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1 簡介

在基站與移動站之間的通訊，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站之間隨時隨地能接通，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，所以關于漏纜的研究也應運而生。無線電地下傳輸有著極其廣泛的用途，例如：

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

·用于地下建筑的通訊，例如停車場、地下室及礦井

·公路隧道內FM波段（88-108MHz）信息的發(fā)送

·公路隧道內無線報警電信號的轉發(fā)

·公路隧道內移動電話信號的發(fā)送

·地鐵或地鐵隧道中的信號傳輸

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)結構圖

隨著新型無線移動發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展，新型漏泄元件應能以較低的衰減轉發(fā)900MHz波段內的信號。

當前無線移動通信朝以下趨勢發(fā)展：

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

·要求通訊接通質量更高：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、地下機動車道、地下停車場等。

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。當電纜外導體完全封閉時，電纜傳輸?shù)男盘柵c外界是完全屏蔽的，電纜外沒有電磁場，或者說，測量不到有電磁輻射。同樣地，外界的電磁場也不會對電纜內的信號造成影響。

然而通過同軸電纜外導體上所開的槽孔，電纜內傳輸?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部。外導體上的槽孔使電纜內部電磁場和外界電波之間產生耦合。具體的耦合機制取決于槽孔的排列形式。

漏纜的一個典型例子是編織外導體同軸電纜。絕大部分能量以內部波的形式在電纜中傳輸，但在外導體覆蓋不好的位置點上，就會產生表面波，沿著電纜正向或逆向向外傳播，且相互影響。

無線電通信信號的質量通常因為電纜外界電波電平波動情況不同而相差很大。電纜敷設方式和敷設環(huán)境對電纜輻射效果也有影響。大部分隧道內還有各種各樣金屬導體，比如沿兩側墻面安裝的電力電纜、鐵軌、水管等等，這些導體將徹底改變電磁場的特性。

漏纜電性能的主要指標有縱向衰減常數(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部所傳輸能量損失的最重要特性。

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

而對于漏纜來說，周邊環(huán)境也會影響衰減性能，因為電纜內部少部分能量在外導體附近的外界環(huán)境中傳播。因此衰減性能也受制于外導體槽孔的排列方式。

2.2耦合損耗

耦合損耗描述的是電纜外部因耦合產生且被外界天線接收能量大小的指標，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號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)境對信號的干擾或反射影響。寬頻范圍內，輻射越強意味著耦合損耗越低。根據(jù)信號與外界的耦合機制不同，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由電纜外導體上周期性排列的槽孔產生的。槽孔間距（d）與工作波長（λ）相當（見圖2），輻射型電纜的使用頻段可由以下不等式確定：

（ -1） （1）

＝介質相對介電常數(shù)

圖2 輻射型電纜示例

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

輻射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有當槽孔排列恰當及在特定的輻射頻率段，才會出現(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構形式，例如，在外導體上開一長條形槽，或開一組間距遠遠小于工作波長的小孔（見圖2.3）。還有就是兩側開縫。

圖3 耦合型電纜示例

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

與耦合模式對應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，但也有少量因隨機存在于附近的障礙物和間斷點（如吸收夾鉗、墻壁等）而被衍射，如一部分能量沿徑向隨機衍射。

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通過功率分配器與同軸電纜相連的定位天線。其中電纜內部只有一小部分的能量轉變?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。事實表明，10至50米之間的間距可滿足1000MHz內的所有情形的通信。

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

漏泄部分相當于有效的模式轉換器，可以控制電纜附近的電磁場強度大小，它是漏泄部分長度和電氣性能的函數(shù)。

使用漏泄型電纜的系統(tǒng)的一個特點是漏泄部分長度占電纜總長度不到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換器后，場強沿電纜長度方向變化的情況。

圖6 場強沿電纜長度方向變化

·X軸表示的是模式轉換器在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%時的場強值，包括電纜的衰減和轉換器插入損耗。

·Px=95%功率接收可能性對應的電平與Y軸的交點

·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表示電纜最大傳輸長度。