泄漏電纜在地鐵隧道中的應(yīng)用

1、泄漏同軸電纜在地鐵隧道中的應(yīng)用摘要：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。關(guān)鍵詞：漏泄同軸電纜、耦合損耗、傳輸損耗、上行、下行、耦合模 式、輻射模式Abstract: This article mainly introduced how the economy reasonable select to use the leaky coaxial cable for the subway wireless communication as well as the leaky coaxial cable laying environm

2、ent and the connection related knowledge.Key words: leaky coaxial cable, coupling loss, transmission loss, uplink, downlink, coupling mode, radiating mode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，西安、青島等城市的地鐵項(xiàng)日也在 規(guī)劃之中。地鐵內(nèi)的移動通信是保證行車安全、提高運(yùn)輸

3、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強(qiáng)覆蓋具 有明顯的優(yōu)越性，因而在隧道移動通信中得到了廣泛的應(yīng)用。日前國 內(nèi)地鐵無線通信用漏泄同軸電纜（以下簡稱漏纜）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、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。日前國內(nèi)地鐵使用的通 信系統(tǒng)主要有：TETRA350, TETRA450, TETRA800, GSM900, CDMA800, DCS1800, PHS1900 以及 WLAN 等，對不同的通信 系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體技術(shù)要

4、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75Q和50Q兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。考慮到獲得最小的導(dǎo)體損耗，對應(yīng)的特性阻抗公式為：Zc=77/ rr，考慮到獲得最大的功率容量，對應(yīng)的特性阻抗公式為： Zc=30/ rr。日前無線通信系統(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、漏纜場強(qiáng)輻射模式的選用漏纜按場強(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

5、（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。電磁場通過小孔衍射，激發(fā)電纜外導(dǎo)體外部電磁場，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)：徑向的場強(qiáng)作用距離較短，空間損耗大， 因此耦合損耗大，輻射場強(qiáng)小、波動大。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。由于場強(qiáng)輻射無方 向性的特點(diǎn)，開槽的方向不影響接收場強(qiáng)的大小，生產(chǎn)工藝簡單、施 工過程相對容易。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

6、槽孔處信號產(chǎn)生同相迭加。唯有非常精確的槽孔結(jié) 構(gòu)和對于特定的窄頻段才會產(chǎn)生同相迭加。輻射型漏纜的特點(diǎn)：徑向的場強(qiáng)作用距離較大，空間損耗小，因 此耦合損耗小，輻射場強(qiáng)大、波動小。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)鰪?qiáng)影響較大。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜。但針對 不同的工作頻段可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱鰪?qiáng)優(yōu)化。因此，根據(jù)不同的應(yīng)用場合及不同的通信系統(tǒng)要求可選擇不同類型的 漏泄電纜。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)，日前已廣泛應(yīng)用于地鐵無

7、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，但場強(qiáng)分布不均勻，整個(gè)隧道內(nèi)場強(qiáng)分布會出現(xiàn)始端（信 號源端）信號與漏纜末端信號場強(qiáng)差值較大，此差值是由于漏纜的傳 輸損耗所造成的漏纜中射頻信號電平的逐漸下降，從而使泄漏的場強(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。對射 頻信號能量所造

8、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 的漏纜中射頻信號電平的逐漸下降，可以通過逐漸變小的耦合損耗加 以分級補(bǔ)償，最終使隧道中沿漏纜軸向獲得的場強(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)過程相對復(fù)雜，在實(shí)際中很少應(yīng)用。日 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65dB）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

9、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一移動手機(jī)（下行鏈路）移動手機(jī)一基站（上行鏈路）A.基站設(shè)備輸出功率A.移動手機(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%）巳漏纜傳輸損耗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)移動臺的位置對耦合損耗修正：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。

10、 對漏纜而言，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2m3m4m25m35m耦合損耗700MHz70dB71.76dB73dB80.97dB82.43dB表1：漏纜耦合損耗與距離的數(shù)值關(guān)系由此可見離開漏纜越遠(yuǎn)，衰減速率越快，衰減深度越深。圖4：隧道區(qū)間中漏纜對地鐵列車的覆蓋示意圖考慮到移動臺在列車上，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

