泄漏電纜在隧道中的應(yīng)用

1、泄漏同軸電纜在地鐵隧道中的使用簡(jiǎn)介：本文主要介紹怎樣經(jīng)濟(jì)合理 的選用地鐵無線通信用漏泄同軸電纜以及漏泄同軸電纜 的敷設(shè)環(huán)境及接續(xù)的有關(guān)知識(shí)。關(guān)鍵詞：漏泄同軸電纜、耦合損耗、傳輸 1 損耗、上行、下行、耦合模式、輻射模式目前國內(nèi)地鐵無線通信用漏泄同軸電纜（以下簡(jiǎn)稱漏纜）主要分為：地鐵專用無線通 信（列車調(diào)度）用漏纜、公安、消防專用漏纜、民用通信用（移動(dòng)、聯(lián)通）漏纜，隨著國民 經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市地鐵建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高潮時(shí)期。上海、 北京、 廣州已經(jīng)建成數(shù)條地鐵 線路，且仍有數(shù)條在建或在很短的時(shí)期內(nèi)將建，深圳、大連、南京、重慶、武漢、天津、沈 陽、杭州等城市的地鐵建設(shè)己經(jīng)全面啟動(dòng)，西安、 青島等城市

2、的地鐵項(xiàng)目也在規(guī)劃之中。地 鐵內(nèi)的移動(dòng)通信是保證行車安全、提高運(yùn)輸效率和管理水平、改善服務(wù)質(zhì)量等的重要手段。 由于漏泄同軸電纜的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋具有明顯的優(yōu)越性，因而在隧道移動(dòng)通信中得到了廣泛的應(yīng) 用。目前國內(nèi)地鐵無線通信用漏泄同軸電纜（以下簡(jiǎn)稱漏纜） 主要分為：地鐵專用無線通信 （列車調(diào)度）用漏纜、公安、消防專用漏纜、民用通信用（移動(dòng)、聯(lián)通）漏纜。從地鐵上下行區(qū)間隧道來分析，為了保證正常的無線通信需要，一般情況下，每公里地 鐵需敷設(shè) 8 公里漏纜。目前國內(nèi)地鐵使用的通信系統(tǒng)主要有： TETRA350, TETRA450, TETRA800, GSM900, CDMA800, DCS1800, PHS

3、1900以及 WLAN 等，對(duì)不同的通信系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體技術(shù)要求，經(jīng)濟(jì)、合理的選擇漏纜的規(guī)格。地鐵用漏纜進(jìn)行上下行區(qū)間隧道覆蓋，首先必須考慮漏纜模式的選取、傳輸損耗、耦合 損耗的取值、大于 2 米的耦合損耗、隧道因子的影響等問題。下面將從幾個(gè)方面淺談漏纜 在地鐵中應(yīng)用：一、漏纜的選用1、漏纜特性阻抗的選擇：一般取 75 Q和50 Q兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值?？紤]到獲得最小的導(dǎo)體損耗，對(duì)應(yīng)的特性阻抗公式為：Zc=77/ ，考慮到獲得最大的功率容量，對(duì)應(yīng)的特性阻抗公式為： Zc=30/ 。目前無線通信系統(tǒng)中普遍選用漏纜的 特性阻抗為50Q。主要考慮兼顧了損耗和功率容量的要求。2、漏纜場(chǎng)強(qiáng)輻射模式的選用 漏纜

4、按場(chǎng)強(qiáng)輻射模式大致可分為兩類：表面波（耦合）型漏纜和輻射型漏纜。 表面波（耦合）型漏纜的外導(dǎo)體上開的槽孔的間距遠(yuǎn)小于工作波長。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)， 因而外導(dǎo)體的外表有電流，于是存在電磁輻射。電磁能 量以同心圓的方式擴(kuò)散在電纜周圍，無方向性。表面波型漏纜的特點(diǎn)：徑向的場(chǎng)強(qiáng)作用距離較短，空間損耗大，因此耦合損耗大，輻射 場(chǎng)強(qiáng)小、波動(dòng)大。 50 與 95 的耦合損耗概率值離散性較大，一般在 10-12dB 范圍內(nèi)。 但使用頻帶寬， 無諧振頻率， 設(shè)計(jì)和使用過程中不必考慮諧振點(diǎn)的影響。 由于場(chǎng)強(qiáng)輻射無方 向性的特點(diǎn)，開槽的方向不影響接收?qǐng)鰪?qiáng)的大小，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、施工過程相對(duì)

