铁路无线通信用漏泄同轴电缆设计

摘要 介绍了周期性开槽漏泄同轴电缆的主要电气特性及其相互关系，从理论上分析了影响主要电气特性的因素。采用全波仿真方法，探索了八字形漏泄同轴电缆的槽孔倾斜角度和长度对其电气性能的影响，设计了一种周期性八字形槽的某型漏缆，测试结果与仿真结果吻合，满足铁路通信漏泄同轴电缆标准要求。
关键词 无线通信；漏泄同轴电缆；八字形槽孔；电气特性

漏泄同轴电缆(Leaky Coaxial Cable，简称漏缆)，是外导体不完全封闭的同轴电缆。沿漏缆内部传输的一部分电磁波能量，可通过外导体上的槽孔或缝隙辐射、耦合到由该外导体和周围环境所构成的天线传输系统中，或按照与上述相反的方向进行耦合。漏缆由于它的特殊结构使它具有信号覆盖均匀，低耦合损耗、电磁污染小，低衰减常数、传输距离远，敷设简单、容易改变通信线路等优点。随着通信技术的发展，漏缆在电磁波难以传播的闭域或半闭域空间，如隧道、矿井、建筑内部等，以及需要信号连续均匀覆盖的地铁、高速公路沿线等，均有着广泛的应用前景。与此同时，漏泄同轴电缆还可以用来对某些特定区域进行电磁波覆盖，以达到监控和警戒作用。
漏缆的类型是根据其外导体的结构确定的，主要可分为稀疏编织型漏缆、螺旋绕包型漏缆、轴向开槽型漏缆、周期性开槽型漏缆，前3种类型漏缆由于衰减常数大，已经很少使用。周期性开槽漏缆由于其开槽结构的多样化而具有良好的可调性，通过调节槽孔的形状尺寸，在一定范围内能达到不同标准的要求。文中采用漏缆理论分析的一般结论，分析周期性开槽漏缆的电气特性，采用全波电磁仿真方法优化设计漏泄同轴电缆的槽孔结构尺寸，研制了一种用于铁路无线通信的周期性八字形槽漏缆。

1 漏泄同轴电缆的主要电气特性
漏泄同轴电缆主要的电气特性包含特性阻抗、使用频带、耦合损耗和衰减常数等。特性阻抗匹配是无线通信系统设计的首要任务，阻抗失配将导致设备或系统的性能降级甚至无法使用。在无线通信发展迅速、频带资源日渐匮乏的今天，使用频带是一个不错的选择。耦合损耗是漏缆所特有的区别其他射频电缆的唯一指标，它是反映漏缆与外界空间中其他设备之间耦合信号能力的性能参数，是保证通信质量的重要指标。衰减常数表示电磁能量在漏缆内传输过程中所损失的那部分能量，与漏缆绝缘层的等效介电常数密切相关。
1．1 特性阻抗
漏缆的特性阻抗可用高频、低耗同轴线的特性阻抗公式近似计算

式中，Z0为标称特性阻抗；εr为绝缘介质的等效相对介电常数；D和d分别为漏缆的等效外、内径。
1．2 频带
根据Floquet定理，沿周期性结构的电场分布可以写成空间谐波的迭加

其中，γ=α+iβ代表传播常数；α和β分别是衰减常数和传播常数。Ep(r，φ，z)是z的周期性函数；周期为p；可以展开成无穷傅里叶级数，故