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1、2000年6月河南机电高等专科学校学报Jun.2000 第8卷第2期JournalofHenanMechanicandElectricEngineeringCollegeVol.8Ä.2X特种通信电缆——泄漏电缆的研究12郑先锋石新锋(河南机电高等专科学校1电子信息工程系2电气工程系新乡453002)摘要就泄漏同轴通信电缆的既能传输电磁波信号,又可发射电磁波信号的独特性能进行了分析;对其特殊性能的应用进行研究.并探讨其应用和发展前景.关键词泄漏电缆;耦合模;辐射模;移动通信中图分类号TN011随着通讯技
2、术的发展,无线移动通信呈现以下发展趋势:(1)向更高频率方向发展,应用频率范围从50～150MHz频段转变到450～1800MHz频段,通讯容量更大;(2)向高品质线路方向发展:数字传输,高码速传输⋯(3)朝人口密度相对集中的市区和限定区域发展:如隧道、半埋高速公路、地下停车场、矿井等;(4)特殊的场合通信的特殊要求:如军事管制区、监狱、金库的防盗报警系统的通信.电磁波在这些区域传播时产生多效应并被吸收,在此区域用天线来传播信号通常非常困难,而泄漏电缆恰巧可以解决这一问题.无论传播信号的环境本身的质量如
3、何,泄漏电缆均能确保通信的可靠性.泄漏电缆是一种屏蔽不完善的特种通讯电缆,它既具有传输线的特性又具有无线电发射天线的性质.即一方面它可以导引电信号沿电缆轴向传输,另一方面又向电缆径向周围辐射电磁波信号.泄漏的电磁波信号可以被电缆沿线与电缆有一定距离的接收设备接收;或进行相反的过程,即移动发射机发射信号,电波馈进泄漏电缆传输到固定接收机.泄漏同轴电缆是利用辐射场的传输线,能量沿电缆传输过程中一部分能量以辐射波的形式沿线均匀地发射出去,这些辐射波的发射方向是垂直于传输方向的.大部分能量仍沿电缆内传输.根据泄
4、漏电缆这种既能传输信号,又能辐射信号的独特性质,所以它可解决无线电无法传输信息区域的信息传输问题.1理论分析泄漏电缆是通过外导体屏蔽的不完善性来实现信号泄漏作用的.和普通通信电缆在结构上的区别在于其外导体的结构不是封闭结构,而是人为开有一些槽孔.其典型结构有¹八字槽式泄漏;º螺旋泄漏电缆;»纵向开槽泄漏电缆;¼打孔式泄漏电缆;½松编织泄漏电缆等.利用圆柱坐标系分析泄漏电缆周围的电磁场,电缆按如图1所示放置在圆柱坐标系中.首先从适用于自由空间的亥姆霍兹方程分析:2215H△H-22=0(1)C5tX收稿日
5、期:1999-08-16第一作者:男,1972年生,学士,助教36河南机电高等专科学校学报第8卷图1圆柱坐标系下泄漏电缆电磁场分析8式中:H为磁场强度;t为时间;C为光速,C=3×10m/s-jBz-jXt方程的通解的形式为H(r,H,z,t)=M(r)e.e(2)式中:r为到电缆轴线的距离;z为沿电缆轴向的距离;X为电磁波的角频率;t为时间;B为沿Z轴方向的相位常数;M(r)为描述电磁场的减小量与到电缆距离的关系的量.将方程(2)代入方程(1)亥姆霍兹方程转化为M(r)函数的方程:25M15M222+
6、+(k-B)=0(3)5rr5r222式中:k=X/C22函数的变化过程主要取决于k-B的符号:221)如果k-B为负,函数M(r)随r作指数衰减(凋落场),我们称之为耦合模.方程(3)的解表示能量流平行于电缆轴向传输.电磁场能量集中在紧邻电缆的周围空间并且随相对于电缆的距离的增大而迅速减小.限制在电缆周围的电磁波大部分沿电缆轴向传播,少部分随机径向散射.222)如果表达式k-B为正,函数M(r)为r的虚指函数(导波场),我们称之为辐射模.这些模的所有小孔的辐射波的同相位叠加,与用天线传播时相比,仅是这
7、里没有调谐的影响.泄漏电缆的能量一部分沿电缆轴向传播,一部分沿电缆径向以电磁波的形式辐射出去,其传播能量的示意如图2.其传输能量与辐射能量的分配与泄漏电缆的结构有直接关系.普通的泄漏电缆有诸如高耦合损耗、受环境影响强烈、传输场有较高的散射损耗等缺点,但近些年对辐射模泄漏电缆的研究使泄漏的应用性能已非常成功.图2泄漏电缆传输能量分配图2应用研究2.1在坑道、隧道、煤矿井下等电磁波难以传播的场所的通信这些场所一般有较多的拐弯处,内壁比较粗糙,对电磁波有隔断、反射、吸收作用,使无线电信号难以传播或信号传播距离
8、很难达到要求,而这些场所的通信又是至观重要的.泄漏电第2期郑先锋等:特种通信电缆——泄漏电缆的研究37缆恰巧是最有效的解决方法.当泄漏电缆沿坑道、隧道、井下敷设后,这些地方就充满了泄漏出来的电磁波,处在这些地方的无线电台或传呼器就可以接收到外部传来的信息.同时也可以用另一条泄漏电缆向外传送信号,这样就保证了通信畅通,对保证井下安全等具有重大意义.在这方面应用的例子很多,如我国北京地铁就敷设了泄漏电缆,一些煤矿井下也敷设了这种电缆;在国外比较
