技術(shù)

泄漏電纜與地鐵覆蓋應(yīng)用

2015-09-01 來源：網(wǎng)優(yōu)雇傭軍微信號字號：大中小

漏泄電纜，最初是為了解決地下隧道之類特殊環(huán)境內(nèi)無線電波難以傳輸問題而發(fā)展起來的。

漏泄同軸電纜，是一種特殊的同軸電纜，與普通同軸電纜的區(qū)別在于：其外導(dǎo)體上開有用作輻射的周期性槽孔。普通同軸電纜的功能，是將射頻能量從電纜的一端傳輸?shù)诫娎|的另一端，并且希望有最大的橫向屏蔽，使信號能量不能穿透電纜以避免傳輸過程中的損耗。但是，漏泄電纜的設(shè)計(jì)目的則是特意減小橫向屏蔽，使得電磁能量可以部分地從電纜內(nèi)穿透到電纜外。當(dāng)然，電纜外的電磁能量也將感應(yīng)到電纜內(nèi)。

輻射型電纜和天線的差別就像是

長日光燈管...

…和傳統(tǒng)電燈泡的差別。

1、漏泄同軸電纜構(gòu)成

漏泄同軸電纜主要由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)、帶槽孔外導(dǎo)體和電纜護(hù)套等構(gòu)成。內(nèi)導(dǎo)體采用光滑銅管或軋紋螺旋銅管，外導(dǎo)體采用簿銅皮，其上開制不同形式的槽孔縱包而成，槽孔形式多種多樣，有八字形、U 字形、┙字形、一字形、橢圓形等，而且槽孔的排列也不盡相同。

2、漏泄電纜工作原理

按漏泄原理的不同，漏泄電纜分為三種基本類型：耦合型、輻射型和漏泄型。其中，漏泄型可以歸屬輻射型。

2.1、耦合型漏纜

耦合型漏纜有許多不同的結(jié)構(gòu)形式，例如，在外導(dǎo)體上開一長條形槽，或開一組間距遠(yuǎn)小于波長的小孔，或在漏纜兩邊開縫。

電磁場通過小孔衍射，激發(fā)漏纜外導(dǎo)體的外部電磁場。電流在外導(dǎo)體外表面流動，漏纜好像一條可移動的長天線，向外輻射電磁波。

與耦合模式對應(yīng)的電流平行于漏纜軸線，電磁能量以同心圓的方式擴(kuò)散在漏纜周圍，并隨傳輸距離的增加而迅速減少，因此這種形式的電磁波又叫“表面電磁波”。這種電磁波主要分布在漏纜周圍，但也有少量隨存在于附近障礙物和間斷點(diǎn)(如吸收夾鉗、墻壁處)，進(jìn)而產(chǎn)生衍射。

外導(dǎo)體軋紋且紋上銑小孔的電纜，是典型的耦合型漏纜。一般用于室內(nèi)分布覆蓋。

優(yōu)點(diǎn)：無抑制頻帶，具有全頻性能。

缺點(diǎn)：耦合損耗大。

2.2、輻射型漏纜

輻射型漏纜外導(dǎo)體上，按一定規(guī)律連續(xù)開制不同形式的槽孔，槽孔有八字形、斜一字形、橫一字形等，而電磁波就是這些槽孔產(chǎn)生的。

外導(dǎo)體上的槽孔間距d與波長λr (或半波長)有關(guān)，其槽孔結(jié)構(gòu)使信號在槽孔處符合相位迭加原理。惟有精確的槽孔結(jié)構(gòu)，并對應(yīng)特定的工作頻率，信號在槽孔處才能同相迭加。此時，耦合損耗最低，但頻帶很窄。高于或低于特定頻率，耦合損耗都會增加。

輻射型漏纜的工作頻段可由以下不等式確定：

輻射型漏纜泄漏的電磁能量有方向性，相同的泄漏能量可在輻射方向上相對集中，并且不會隨距離的增加而迅速減小。

外導(dǎo)體上開著周期性變化的L 字槽、八字槽，是典型的輻射型漏纜。

為使TEM 型電磁波在傳輸過程中向外輻射一部分能量，必須在漏泄電纜外導(dǎo)體上開制槽孔，以便切斷流過電纜外導(dǎo)體上的部分電流，從而產(chǎn)生向外輻射的激勵。

