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1 簡(jiǎn)介

在基站與移動(dòng)站之間的通訊，通常是依靠無線電傳送。目前通訊業(yè)的不斷發(fā)展越來越要求基站與移動(dòng)站之間隨時(shí)隨地能接通，甚至要求在隧道中也是如此。

然而在隧道中，移動(dòng)通信用的電磁波傳播效果不佳。隧道中利用天線傳輸通常也很困難，所以關(guān)于漏纜的研究也應(yīng)運(yùn)而生。無線電地下傳輸有著極其廣泛的用途，例如：

·用于建筑物內(nèi)、隧道內(nèi)及地鐵的移動(dòng)通信（GSM，PCN/PCS，DECT…）

·用于地下建筑的通訊，例如停車場(chǎng)、地下室及礦井

·公路隧道內(nèi)FM波段（88-108MHz）信息的發(fā)送

·公路隧道內(nèi)無線報(bào)警電信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)

·公路隧道內(nèi)移動(dòng)電話信號(hào)的發(fā)送

·地鐵或地鐵隧道中的信號(hào)傳輸

圖1所示為一發(fā)射站位于隧道口的典型圖例。

圖1 典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

隨著新型無線移動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展，新型漏泄元件應(yīng)能以較低的衰減轉(zhuǎn)發(fā)900MHz波段內(nèi)的信號(hào)。

當(dāng)前無線移動(dòng)通信朝以下趨勢(shì)發(fā)展：

·趨向更高的使用頻段：使用頻段從50-150 MHz擴(kuò)展至450-900 MHz甚至1800-2200 MHz。

·要求通訊接通質(zhì)量更高：數(shù)字化傳輸、高比特率，等等。

·在市區(qū)和以下特定范圍，具有更佳的綜合性能：隧道、地下機(jī)動(dòng)車道、地下停車場(chǎng)等。

2 漏纜的工作原理

橫向電磁波通過同軸電纜從發(fā)射端傳至電纜的另一端。當(dāng)電纜外導(dǎo)體完全封閉時(shí)，電纜傳輸?shù)男盘?hào)與外界是完全屏蔽的，電纜外沒有電磁場(chǎng)，或者說，測(cè)量不到有電磁輻射。同樣地，外界的電磁場(chǎng)也不會(huì)對(duì)電纜內(nèi)的信號(hào)造成影響。

然而通過同軸電纜外導(dǎo)體上所開的槽孔，電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠蛛姶拍芰堪l(fā)送至外界環(huán)境。同樣，外界能量也能傳入電纜內(nèi)部。外導(dǎo)體上的槽孔使電纜內(nèi)部電磁場(chǎng)和外界電波之間產(chǎn)生耦合。具體的耦合機(jī)制取決于槽孔的排列形式。

漏纜的一個(gè)典型例子是編織外導(dǎo)體同軸電纜。絕大部分能量以內(nèi)部波的形式在電纜中傳輸，但在外導(dǎo)體覆蓋不好的位置點(diǎn)上，就會(huì)產(chǎn)生表面波，沿著電纜正向或逆向向外傳播，且相互影響。

無線電通信信號(hào)的質(zhì)量通常因?yàn)殡娎|外界電波電平波動(dòng)情況不同而相差很大。電纜敷設(shè)方式和敷設(shè)環(huán)境對(duì)電纜輻射效果也有影響。大部分隧道內(nèi)還有各種各樣金屬導(dǎo)體，比如沿兩側(cè)墻面安裝的電力電纜、鐵軌、水管等等，這些導(dǎo)體將徹底改變電磁場(chǎng)的特性。

漏纜電性能的主要指標(biāo)有縱向衰減常數(shù)和耦合損耗。

2.1縱向衰減

衰減常數(shù)是考核電磁波在電纜內(nèi)部所傳輸能量損失的最重要特性。

普通同軸電纜內(nèi)部的信號(hào)在一定頻率下，隨傳輸距離而變?nèi)�。衰減性能主要取決于絕緣層的類型及電纜的大小。

而對(duì)于漏纜來說，周邊環(huán)境也會(huì)影響衰減性能，因?yàn)殡娎|內(nèi)部少部分能量在外導(dǎo)體附近的外界環(huán)境中傳播。因此衰減性能也受制于外導(dǎo)體槽孔的排列方式。

2.2耦合損耗

耦合損耗描述的是電纜外部因耦合產(chǎn)生且被外界天線接收能量大小的指標(biāo)，它定義為：特定距離下，被外界天線接收的能量與電纜中傳輸?shù)哪芰恐�比。由于影響是相互的，也可用類似的方法分析信�?hào)從外界天線向電纜的傳輸。

耦合損耗受電纜槽孔形式及外界環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾或反射影響。寬頻范圍內(nèi)，輻射越強(qiáng)意味著耦合損耗越低。根據(jù)信號(hào)與外界的耦合機(jī)制不同，主要分有下三種漏纜：

