验室拥有中国电力科学研究院研发的基于高性能pc机群的全数字仿真系统，该系统含有2台管理节点，6台计算\\\\\\\\接口节点以及机电暂态仿真计算程序、电磁暂态仿真计算程序、机电暂态与电磁暂态混合仿真程序三套系统核心软件，通过局域网络扩展拥有上百台仿真计算的终端工作站，可进行大系统交直流电力系统机电暂态、电磁暂态仿真以及机电-电磁暂态混合仿真研究，与调度自动化系统相连取得数据进行仿真，可接入继电保护、安全自动装置、facts控制装置以及直流输电控制装置等实际物理装置进行闭环仿真试验，可接入matlab等商用软件进行局部和子任务计算。碰共振传输 形式对传输频率要求苛刻．与电碰蘑应方式相比． 虽然采用的磁场弱，但可咀实现更长距离的传输： 与覆盖及能量传输，本文基于这种思路，设计了一种基于电磁耦合共振原理，实现同时传输音频信号和电磁能量的实验方设计，提供这种方案的可行性。

因而漏缆具有传输线与天线的 通信网络，对通信质量要求越来越高；另一方面，[1]作用 。 城市的建筑越来越复杂和密集，对通信网络合理覆漏泄同轴电缆按照辐射特性可以分为两类：耦 盖带来困难。而漏泄同轴电缆适用于信号无合型漏泄同轴电缆和辐射型漏泄同轴电缆。耦合型 法传播或者传播效果很差的空间，如隧道，建筑物漏泄同轴电缆主要辐射“表面波”，能量在缆周围 内,在现今通信网络中发挥越来越重要的作用。均匀分布，无明显的辐射方向，因此，电磁波传输距离较近,也容易受到周围环境的影响。辐射型漏泄 2 漏泄同轴电缆的介绍同轴电缆主要辐射“辐射波”，能量有明显的辐射方向，传输距离较远。使用何种类型漏缆应该根据使用环境挑选。漏泄同轴电缆，简称漏缆。其结构与普通的同下面我们介绍 50-42 型椭圆槽耦合型漏缆。 轴电缆基本一致，由内导体，绝缘介质和开有周期 性的槽孔外导体三部分组成。普通同轴电缆的目的 是将能量从一端传输到另一端，为了减小传输过程3 基本原理 中的能量损耗，因此希望有最大的横向屏蔽效果。 而漏缆的设计目的恰恰是减小横向屏蔽，使得电磁耦合型漏缆，其外导体上所开槽孔的间距远小·1223 · 于或者远大于工作波长。

电磁场通过小孔衍射，激，（如图一所示）。泄露的电磁能槽孔和仿真模型如下图所示: 量无方向性，并随距离的增加迅速减小。由于耦合 型漏缆产生的多是表面波，因而其电磁场受周围环 境影响波动很大。图2 外导体槽孔图 1 耦合型漏缆表面波辐射漏缆的最主要参数是传输损耗，耦合损耗。[2]耦合损耗的定义式如下 ：L 10lg(P P ) （dB ）ct r图3 仿真模型P2mr 为距离漏缆处的标准半波对称振子天线P 接收到的功率, t 为与标准半波对称振子天线正对处4.2 仿真结果 漏缆中传输的功率。仿真以下频点 150MHz，450MHz ，900MHz ，传输损耗a :1800MHz，2200MHz ，2400MHz的传输损耗，耦α =α + α + αc d r合损耗，与实际测量值对比以及频率在 1800MHz其中 a a a 分别表示导体损耗,介质损耗,和c d r下远场方向图。

辐射损耗。50-42 椭圆槽耦合型漏缆,工作频率为 150MHz-表 1 传输损耗 2400MHz,其开槽周期 10.2mm,远远小于工作最小波频率传输损耗[dB/100m][GHz]实测值仿真值 长 125mm,符合耦合型漏缆开槽规律。其内外导体0.150.960.93 有扎纹结构,因此必须先确立漏缆的等效内外径漏泄同轴电缆通信，但0.451.741.80 要同时保证漏缆端口阻抗为 50 欧姆。0.92.642.821.85.585.33在 HFSS 仿真软件中,用天线端口到漏缆端口的2.26.026.73 S 参数来衡量耦合损耗。用漏缆两边端口的 S 参数2.46.027.70 来衡量传输损耗。表 2 耦合损耗频率耦合损耗（95% ）[dB] 4 仿真模型建立[GHz]实测值仿真值0.1586.7982.070.4585.5887.71 4.1 模型建立0.985.3289.741.887.2787.60模 型 内 导 体 采 用 空 心 铜 柱 （ 等 效 直 径2.289.2388.00 16.84mm，厚度 0.35mm ），外导体采用无厚度铜管2.492.2489.00 （等效直径42.2mm ）等效铜带，发泡绝缘层采用等从以上的仿真结果可以看出,该模型的仿真值与 效介电常数为 1.21，损耗角正切为 0.00002的绝缘实际测量值比较吻合,从远场方向图可以看出,能量 介质。