開槽情況可有以下三種：

(1)與漏纜軸平行開槽

此槽為縱槽，槽孔不截?cái)喔哳l電流，不會形成裂縫電場，因此不會引起輻射效應(yīng)。

(2)與漏纜軸正交開槽

此槽稱為垂直槽或橫槽，槽孔截?cái)嗔烁哳l電流，會在槽孔處形成與電流方向相同(垂直寬邊)的電場E，因此會引起輻射效應(yīng)。

(3)與漏纜軸向成一定角度開槽

此槽為斜槽，槽孔部分截?cái)嗔烁哳l電流，會在槽孔處形成電場，該電場E 可以分解為與寬邊平行的電場E2 及與槽孔寬邊垂直的電場E1。電場E1 與外導(dǎo)體上高頻電流方向有一個夾角θ 。E1 與是輻射電場，會引起輻射效應(yīng)。

上圖左邊，說明了同軸電纜外導(dǎo)體上的高頻電流和三種開槽情況。上圖右邊，說明了漏槽孔處形成的電場方向。

漏纜槽孔輻射電場的方向即極化方向，垂直于漏纜槽孔的寬邊。因此，當(dāng)橫槽式漏纜水平安裝時，則槽孔輻射為水平極化。

2.3、漏泄型漏纜

漏泄型漏纜外導(dǎo)體的開槽方式與輻射型類似，不同之處在于它的外導(dǎo)體由泄漏段和非泄漏段相間組成。

泄漏段相當(dāng)于天線，只有一小部分能量轉(zhuǎn)換為輻射能。非泄漏段相當(dāng)于饋線，有著與普通同軸線相同的作用。合理選擇泄漏段之間的距離(或非泄漏段的長度)，可以達(dá)到對不同頻段泄漏輻射的滿意效果。試驗(yàn)證明，對特定方式的開槽，10~50米的泄漏段間距，可以滿足1000MHz 以下所有通信的需要。

3、傳輸損耗和耦合損耗

3.1、傳輸損耗

漏纜的縱向傳輸損耗，即傳輸損耗或傳輸衰減，是描述漏纜內(nèi)部所傳輸電磁能量損失程度的重要指標(biāo)。

下圖以下行信號為例，表明了射頻信號經(jīng)漏纜傳輸?shù)穆酚伞Ｐ旁串a(chǎn)生的下行射頻信號，一邊向前傳輸，一邊向外泄漏。

設(shè)漏纜的輸入功率是Pin，輸出功率是Pout，則漏纜傳輸損耗與漏纜長度有關(guān)，單位是dB/100m，其計(jì)算公式為

3.2、耦合損耗

耦合損耗是描述漏泄電纜輻射量與可接收量的綜合指標(biāo)。

耦合損耗值的定義是：漏泄電纜內(nèi)的信號與離開電纜特定距離(一般為2米) 處的半波長偶極天線所接收的信號之比(dB)。該損耗值是建立在天線距離漏纜為2米的前提下的，假定天線距離是6米而不是2米的話，所測得的耦合損耗會增加約5dB。

根據(jù)定義，耦合損耗與信號在漏纜中的傳輸距離無關(guān)，而且應(yīng)由槽孔輻射損耗和空間傳播損耗兩部分構(gòu)成。這是因?yàn)椋劭仔孤┏鰜淼纳漕l能量，并未被接收天線所全部接收，其中大部分在空間傳播中損耗掉了。接收天線離漏纜愈近，接收的射頻能量愈多。

根據(jù)工程測定值，耦合損耗L0 的計(jì)算公式為：

顯然，耦合損耗越小(泄漏越多)則傳輸衰減越大，但可以選擇槽孔結(jié)構(gòu)以使耦合能量盡量大，而使因漏泄附加的傳輸衰減盡量小。

4、泄漏電纜在地鐵覆蓋中的應(yīng)用

4.1、地鐵隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

地鐵隧道從結(jié)構(gòu)上分為雙洞單線和單洞雙線兩種基本形式。

雙洞單線式隧道，列車的去行和回行區(qū)間各自采用單獨(dú)的隧道，隧道寬度一般為4米，每個隧道洞內(nèi)只鋪設(shè)一條軌道。

單洞雙線式隧道，列車的去行和回行區(qū)間共用同一條隧道，隧道寬度一般不超過9米，每個隧道洞內(nèi)鋪設(shè)兩條軌道。

除運(yùn)營線路之外，地鐵隧道還包括維修線和折返線，該段線路的距離短、車速慢、話務(wù)需求低，可以采用板狀天線進(jìn)行覆蓋。

地鐵區(qū)間隧道是一類特殊的場景，與站廳、站臺有很大的差異，其中以下幾點(diǎn)會對無線信號引入系統(tǒng)實(shí)施產(chǎn)生影響：

1）隧道幾乎為全封閉場景，隧道列車高速駛?cè)胨淼罆r，前方空氣受到擠壓會產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)；

