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用于闭域空间（矿井与隧道等）无线通信系统及(4)

2013-06-12 01:03 电磁波污染.利用泄漏电缆可以对一些区域进行电磁波的覆盖或监控保护. 如珍贵自然资源保护区、军事要塞、博物馆等. 我们也可以将泄漏电缆作为CA TV 电视电缆使用, 这样可以不要连接器、分配器和引线, 就可清晰地接收CA TV 电视信号, 而且电视可任意移动.采用泄漏电缆作为传感器的导波雷达是防止罪犯的有效手段, 可构成安全可靠的防盗防入侵的报警系统. 它和普通雷达不同在于它的脉冲波不是在自由空间传播, 而是通过泄漏电缆导引, 在电缆沿线周围空间产生电磁场分布. 当电缆沿线出现入侵者, 即会改变电场分布,引起信号反射, 反射信号再经另一根泄漏电缆传到接收机, 经识别判断报警.
3.3 结束语
 泄漏电缆具有传输线和无线电天线的双重性能, 能提供受导引的泄漏电磁波信号. 因其这种优异的电磁特性, 使它有非常重要的使用价值. 从理论分析到工程实例表明: 在许多无线通信无法实现的场合或外界传播条件非常恶劣的情况下, 泄漏电缆均可实现自由通信.
第四章  泄漏同轴电缆的电气特性指标
4. 1泄漏同轴电缆的频带
 为保证辐射场的波动较小，通常希望漏缆工作在单模辐射频带，在漏缆频带不做扩展时，单模辐射频带为f1一2f1,其带宽为为漏缆介质层的介电系数，P为漏缆缝隙的周期。为自由空间电磁波的传播速度，通常f1的取值为几百兆赫，而随着漏缆向宽频带方向发展，几百兆赫的带宽无法满足通信的需求，因此需要将单模辐射频带扩展。
 下面将分别介绍两种不同开缝方式的漏缆的频带扩展方法。
(1)垂直开缝的频带扩展方法
 对于垂直开缝的电缆，抑制高次模的具体方法是在电缆外部导体上原有的开缝附近增加一系列的开缝，增加的开缝同样具有周期性，周期与原来的开缝相同都为P。如图4-1所示，在每一周期中增加的开缝与原开缝相距为P，这相当于原坐标系向右平移了P。  （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
    （4-1）
 设原来的周期函数为Zo(z)，由叠加原理可知，总的周期性函数Z(z)为Z1(z)和Zo(z)两者之和
 :            (4-2)

   图4-1垂直开缝抑制高次模辐射的结构
 如果一个周期内增加的开缝数为，增加的开缝间距均为P1，则总的周期函数Z(z)可写为:
      （4-3）
 由上式可以看出，只要，即可将m次模式抑制掉，即要求满足下列关系:
             （4-4）
要抑制掉-2次模式，令m=-2，则P1=P|2(}+1) }P1,可根据进行调节，以满足设计中其他特性指标的要求。假定=l，则P1=P/4，单模辐射频带扩大为，带宽比原来增加一倍。如果要在此基础上抑制-3次模式，则需要在原有的所有开缝(包括新增加的开缝)附近又增加一些开缝，增加开缝与原开缝的间距为P2，则有
    （4-5）
若P2=P/6，m=-3,则，-3次模被抑制，单模辐射频带增大到,带宽为3大大扩展了单模辐射频带。
 (2)倾斜开缝的频带扩展方法
对于倾斜开缝的泄漏同轴电缆来说，接收天线主要接收其辐射的周向极化波，所以这里我们只考虑电场的周向分量E。其平面示意图如图4-2所示:

 图4-2倾斜开缝抑制高次模辐射的结构
这里与垂直开缝抑制高次模辐射的结构不同的是，不但要在原开缝附近增加新的开缝，而且要使新的开缝与z轴成的倾角与原来相反，则其z向周期函数可由式(4-2)中的十变为-，同时令P1=P/2即可得到，它表示如下:
                （4-6）
从上式可以看出当m=-2-4,-6...时，E的偶次模式均为0,如果能将-3次模式抑制掉，则单模辐射频带变为，带宽扩大到4。抑制-3次模式的方法为在图4-2结构中的开缝附近增加新的开缝，新的开缝相当于原有开缝整个向右平移P/6得到，其结构图如下图所示，此时总的周期函数可通过式(4-6)的坐标变换和叠加原理得到

图4-3倾斜开缝抑制-3次模式的结构

    （4-7）
m=-3时，-3次分量为0，因此-3次模式被抑制掉了，单模辐射频带变为，带宽扩大到4，为原来最初带宽的4倍，单模辐射频带被大大扩展了。
 上面介绍的是单模辐射频带扩展的情况，由于受限于漏缆介质层的介电常数，所以通常得到的单模辐射频带不能满足实际通信的要求，因此如果要进一步扩大频带，例如80-2600MHz，就需要考虑多模辐射频带，通常只要辐射场满足波动范围不超过一定的范围，仍然可以利用多模辐射频带.
              （4-8）
若小于所需频段的频段比则可以通过改变高次模电波的辐射方向来减小辐射长的波动范围，通常标准系统中允许的场波动小于25dB，只要满足该要求，则对应的多模辐射频段可用。

4. 2泄漏同轴电缆的藕合损耗
4.2.1耦合损耗的理论计算
 泄漏同轴电缆的设计指标有频带、耦合损耗、辐射角度等，而祸合损耗是漏缆区别于其他射频电缆的唯一指标，它决定了电波的覆盖范围，所以是漏缆设计的关键指标之一。本节将由开缝处的电场分布的柱面傅里叶变换得出天线接收的辐射场以及接收功率，并利用接收功率和电缆传输功率的对数比得出祸合损耗，最后讨论藕合损耗的几个影响因素，为漏缆祸合损耗指标的设计提供理论依据。 在分析时，以垂直开缝的辐射型漏缆为例。首先考虑与轴向垂直的外导体单个隙的情况，如图4-4所示。在外导体表面上的单个垂直缝隙内的场分布可由下式表示
    （4-9）

图4-4漏缆外导体开缝坐标
上式中0<z<w, a, b分别为同轴电缆的内外导体半径，Vo为激励电压，k为自由空间的波数，w为缝隙宽度，由于w很小可以认为E沿z向是不变的。由E:的表达式可以求得其柱面傅里叶变换为:

（转载自科教范文网http://fw.nseac.com）

  （4-10）
   （4-11）
其中m=kb，外导体上开缝的远区辐射场如图4-5所示，当r很大时可由下式表示:
    （4-12）
其中
     （4-13）
和分别为n阶第二类汉克尔函数及其导数。

图4-9缝隙远区辐射场示意图
在=0平面内 图4-10为平面内的方向图，从图中可看出正对着漏缆的=0处场最强，所以在测量祸合损耗时偶极天线应正对着漏缆。上面分析了单个缝隙的辐射场，而漏缆外导体上周期性地分