5、容易。輻射型漏纜的外導(dǎo)體上開的槽孔的間距與波長 （或半波長）相當(dāng)， 其槽孔結(jié)構(gòu)使得在槽 孔處信號(hào)產(chǎn)生同相迭加。唯有非常精確的槽孔結(jié)構(gòu)和對(duì)于特定的窄頻段才會(huì)產(chǎn)生同相迭加。輻射型漏纜的特點(diǎn)：徑向的場(chǎng)強(qiáng)作用距離較大，空間損耗小，因此耦合損耗小，輻射場(chǎng) 強(qiáng)大、波動(dòng)小。 50 與 95 的偶合損耗概率值離散性較小，一般在 3-5dB 范圍內(nèi)。但使 用頻帶相對(duì)窄一些， 有諧振頻率， 設(shè)計(jì)和使用過程中必須考慮諧振頻點(diǎn)的影響。 電纜敷設(shè)過 程中槽孔的方向?qū)?chǎng)強(qiáng)影響較大。 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜。 但針對(duì)不同的工作頻段可以進(jìn) 行適當(dāng)?shù)膱?chǎng)強(qiáng)優(yōu)化。 因此，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合及不同的通信系統(tǒng)要求可選擇不同類型的漏泄電

6、纜。隨著漏纜技 術(shù)的不斷發(fā)展， 輻射模式漏泄電纜已能滿足不同工作頻段的通信系統(tǒng)， 目前已廣泛應(yīng)用于地 鐵無線通信系統(tǒng)中。 一般而言， 漏泄電纜存在耦合和輻射兩種漏泄模式， 所謂耦合型和輻射 型指的是漏泄主要以耦合為主或以輻射為主。3 、單一耦合和不同耦合損耗漏纜的選用 隧道中漏泄電纜的配置一般有兩種方式。一是采用單一耦合損耗的配制方式（僅根據(jù) 區(qū)間長度的不同，從盡量不設(shè)區(qū)間射頻信號(hào)放大器的角度去選擇不同規(guī)格的漏纜） 。此方式 的特點(diǎn)是施工方便， 漏纜不分端別， 但場(chǎng)強(qiáng)分布不均勻， 整個(gè)隧道內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布會(huì)出現(xiàn)始端 （信 號(hào)源端） 信號(hào)與漏纜末端信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)差值較大， 此差值是由于漏纜的傳輸損耗所造成的

7、漏纜中 射頻信號(hào)電平的逐漸下降， 從而使泄漏的場(chǎng)強(qiáng)沿漏纜軸向逐漸變小， 此差值在理論上等于該 漏纜的傳輸衰減。 對(duì)射頻信號(hào)能量所造成的浪費(fèi)是不可避免的。 另一種是采用漸變型耦合損 耗漏纜（也稱分級(jí)補(bǔ)償漏纜） ，也就是說由于漏纜的傳輸損耗所造成的漏纜中射頻信號(hào)電平 的逐漸下降， 可以通過逐漸變小的耦合損耗加以分級(jí)補(bǔ)償， 最終使隧道中沿漏纜軸向獲得的 場(chǎng)強(qiáng)非常均勻，離散性小。 50 與 95 的耦合損耗概率的差值一般在 3-5 dB 范圍內(nèi)。但 此漏纜的設(shè)計(jì)、 研發(fā)以及生產(chǎn)過程相對(duì)復(fù)雜， 在實(shí)際中很少應(yīng)用。 目前僅大鐵路列車無線調(diào) 度系統(tǒng)用漏纜采用三種不同耦合損耗（ 85dB, 75dB 及 65

