鐵路無線通信用漏泄同軸電纜設(shè)計(jì)

摘要 介紹了周期性開槽漏泄同軸電纜的主要電氣特性及其相互關(guān)系，從理論上分析了影響主要電氣特性的因素。采用全波仿真方法，探索了八字形漏泄同軸電纜的槽孔傾斜角度和長度對其電氣性能的影響，設(shè)計(jì)了一種周期性八字形槽的某型漏纜，測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合，滿足鐵路通信漏泄同軸電纜標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞 無線通信；漏泄同軸電纜；八字形槽孔；電氣特性

漏泄同軸電纜(Leaky Coaxial Cable，簡稱漏纜)，是外導(dǎo)體不完全封閉的同軸電纜。沿漏纜內(nèi)部傳輸?shù)囊徊糠蛛姶挪芰?，可通過外導(dǎo)體上的槽孔或縫隙輻射、耦合到由該外導(dǎo)體和周圍環(huán)境所構(gòu)成的天線傳輸系統(tǒng)中，或按照與上述相反的方向進(jìn)行耦合。漏纜由于它的特殊結(jié)構(gòu)使它具有信號覆蓋均勻，低耦合損耗、電磁污染小，低衰減常數(shù)、傳輸距離遠(yuǎn)，敷設(shè)簡單、容易改變通信線路等優(yōu)點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，漏纜在電磁波難以傳播的閉域或半閉域空間，如隧道、礦井、建筑內(nèi)部等，以及需要信號連續(xù)均勻覆蓋的地鐵、高速公路沿線等，均有著廣泛的應(yīng)用前景。與此同時(shí)，漏泄同軸電纜還可以用來對某些特定區(qū)域進(jìn)行電磁波覆蓋，以達(dá)到監(jiān)控和警戒作用。
漏纜的類型是根據(jù)其外導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)確定的，主要可分為稀疏編織型漏纜、螺旋繞包型漏纜、軸向開槽型漏纜、周期性開槽型漏纜，前3種類型漏纜由于衰減常數(shù)大，已經(jīng)很少使用。周期性開槽漏纜由于其開槽結(jié)構(gòu)的多樣化而具有良好的可調(diào)性，通過調(diào)節(jié)槽孔的形狀尺寸，在一定范圍內(nèi)能達(dá)到不同標(biāo)準(zhǔn)的要求。文中采用漏纜理論分析的一般結(jié)論，分析周期性開槽漏纜的電氣特性，采用全波電磁仿真方法優(yōu)化設(shè)計(jì)漏泄同軸電纜的槽孔結(jié)構(gòu)尺寸，研制了一種用于鐵路無線通信的周期性八字形槽漏纜。

1 漏泄同軸電纜的主要電氣特性
漏泄同軸電纜主要的電氣特性包含特性阻抗、使用頻帶、耦合損耗和衰減常數(shù)等。特性阻抗匹配是無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，阻抗失配將導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的性能降級甚至無法使用。在無線通信發(fā)展迅速、頻帶資源日漸匱乏的今天，使用頻帶是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。耦合損耗是漏纜所特有的區(qū)別其他射頻電纜的唯一指標(biāo)，它是反映漏纜與外界空間中其他設(shè)備之間耦合信號能力的性能參數(shù)，是保證通信質(zhì)量的重要指標(biāo)。衰減常數(shù)表示電磁能量在漏纜內(nèi)傳輸過程中所損失的那部分能量，與漏纜絕緣層的等效介電常數(shù)密切相關(guān)。
1．1 特性阻抗
漏纜的特性阻抗可用高頻、低耗同軸線的特性阻抗公式近似計(jì)算

式中，Z0為標(biāo)稱特性阻抗；εr為絕緣介質(zhì)的等效相對介電常數(shù)；D和d分別為漏纜的等效外、內(nèi)徑。
1．2 頻帶
根據(jù)Floquet定理，沿周期性結(jié)構(gòu)的電場分布可以寫成空間諧波的迭加

其中，γ=α+iβ代表傳播常數(shù)；α和β分別是衰減常數(shù)和傳播常數(shù)。Ep(r，φ，z)是z的周期性函數(shù)；周期為p；可以展開成無窮傅里葉級數(shù)，故