2）隧道頂部一般為高壓電網(wǎng)，給列車提供牽引動力，嚴(yán)禁安裝其他設(shè)備；

3）隧道兩側(cè)安裝設(shè)備的空間有限，超出安裝界限會影響行車安全；

4）無線信號在隧道內(nèi)傳播會產(chǎn)生隧道效應(yīng)；

5）列車車體對無線信號的穿透損耗較大。地鐵列車多為類似K型、D字型列車，車體損耗在15dB以上，但列車車窗玻璃的穿透損耗不超過7dB。

常見列車穿透損耗值

4.2、泄漏電纜的覆蓋方案

地鐵覆蓋項(xiàng)目中，廣泛采用在隧道壁敷設(shè)泄漏電纜，來完成區(qū)間隧道的覆蓋。

漏纜覆蓋示意圖

隧道口設(shè)計(jì)參考

隧道內(nèi)設(shè)計(jì)參考

輻射型漏纜因其方向性好、頻率特性優(yōu)、越抗干擾能力強(qiáng)、耦合損耗小等特點(diǎn)，非常適合在隧道覆蓋場景應(yīng)用。

由于地鐵隧道環(huán)境復(fù)雜，在設(shè)計(jì)上會面臨挑戰(zhàn)。比如干擾問題，這包括運(yùn)營商系統(tǒng)之間，乃至運(yùn)營商公網(wǎng)與警用專網(wǎng)、地鐵調(diào)度系統(tǒng)之間的信號干擾問題。

另外一個主要的問題是安裝問題，這對覆蓋影響也非常大。

比如，前期大連鐵塔的地鐵覆蓋項(xiàng)目中，突破了傳統(tǒng)地鐵覆蓋的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工標(biāo)準(zhǔn)，將通信漏纜掛高從1.6米、2米優(yōu)化調(diào)整為2.1米、2.6米，與車窗高度基本同高，大幅減小車體穿透損耗，使信號覆蓋能力提升25%，值得借鑒。

5、泄漏電纜安裝

5.1、卡具安裝

卡具是固定漏纜的關(guān)鍵工具，在不同的區(qū)間，不同的環(huán)境使用合適的卡具，對漏纜的安裝起到關(guān)鍵性作用。

漏纜離墻最低處與墻面、支架的距離對耦合損耗的影響很大，建議大于8厘米（8～15厘米），一般要求卡具底座大于8cm。

地下隧道區(qū)間打卡具的一般步驟：

畫線：應(yīng)注意水平，每1m做一個標(biāo)記。

打孔：垂直于墻壁，孔深一般為5-6cm，一般用6號鉆頭打孔。

植入膨脹管安裝卡具：膨脹管、膨脹螺絲與孔緊密接觸，安裝好的卡具應(yīng)該穩(wěn)固﹑美觀，垂直高度水平間距一致。

地面高架區(qū)間的卡具直接用螺絲固定于鋼鐵架上面。

特殊地點(diǎn)的卡具處理

有時安裝漏纜需要穿越一些障礙物，卡具應(yīng)該有靈活的處理方法。

有時漏纜要穿過水管鋼管等，此處無法將漏纜卡進(jìn)卡具，所以水管1m之內(nèi)不應(yīng)該安裝卡具。

有時漏纜需要跨越凹洞，不能直接轉(zhuǎn)彎。此時需要用鋼絞線和吊掛式卡具牽引過去，在轉(zhuǎn)彎處使用兩個普通卡具進(jìn)行固定。

地面高架區(qū)間有的地方無法使用鋼鐵支架。此時需要重新用支架用鋼絞線將漏纜引過去，鋼絞線上應(yīng)該使用吊掛式防火型卡具固定漏纜。

5.2、放纜

由于條件惡劣，通常是人工放纜。比較合理的放纜方法應(yīng)該是反向放置，即：將纜的開始端放于區(qū)間開始端，反向?qū)⒗|放于區(qū)間靠墻處，這樣可節(jié)省人力，也可以防止軌道由于轉(zhuǎn)彎或太長而帶來的纜體晃動和纜體太長帶來張力過大損壞漏纜，或者是由于人力不夠帶來纜體磨損。