·輻射型（RMC）

·耦合型（CMC）

·泄漏型（LSC）

3漏纜種類

3.1輻射型漏纜（RMC）

輻射型電纜的電磁場(chǎng)由電纜外導(dǎo)體上周期性排列的槽孔產(chǎn)生的。槽孔間距（d）與工作波長(zhǎng)（λ）相當(dāng)（見圖2），輻射型電纜的使用頻段可由以下不等式確定：

（ -1） （1）

＝介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)

圖2 輻射型電纜示例

考慮下面的情形，電纜的外導(dǎo)體上開了一組周期性槽孔，屏蔽層的輻射機(jī)制類似于朝著電纜軸向的一系列磁性偶極子的輻射。最簡(jiǎn)單的例子是，外導(dǎo)體上每個(gè)相鄰小孔間距為半波長(zhǎng)距離，例如100MHz下為1.5m。

輻射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有當(dāng)槽孔排列恰當(dāng)及在特定的輻射頻率段，才會(huì)出現(xiàn)此模式。也只在很窄的頻段下，才有低的耦合損耗。高于或低于此頻率，都將因干擾因素導(dǎo)致耦合損耗增加。

電磁波的傳播方向如圖4所示呈放射狀發(fā)散。

3.2耦合型漏纜（CMC）

耦合型電纜則有許多不同的結(jié)構(gòu)形式，例如，在外導(dǎo)體上開一長(zhǎng)條形槽，或開一組間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)的小孔（見圖2.3）。還有就是兩側(cè)開縫。

圖3 耦合型電纜示例

電磁場(chǎng)通過小孔衍射激發(fā)電纜外導(dǎo)體外部電磁場(chǎng)。電流沿外導(dǎo)體外部傳輸，電纜象一個(gè)可移動(dòng)的長(zhǎng)天線向外輻射電磁波。因此，耦合型電纜亦等同于一根長(zhǎng)的電子天線。

與耦合模式對(duì)應(yīng)的電流平行于電纜軸線，電磁能量以同心圓的形式緊密分布在電纜周圍，并隨距離的增加而迅速減小，所以這種模式也被稱為“表面電磁波”。這種模式的電磁波主要分布在電纜周圍，但也有少量因隨機(jī)存在于附近的障礙物和間斷點(diǎn)（如吸收夾鉗、墻壁等）而被衍射，如一部分能量沿徑向隨機(jī)衍射。

圖4表示這種模式電纜中的兩種輻射過程。

圖4 輻射過程

3.3漏泄型（LSC）

這種模式可理解為在一根非漏泄電纜中，插入一段漏泄電纜（如圖5所示）。

圖5漏泄型電纜示例

這一段漏纜等同于一個(gè)通過功率分配器與同軸電纜相連的定位天線。其中電纜內(nèi)部只有一小部分的能量轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠�。選擇相鄰漏泄段之間的合適間距，以便為不同頻段提供滿意的效果。事實(shí)表明，10至50米之間的間距可滿足1000MHz內(nèi)的所有情形的通信。

這樣設(shè)計(jì)的漏纜型電纜，在同樣的條件下又可作為連續(xù)的補(bǔ)償饋線，且具有更好的衰減常數(shù)和耦合損耗特性。

漏泄部分相當(dāng)于有效的模式轉(zhuǎn)換器，可以控制電纜附近的電磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，它是漏泄部分長(zhǎng)度和電氣性能的函數(shù)。

使用漏泄型電纜的系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是漏泄部分長(zhǎng)度占電纜總長(zhǎng)度不到2％～3%，這樣便減少了由于輻射引起的附加損耗。這些模式轉(zhuǎn)換器有很低的插入損耗，通常只有0.3或0.2dB，因此使用這些模式轉(zhuǎn)換器引起的同軸電纜縱向衰減增加很小。

例如，圖6表示的是使用完全相同的等間距的模式轉(zhuǎn)換器后，場(chǎng)強(qiáng)沿電纜長(zhǎng)度方向變化的情況。

圖6 場(chǎng)強(qiáng)沿電纜長(zhǎng)度方向變化

·X軸表示的是模式轉(zhuǎn)換器在X軸上的位置，用“MC”表示。

·虛線表示的是天線接收可能性為95%時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)值，包括電纜的衰減和轉(zhuǎn)換器插入損耗。

·Px=95%功率接收可能性對(duì)應(yīng)的電平與Y軸的交點(diǎn)

·P0=輸入功率

·Prmin＝最低接收功率（靈敏度）

·Px與P0之間差為漏纜的耦合損失

·95%功率衰減線與最低接收功率線交點(diǎn)表示電纜最大傳輸長(zhǎng)度。