11、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)域邊緣場強(qiáng)：GSM下行信號電平-85dBm, CDMA 下行信號電平-90dBm, 3G下行信號電平-90dBm, WLAN下行 信號電平-80dBm；5、站廳公共區(qū)及出入口通道區(qū)域邊緣場強(qiáng)：GSM下行信號電平-75dBm, CDMA下行信號電平-85 dBm, 3 G下行信號電平-80dBm, WLAN下行信號電平-80dBm, PHS下行信號電平-72 d

12、Bm；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)移動手機(jī)的車體損耗為10dB,人體損耗5dB；8、多系統(tǒng)接入平臺（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）；通過以上對漏纜性能多方面的分析，我們能經(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漏纜對地鐵內(nèi)各通信系統(tǒng)信號覆蓋進(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：下行能路數(shù)RCDMA囪3GWLAN損髭dU電平fel 耗 dB電平 dJjm損影dB屯平 dBm電平dBm仇）基站輸出35363327555

13、4分布系統(tǒng) 的損耗D）射頻電纜、跳維電蛆及 接頭損耗（機(jī)房-隧道）10.931.4辨”漏纜系統(tǒng)的 損耗E）l-5/S,F漏纜傳輸損耗L(m)D.0226。的內(nèi)0.015840.07 ISF）l-5/S*漏纜空中熬合損 耗 -85A知?jiǎng)P80設(shè)計(jì)目標(biāo)：A)- B -DJ- E) -F) -G) - H) dJ)結(jié)論：信源能夠覆蓋的隧道區(qū)閭的最遠(yuǎn)有效距離L為1515m； CDMA即。信源能妙粕蓋的隧道區(qū)間的最遠(yuǎn)有效距離L為1691m; 3G信源能夠覆蓋的隧道區(qū)間的最遠(yuǎn)有效距離L為649.7m； WLAN信源能觴陵蓋的隧道區(qū)閭的最遠(yuǎn)有效距離L為334.4m.表2:隧道區(qū)間最遠(yuǎn)有效覆蓋距離預(yù)算二、漏纜的

14、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)際測試結(jié)果 分析，周期性的金屬支架會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、水分及油污將會增加漏纜的傳 輸衰減，對電壓駐波比及耦合損耗也會造成影響。4、安裝輻射型漏纜時(shí)，由于場強(qiáng)的泄漏有方向性，建議漏纜外導(dǎo)體 上的槽孔方向應(yīng)朝向移動臺，以消除輻射場強(qiáng)大的波動。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)場必須對電纜 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)日前地鐵用表面波（耦合）

15、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)漏纜接續(xù)時(shí)，如果槽孔的周 期性被突然破壞，則外部電磁場由于相位不一致而造成電磁場的跌落。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，因而使得場強(qiáng)無跌落。3、單一開槽輻射型漏纜的軟電纜（調(diào)相電纜

16、）連接根據(jù)漏纜輻射電波的原理，為了使其輻射的電磁場相位一致，兩電纜 相鄰槽孔的相位差的最佳值為： opt=m+2口L *（1/入g-1/P）式中m 一正整數(shù)（相鄰槽孔平行選擇偶數(shù)，反之為奇數(shù)），L一相鄰 漏纜第一個(gè)槽孔中心距離，入g一漏纜內(nèi)工作頻率對應(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 0 為：=(11+12)/入g*2+ Lx/入s*2。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)場施工得知最佳的調(diào)相電纜長度為2 米左右。4、漸變型輻射漏纜的軟電纜(調(diào)相電纜)連接當(dāng)隧道較長時(shí)，需采用不同開槽方式的漏纜進(jìn)行連接，這樣可補(bǔ) 償由于傳輸損耗造成的列車電臺接收電平的降低，從而提高列車電臺 的接收電平，保持信號的穩(wěn)定性。根據(jù)單一開槽輻射型漏纜接續(xù)的分