漏泄同轴电缆的基础理论

展开全部

简 介：在基站与联通站之间的通信，通常是借助传送。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有这么 。

然而在隧道中，移动通信用的电磁波传播效果不佳。隧道中运用天线传输一般也很困难，所 以关于漏泄同轴电缆的研究也应运而生。地下存储有着极其广泛的种类，例如：

·用于建筑物内、隧道内及高铁的移动通信（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 典型平台构架图 随着新型无线移动发射平台的演进，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上趋势发展：

·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。

·要求通信接通质量更高：数字化传输、高比特率，等等。

·在市区和下面特定范围，具有更佳的综合性能：隧道、地下道、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。当管道外导线完全封闭时，电缆传输 的讯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管道内的信号产生妨碍。

然而通过同轴电缆外导线上所开的槽孔，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。外导线上的槽孔使管道外部电磁场和外界电波之间形成耦合。具体的耦合模式取决于槽孔的排列方式。

漏泄同轴电缆的一个典型实例是编织外导线同轴电缆。绝大部分能量以外部波的方式在管道中传输， 但在外导体覆盖不好的位置点上，就会造成表面波，沿着管道正向或反向向外传播，且互相 影响。

通信信号的质量一般由于管道外界电波电平波动状况不同而差距巨大。电缆铺设方式 和埋设环境对管道辐射效果也是制约。大部分隧道内也有各种各样金属导线，比如沿左侧墙 面加装的电网电缆、铁轨、水管等等，这些导体将彻底颠覆电磁场的特性。

漏泄同轴电缆电性能的主要指标有横向衰减系数和耦合损耗。

2.1 纵向衰减 衰减系数是考核电磁波在管道外部所存储能量损失的最要特点。

普通同轴电缆内部的信号在一定温度下，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。

而针对漏泄同轴电缆来说，周边环境也会妨碍衰减性能，因为管道外部少部份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形式。

2.2 耦合损耗

耦合损耗描述的是管道内部因耦合形成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管道中传输的能量之比。由于制约是互相的，也只用类似 的方式探讨信号从外界天线向管道内的传输。

耦合损耗受电缆槽孔形式及内，辐射越强意味 着耦合损耗越低。根据信号与外界的耦合模式不同，主要分有下三种漏缆：

·辐射型（RMC） ·耦合型（CMC） ·泄漏型（LSC）

3 漏缆种类

3.1 辐射型漏缆（RMC） 辐射型电缆的电磁场由电机外导线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）漏泄同轴电缆接续，辐射型电缆的使用频段可由以上不等式确定：（ -1）（1） =介质相对介电常数

图 2 辐射型电缆示例

考虑以下的情形，电缆的外导线上开了一组周期性槽孔，屏蔽层的辐射机理类似于朝着管道 轴向的一系列磁性偶极子的辐射。最简单的举例是漏泄同轴电缆接续，外导线上每个相邻小孔间距为半波长距离，例如100MHz 下为 1.5m。

辐射方式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有当槽孔排列正确及在特定的辐射频率段，才会出现此方式。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，都将因干扰原因造成耦合损耗增加。

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方式，例如，在外导体上开一条状形槽，或开一组间距远远大于工作波长的小孔（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机外导线内部电磁场。电流沿外导线内部传输，电缆象一个可联通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。

与耦合方式对应的电压平行于管道轴线，电磁能量以同心圆的方式紧密分布在电缆周围，并 随距离的减少而逐渐增加，所以这些方式也被称为“表面电磁波”。这种方式的电磁波主要 分布在管道周边，但也是大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。

图 4 表示这些方式电缆中的两种辐射过程。

图 4 辐射过程

3.3 漏泄型（LSC） 这种方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适合宽度，以便为不同频段提供满意的效 果。事实说明，10 至 50 米之间的宽度可满足 1000MHz 内的所有情形的通信。

这样设计的漏缆型电缆，在相同的条件下又可成为连续的补偿馈线，且具备更好的串扰常数和谐振损耗机理。

漏泄部分相当于有效的模式转换器，可以控制电机附近的电磁场强度大小，它是漏泄部分厚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重量占电缆总厚度不到 2%～3%，这样便增加了鉴于辐射导致的附加损耗。这些模式转换器有很低的插入损耗，通常只有 0.3 或 0.2dB， 因此使用这种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似的等厚度的模式转换器后，场强沿管道管径方向变化的状况。

图 6 场强沿导线长度方向变化

·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，包括电机的耗损和转换器插入损耗。

·Px=95%功率接收可能性对应的栅极与 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管道最大传输长度。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-127884-1.html