8、dB） 進(jìn)行分段組合的方式。從理論上計(jì)算， 采用漸變型耦合損耗的漏纜比單一開槽方式的漏纜的傳輸距離長 20 左 右，隨著漏纜技術(shù)的不斷發(fā)展，漸變型耦合損耗漏纜必將得到廣泛應(yīng)用。4 、根據(jù)隧道上下行區(qū)間的鏈路預(yù)算選擇漏纜的規(guī)格：4.1 影響隧道區(qū)間上、下行鏈路的因素基站T移動(dòng)手機(jī)（下行鏈路）移動(dòng)手機(jī)T基站（上行鏈路）A .基站設(shè)備輸出功率 A.移動(dòng)手機(jī)輸出功率B .分路器損耗B .人體損耗（腰部）C. POI 插損 C .車體損耗D 射頻電纜，跳線及接頭損耗 D 漏纜空間耦合損耗（95% ）E. 漏纜傳輸損耗 E.漏纜空間耦合修正值F. 漏纜空間耦合損耗（95% ） F.漏纜傳輸損耗G 漏纜空間

9、耦合修正值 G 射頻電纜，跳線及接頭損耗H .車體損耗H . POI插損I .人體損耗（腰部） I .分路器損耗4.2 根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的位置對(duì)耦合損耗修正：一般情況下， 漏纜耦合損耗的定義為距離漏纜 2 米處的空間損耗。 對(duì)漏纜而言， 當(dāng)電波傳 輸?shù)木嚯x很小時(shí)，其耦合損耗與距離的計(jì)算公式為： Lc=L2m+10Lg（d/2）。假設(shè)某規(guī)格漏纜 700MHz 工作頻率的耦合損耗為 70dB ，其耦合損耗與距離的關(guān)系如下： 距離 2m 3m 4m 25m 35m 漏纜耦合損耗 700MHz 70dB 71.76dB 73dB 80.97dB 82.43dB表 1 ：漏纜耦合損耗與距離的數(shù)值關(guān)系 由此可見

10、離開漏纜越遠(yuǎn)，衰減速率越快，衰減深度越深。圖 4：隧道區(qū)間中漏纜對(duì)地鐵列車的覆蓋示意圖 考慮到移動(dòng)臺(tái)在列車上，因此我們要選擇 3 米以內(nèi)的耦合損耗修正值。對(duì)上下行區(qū)間隧道進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，一般的設(shè)備參數(shù)如下（僅供參考）：指標(biāo)的要求：1 、最高車速為 80 km/h;2、各運(yùn)營商基站機(jī)頂輸出功率： GSM900 是 35dBm, CDMA 是 36dBm, 3G 系統(tǒng)是 36dBm, PHS 系統(tǒng)是 36dBm ，地鐵用 WLAN 系統(tǒng)是 27 dBm ；3、手機(jī)上行發(fā)射功率： GSM900 2W , CDMA 200mW;4、 隧道區(qū)域邊緣場(chǎng)強(qiáng)：GSM下行信號(hào)電平-85dBm, CDMA下行信號(hào)

11、電平-90dBm,3G下行信號(hào)電平 -90dBm, WLAN下行信號(hào)電平 -80dBm ;5、 站廳公共區(qū)及出入口通道區(qū)域邊緣場(chǎng)強(qiáng)：GSM下行信號(hào)電平 -75dBm, CDMA 下行信號(hào)電平 -85 dBm, 3 G下行信號(hào)電平 -80dBm,WLAN 下行信號(hào)電平 -80dBm,PHS下行信號(hào)電平-72 dBm ;6 、系統(tǒng)的工作頻率為 6002400MHz；7 、隧道內(nèi)車門關(guān)閉的情況下，車內(nèi)移動(dòng)手機(jī)的車體損耗為 10dB, 人體損耗 5dB ；8 、多系統(tǒng)接入平臺(tái)（ POI ）的插損（根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算） ；9 、分布系統(tǒng)中的損耗（根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算） ；通過以上對(duì)漏纜性能多方面的分析， 我們

