鐵路無(wú)線(xiàn)通信用漏泄同軸電纜設計

摘要 介紹了周期性開(kāi)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(cháng)度對其電氣性能的影響，設計了一種周期性八字形槽的某型漏纜，測試結果與仿真結果吻合，滿(mǎn)足鐵路通信漏泄同軸電纜標準要求。
關(guān)鍵詞 無(wú)線(xiàn)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(jiǎn)稱(chēng)漏纜)，是外導體不完全封閉的同軸電纜。沿漏纜內部傳輸的一部分電磁波能量，可通過(guò)外導體上的槽孔或縫隙輻射、耦合到由該外導體和周?chē)h(huán)境所構成的天線(xiàn)傳輸系統中，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構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、傳輸距離遠，敷設簡(jiǎn)單、容易改變通信線(xiàn)路等優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)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、建筑內部等，以及需要信號連續均勻覆蓋的地鐵、高速公路沿線(xiàn)等，均有著(zhù)廣泛的應用前景。與此同時(shí)，漏泄同軸電纜還可以用來(lái)對某些特定區域進(jìn)行電磁波覆蓋，以達到監控和警戒作用。
漏纜的類(lèi)型是根據其外導體的結構確定的，主要可分為稀疏編織型漏纜、螺旋繞包型漏纜、軸向開(kāi)槽型漏纜、周期性開(kāi)槽型漏纜，前3種類(lèi)型漏纜由于衰減常數大，已經(jīng)很少使用。周期性開(kāi)槽漏纜由于其開(kāi)槽結構的多樣化而具有良好的可調性，通過(guò)調節槽孔的形狀尺寸，在一定范圍內能達到不同標準的要求。文中采用漏纜理論分析的一般結論，分析周期性開(kāi)槽漏纜的電氣特性，采用全波電磁仿真方法優(yōu)化設計漏泄同軸電纜的槽孔結構尺寸，研制了一種用于鐵路無(wú)線(xiàn)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等。特性阻抗匹配是無(wú)線(xiàn)通信系統設計的首要任務(wù)，阻抗失配將導致設備或系統的性能降級甚至無(wú)法使用。在無(wú)線(xiàn)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)不錯的選擇。耦合損耗是漏纜所特有的區別其他射頻電纜的唯一指標，它是反映漏纜與外界空間中其他設備之間耦合信號能力的性能參數，是保證通信質(zhì)量的重要指標。衰減常數表示電磁能量在漏纜內傳輸過(guò)程中所損失的那部分能量，與漏纜絕緣層的等效介電常數密切相關(guān)。
1．1 特性阻抗
漏纜的特性阻抗可用高頻、低耗同軸線(xiàn)的特性阻抗公式近似計算

式中，Z0為標稱(chēng)特性阻抗；εr為絕緣介質(zhì)的等效相對介電常數；D和d分別為漏纜的等效外、內徑。
1．2 頻帶
根據Floquet定理，沿周期性結構的電場(chǎng)分布可以寫(xiě)成空間諧波的迭加

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