如果多根電纜同時放置（民網(wǎng)﹑專網(wǎng)﹑公安消防），最好分別做上標(biāo)記，以防發(fā)生混淆。

在漏纜頭部應(yīng)該朝下放置，并用絕緣膠帶封好，防止隧道中水氣進(jìn)入漏纜，從而影響性能。

5.3、架纜

架纜的注意點(diǎn)：

漏纜外導(dǎo)體上有一系列的開孔，為得到最小耦合損耗和最小場強(qiáng)波動，盡量將漏纜的開孔方向朝著移動設(shè)備。

對外導(dǎo)體雙面開槽的漏纜，應(yīng)注意開孔方向不要正對墻面或天花板頂。

有些地方，如凹區(qū)、人防門、高架區(qū)間等無法使用普通卡具進(jìn)行漏纜延伸的，建議采用鋼絞線與吊掛式卡具。

每根纜應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定區(qū)間連接器安裝點(diǎn)（一般根據(jù)漏纜縱向衰減計(jì)算），交叉放好，避免損壞。

架好的漏纜中間沒有彎曲﹑下垂和突然性拐彎，筆直向前面延伸，開槽方向應(yīng)垂直墻面向外。

5.4、連接器安裝

連接器是漏纜與終端或與其他射頻電纜連接的主要手段，連接器制作的好壞直接影響通信系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。

7/8"射頻連接器的安裝

1/2"射頻連接器的安裝

漏纜連接器的安裝

連接器的熱塑處理

不同接口連接處的防水制作

5.5、接地卡的使用

彈簧型接地卡的安裝

1) 為防止靜電積累，要進(jìn)行漏纜兩端接地。

2）對于整個系統(tǒng)，要規(guī)劃好接地點(diǎn)必須前后是一致的，特別是鐵路系統(tǒng)經(jīng)常會有幾種地電勢，比如：鐵軌，設(shè)備，水接地等。

5.6、直流隔斷器的安裝

直流隔斷器

直流隔斷器是地鐵通信系統(tǒng)中常用的一個附件，起到阻隔整個通路直流電流的作用。

直流隔斷器安裝的最佳位置為區(qū)間漏纜的中間。也可以安裝在站臺的跳線、射頻電纜與漏纜連接處，但必須安裝在兩站臺接地之間。

電纜回路中形成直流電流的原因有：

漏纜為兩點(diǎn)接地，接地電壓的不同可導(dǎo)致直流電流的產(chǎn)生。

列車動力供電回路的電流會產(chǎn)生變化，與漏纜回來產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成直流電流。

以上兩種電流的存在，會對漏纜與設(shè)備回路（漏纜、漏纜連接器、設(shè)備接口等）造成損壞，減少其使用壽命。

安裝直流隔斷器可以有效阻隔直流電流，保護(hù)漏纜及設(shè)備。

隨著地鐵系統(tǒng)的完善，兩點(diǎn)接地的電壓差很小，列車動力供電回路的電壓不大于1500V，而且變化不大，所以直流電流很小。

直流隔斷器只是可用附件，而非必須使用附件。但是在高鐵系統(tǒng)中，我們強(qiáng)烈建議使用。

目前大多數(shù)地鐵隧道通信中，為了維護(hù)安裝方便，一般將直流隔斷器安裝于與基站連接的跳線一段，另一端與合路器相連。

5.7、衰減器的安裝

衰減器一般安裝于隧道中間漏纜接頭處。衰減器通常有兩個作用：

在短隧道中，由于漏纜比較短，在用跳線等射頻電纜連接處，信號電平仍然比較大，上下行基站的信號就會發(fā)生干擾。此時應(yīng)該安裝衰減器進(jìn)行信號衰減，避免干擾。

利用衰減器形成的電平差進(jìn)行隧道中間前后基站的信號切換。

5.8、其他附件

避雷器：安裝于室內(nèi)與室外接續(xù)處，如室外天線與室內(nèi)通信設(shè)備連接處。

定向耦合器：常用于對規(guī)定流向信號進(jìn)行分離，即取出一部分信號能量。一般安裝于機(jī)房通信機(jī)柜中，或站廳站臺通信回路中。

功分器：用于支路的功率分配。

5.9、漏纜與射頻電纜連接

漏纜與其他射頻電纜連接時，必須要注意射頻電纜的彎曲半徑問題。

連接時跳線需要做成“滴水彎”形狀。這樣的好處在于隧道中如果水氣比較嚴(yán)重，積水會順著跳線往下流出，而不是流進(jìn)連接器。由于1米跳線的最小彎曲半徑為55mm，所以左右兩端的漏纜的連接器之間應(yīng)該間隔合適的距離：太近，兩根漏纜的信號會相互干擾；太遠(yuǎn)，跳線的彎曲半徑又太小，容易損傷跳線；一般為40cm-50cm。