12、能經(jīng)濟(jì)、 合理的選用地鐵內(nèi)不同無線通信制式用 漏纜的規(guī)格。 下面是采用焦作 RF 電纜公司生產(chǎn)的 SLYWY-50-42C 漏纜對(duì)地鐵內(nèi)各通信系 統(tǒng)信號(hào)覆蓋進(jìn)行下行鏈路的預(yù)算：各通信系統(tǒng)的下行鏈路預(yù)算過程如下：表 2 ：隧道區(qū)間最遠(yuǎn)有效覆蓋距離預(yù)算二、漏纜的敷設(shè)環(huán)境：1 、安裝漏纜時(shí)應(yīng)選用非金屬阻燃材料支架，從理論和實(shí)際測(cè)試結(jié)果分析，周期性的金 屬支架會(huì)在一定程度上影響漏纜的電壓駐波比指標(biāo)。2 、漏纜應(yīng)安裝在距隧道壁 10cm 以上的距離，以消除對(duì)耦合損耗的影響。3、漏纜護(hù)套表面的鹽份、金屬粒子、水分及油污將會(huì)增加漏纜的傳輸衰減，對(duì)電壓駐 波比及耦合損耗也會(huì)造成影響。4 、安裝輻射型漏纜時(shí)，由

13、于場(chǎng)強(qiáng)的泄漏有方向性，建議漏纜外導(dǎo)體上的槽孔方向應(yīng)朝 向移動(dòng)臺(tái)，以消除輻射場(chǎng)強(qiáng)大的波動(dòng)。三、漏纜的接續(xù)由于電纜制造長度和敷設(shè)長度的不一致， 因此在施工現(xiàn)場(chǎng)必須對(duì)電纜進(jìn)行接續(xù)。 按照地鐵具 體情況，接續(xù)分以下四種類型：1 、表面波（耦合）型漏纜的接續(xù) 目前地鐵用表面波（耦合）型漏纜主要是外導(dǎo)體軋紋銑槽漏泄同軸電纜，由于該漏纜連 續(xù)銑槽，無周期性節(jié)距，無諧振頻率的特點(diǎn)，安裝接頭時(shí)無需考慮開槽對(duì)接續(xù)的影響。2 、單一開槽輻射型漏纜的常規(guī)接續(xù)從漏纜輻射電波的原理可知， 在單一開槽輻射型漏纜外導(dǎo)體上周期性地槽孔， 可以看成小 的行波天線， 因此該漏纜輻射的電波也可以看成這些行波天線輻射電波的向量疊加。當(dāng)

14、漏纜接續(xù)時(shí)，如果槽孔的周期性被突然破壞， 則外部電磁場(chǎng)由于相位不一致而造成電磁場(chǎng)的跌落。單一開槽輻射型漏纜的常規(guī)接續(xù)通常采用固定連接器的方法，即把要接續(xù)的兩段漏纜的 內(nèi)、外導(dǎo)體進(jìn)行可靠的連接，并使槽孔的節(jié)距保持不變，因而使得場(chǎng)強(qiáng)無跌落。 3、單一開槽輻射型漏纜的軟電纜（調(diào)相電纜）連接 根據(jù)漏纜輻射電波的原理， 為了使其輻射的電磁場(chǎng)相位一致， 兩電纜相鄰槽孔的相位差的最 佳值為：0 opt=m ji +2 ji L *（1/入1 gf式中 m 正整數(shù)（相鄰槽孔平行選擇偶數(shù)，反之為奇數(shù)）， L 相鄰漏纜第一個(gè)槽孔中心距離，入g-漏纜內(nèi)工作頻率對(duì)應(yīng)的波長，P 一漏纜外導(dǎo)體上開槽孔的節(jié)距。為了使兩漏纜相鄰槽孔間達(dá)到最佳相位差，需要用軟電纜 (調(diào)相電纜) 進(jìn)行調(diào)整。 設(shè)該軟電 纜內(nèi)的波長為 入S,長度為Lx，兩相鄰電纜第一個(gè)槽孔到電纜端頭的距離分別為11和12 ,則兩電纜相鄰的槽孔的相位差e為：e=( 11 + 12 )/入g*2 JI + Lx/入s*2 JI令以上兩相位差公式相等，可得知：Lx= 入 s (m/2-L/p) + 入 s / 入 g(L- (11+12 ) 從理論計(jì)算、工程設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)施工得知最佳的