端口的仿真值为 50.098 欧姆。主要集中在缆周围,没有明显的辐射方向,与理论分析相符合。但是，在传输损耗上，从低频向高频过 ·1224 · 程中，仿真与实测由符合向仿真比实测大发展，而漏缆的真实模型是有扎纹结构，并不是理想的 且，这种误差绝对不会是偶然误差。圆柱，并且介质层是经过发泡处理的，所以介质参数在计算中可能出现误差。下面进行实验性验证。4.3.2 实验性验证A 修改介电常数为 0.8表 3 介电常数 0.8图4 1800MHz 远场增益图频率900MHz 1800MHz 4.3 误差原因的分析和研究传输损耗(dB/100m)2.767.1将等效介电常数修改为 0.8 ，比原介电常数小 4.3.1 误差可能分析0.41，原始数据对比,传输损耗在低频处变化不大,但由上节的基本理论可知，漏缆的纵向衰减部分,是在高频处,变化很大，从 5.33 涨到了 7.1 。 包括导体损耗,介质损耗和辐射损耗。B 改变损耗角正切,尝试改为 0.00004导体损耗:表 4 损耗角正切 0.00004实际采用的导体材料电导率都不是无穷大，因频率900MHz 1800MHz 此通常导体损耗都是不为零。

导体损耗与 f成正比纵向衰减(dB/100m)2.995.67 关系,工作频率越高,导体损耗越大。损耗角增大一倍，在低频与高频处有变化，但介质损耗:是不大。介质损耗，它包括两部分，一部分是由介质的从以上的实验性仿真来看，介电常数的差异在 电导率σ ≠ 0 引起的，另一部分则是由介质极化阻尼低频时候影响不大，但是随着频率的增高，影响会 引起的，表现为ε 不再是纯实数，而是一个复数，越来越大。这与我们误差现象一致，模型的介电常 称为复介电常数，记为ε，可表示如下c数因为计算的原因有一定的误差，造成了在低频处ε ε '=− j ε ''c仿真与实际符合，但是在高频处，与实际测量有一 麦克斯韦方程有:定的差距。需要在以后过程中针对介质层等效介电∇× H jw ε E =+ σE jw (ε =− j σ )E 常数计算进行更深入研究。ccw 因此定义等效介电常数:5 结论σσ + wε ''εec εc =− j ε '(1=− j ' ) ε '(1=− jtg δ )wwε本文首先介绍了漏缆的特征以及漏缆的主要两σ + wε '' 其中tgδ种辐射特性。

并使用电磁仿真软件 HFSS对 50-42wε '椭圆开槽耦合型漏缆进行了等效建模和仿真，并将ε '' 在微波波段一般 wε '' 比σ 大所以可近似tgδ仿真结果和实际测量结果进行对比,研究和分析在高ε'频处产生误差的原因。为后续的生产设计提出指导 辐射损耗:意见。辐射损耗受到电缆结构,频率的影响需要特殊讨 论[3] 。参考文献 [1] 罗勇 刘湘荣. 辐射型漏泄同轴电缆耦合损耗分析.通信光缆电缆，2010 ，（3 ）：65-68 [2] 铁道部运输局.铁路通信漏泄同轴电缆 TB/T 3201-2008[S]. 中华人民共和国铁道部, 2008. [3] 张昕.闭域空间中泄露同轴电缆传播特性的研究.哈尔滨工程大学博士论文，2007.作者简介:吉陈力，男漏泄同轴电缆通信，硕士，主要研究领域为天线和电磁兼容;吕蒙，男，硕士，主要研究领域为天线和射频 电路方面；黄晓勇，男，高级工程师，西安电缆公司，漏缆研制，·1225 ·

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