倾斜开槽漏泄电缆频带扩展探究

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1、倾斜开槽漏泄电缆频带扩展探究　　【摘要】由于漏泄同轴电缆在特定使用场合里场强覆盖具有明显的优越性，在通信领域中得到了广泛的应用。随着漏泄技术的不断发展，人们对漏泄同轴电缆的应用逐步向宽频带方向发展。因此，提出了一种扩展漏泄电缆频带的方法。这里主要是从漏泄同轴电缆的辐射模型理论出发，通过一系列的计算分析了漏泄电缆单模辐射的产生条件，在此基础上提出了扩展倾斜开槽的漏泄电缆频带的方法，该方法对于设计应用于超宽带通信的漏泄同轴电缆有着重要意义。【关键词】漏泄同轴电缆；辐射模式；空间谐波；单模辐射；频带扩展1.引言8漏泄同轴电缆是移动通信系统中用来代替天线以改善特定区域

2、内电磁波场强的一种导波结构。它可以用于一般通信天线难以发挥作用的区域，特别是在移动通信系统中分立天线无法提供足够场强覆盖的区域，如隧道、矿井、地下建筑物、商场或其他电磁波难以到达的区域，并可广泛应用于微波通信、航天、船舶等领域。随着人们对闭域空间通信质量的要求不断提高，漏泄同轴电缆的应用范围将进一步扩大。进入90年代后，漏泄同轴电缆的应用向更高的宽频带方向发展[1]，因此对漏泄同轴电缆频带的扩展问题成为今后研究的主要方向。2.漏泄同轴电缆概述漏泄同轴电缆（LeakyCoaxialCable）简称漏泄电缆通常又简称为泄漏电缆或漏缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致

3、，只不过它是根据特定的电磁理论，在同轴电缆的外导体表面上按照一定的规律周期性或非周期性的配置一系列的开槽口，每个开槽口都相当于一个电磁波辐射源，沿着其垂直方向可以辐射具有均匀稳定电磁场的电波[2]。由此可以知道它主要由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。漏泄同轴电缆同时具有传输线和辐射天线的双重特性，所以它不仅能沿着其轴向传输电信号，还能沿着其径向辐射电磁波。工作原理为：横向电磁波通过同轴电缆从发射端传至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是完全屏蔽的，电缆外没有电磁场，或者说，测量不到有电磁辐射。同样地，外界的电磁场也不

4、会对电缆内的信号造成影响。然而通过在同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输的一部分电磁能量发送至外界环境。同样，外界能量也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。3.辐射模式理论3.1辐射型漏泄电缆的辐射模式8漏泄同轴电缆按其能量耦合到外部空间的机理，可分为辐射型和耦合型两种类型，它们的几何结构各有不同。在此主要研究辐射型漏泄电缆的辐射模式。辐射型漏泄同轴电缆是指在外导体上开的槽孔的间距与波长（或半波长）相当，该槽孔结构使得在槽孔处信号产生同相叠加。设开槽的周期为P，漏泄电缆的开槽结构与柱坐标如图1所示。图1漏泄电缆的开槽结构与柱

5、坐标周期性开槽口将电缆内部传输的能量耦合出很少的部分，在电缆外部形成表面波或者辐射波，它们沿z向的传播规律与在电缆导体内传播的导行波基本一致。如果用表示电缆周围的电场强度，则可以表示为：其中式中：为电缆导体内的导行波的纵向传播常数，为导行波的衰减系数，是电缆内介质的相对介电常数，式中省略了时间因子。式中的为与径向传播常数以及径向参数和周向参数有关的函数，忽略纵向衰减的影响；为开槽后总的周期函数。由Floquet定理可以知道，无限长的周期性结构中，各周期相应点的场只相差一个复的常系数，因此式（1）中的必须是周期为的周期性函数，将其展开为傅里叶级数为：式中：，式（

6、3）说明在周期性开槽的同轴电缆周围存在着无限多的空间谐波分量[3]，它们类似于导波结构中的传播模式，故将其称为模式。83.2单模辐射产生条件电磁波的径向传播常数和纵向传播常数满足下列关系：其中，，这里的c为自由空间中的电磁波传播速度。只有时才能产生辐射波，由式（7）可以得到空间谐波的模式图，如图2所示。当时，开始进入-1次模式辐射区，此时有-1次空间谐波向外辐射，直到2时-2次模开始辐射。当时，电磁波以表面波的形式存在，当时，高次模辐射开始出现[4]，此时会有高次空间谐波向外辐射。通常情况下，在频率范围（，）内只存在-1次谐波的辐射，因而在此频率范围内的辐射就

7、称之为单模辐射。如图（2）可知此时的单模辐射频带在和2之间，频带宽度为。由于高次模辐射的各高次谐波之间会相互干扰，使得电磁场强出现很大的波动，如果能将高次模辐射区的高次谐波抑制掉，那么单模辐射频带将会增大。4.倾斜开槽漏泄电缆频带扩展方法对于倾斜开槽的漏泄电缆，接收天线主要接收它辐射的垂直极化分量，这里我们只考虑电磁场的垂直化向分量[5]。8从上述的单模辐射产生条件可以知道当频率超过单模辐射所在的频率范围时将会出现高次谐波的辐射，高次谐波的辐射会干扰-1次谐波的辐射场，使漏泄电缆沿线电波衰落严重[6]。因而，要想扩展单模辐射的带宽，就必须抑制-1次空间谐波辐射

8、带宽内的高次谐波，抑制阶数越多，带宽越