用于闭域空间（矿井与隧道等）无线通信系统及(5)
2013-06-12 01:03
导读：布着多个缝隙，周期为P，如图4-11所示。在远场区，自z=0处计算的第t个缝隙的辐射场表达式如下: （4-14） 由于电缆内电波的传播会使得各缝隙辐射源存在
布着多个缝隙，周期为P，如图4-11所示。在远场区，自z=0处计算的第t个缝隙的辐射场表达式如下:
（4-14）
由于电缆内电波的传播会使得各缝隙辐射源存在相位差，所以上式中附加了电缆内电磁波的相移因子。
图4-10 E在H面内的方向图
图4-11漏缆辐射场图
图4-11中,与r相互垂直，并且有为自由空间的波阻抗，而某点的场由所有缝隙的辐射场叠加得到:
（4-15）
设测量的漏缆长度为2L ,漏缆周期为P , M=L/P，则t取值为-M，-M+1,..M o偶极天线的接收功率可由到达天线的坡印廷矢量与标准半波长偶极天线的有效面积的乘积得到，标准半偶极天线的有效面积为，则天线接收功率为:
（4-16）
漏缆的传输功率为：
（4-17）
本文中取。漏缆的耦合损耗可由下式计算:
（4-18）
通常在测试耦合损耗时，都是将天线置于正对电缆的1.5m或2m处，然后沿轴向测量各点的值。如果有50%的测试点的值小于某一值，则该值记为如果有95%的测试点的值小于某一值，则该值记为，通常取为漏缆的耦合损耗值。
4. 2. 2耦合损耗的影响因素
下面讨论垂直缝隙的开缝角度a、缝隙周期p、频率f等因素对漏缆耦合损耗的影响。本文将各参数设为a= 6mm, b =16mm, e, = 2.5, L=40m，天线与漏缆距离为2m。首先讨论在f=900MHz, P =1.2时耦合损耗随缝隙角度的变化情况。图4-12中从上而下的三条曲线分别对应的情况，从图中可以看出，耦合损耗沿电缆轴向呈周期性变化，而且缝隙角度越大，耦合损越小。这说明增大开缝角度以后，漏缆向外辐射的能量增多了，电波在周围空间的覆盖范围会增大。
图4-12耦合损耗与缝隙角度的关系
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图4-13为f=900MHz, a=90”时耦合损耗随缝隙周期的变化示意图。从图中可以看出缝隙周期越小，祸合损耗越小，而且周期性越明显。
图4-13藕合损耗与缝隙周期的关系
图3-14为耦合损耗随频率的变化示意图。由图4-14可知，频率越高，耦合损耗越小，所以漏缆通常使用在很高的频段。若缝隙与轴向不垂直时，缝隙口面的电场分布会出现周向分量，而且轴向分量,不能再简单地用(4-9)表示，因此倾斜开槽的缝隙口面的电场分布将更加复杂，这里暂不讨论倾斜开槽的漏缆的祸合损耗，但是其影响因素与垂直开槽是相同的。
图4-14耦合损耗与频率的关系
4. 3泄漏同轴电缆的传输衰减
4. 3. 1传输衰减的组成
泄漏同轴电缆的传输衰减是描述电缆内部所传输电磁能量损失程度的重要指标，通常由导体衰减、介质衰减和辐射衰减三部分组成，可表示如下:
(4-19)
上式中a为总衰减，和分别表示导体衰减、介质衰减和辐射衰减，下面分别介绍这几部分。
4. 3. 2导体衰减
如果假定漏缆的内外导体均为理想导体，则电磁波在漏缆内部传输是将不存在导体衰减，但实际采用的导体材料电导率都不是无穷大，因此通常导体衰减都是都不为零。当导体电导率为有限值时，导体表面的电场切向分量不再为零，此时电波将进入导体内部，为导出导体损耗功率P1的计算公式，设电缆内外导体表面上的微元面积dS = dldz , dl和dz分别为电缆周向和轴向的微元长度，则在该微元面积上损耗功率为
(4-20)
其中分别为漏缆外导体内壁和内导体外壁附近磁场切向分量幅值，分别各自的表面电阻，可表示为
(4-21)
于是单位长度上的损耗功率为
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(4-22)
上式中P为电缆的传输功率，可表示为
(4-23)
上式中为磁场的横向分量的幅值，Z为对应传输模式的波阻抗。
图4-15同轴线TEM模的场分布
如图4-15所示，对于同轴电缆的主模TEM模来说，电缆横截面上的磁场
(4-24)
在外导体内表面处有
..(4-25)
在内导体外表面处
(4-26)
有将(4-24)和(4-25)代入(4-26)得到
(4-27)
而((4-23)可表示为
(4-28)
而导体衰减可由下式得到
(4-29)
将(4-27)和(4-28)代入(4-29)中得到导体衰减
(4-30)
图4-16导体衰减与频率的关系图
上式中为漏缆的特性阻抗，通常取或者。由(4-21)和((4-22)可知，成正比关系，工作频率越高，导体衰减越大。由于铜管具有高的电导率，内外导体通常选取铜管为材料以降低导体衰减。图4-16为导体衰减与频率的关系图，计算时内外导体材料都采用铜管，的单位换算成dB/Km。从图中可以看出导体衰减随频率增大缓慢上升，所以在实际应用时为保证漏缆的传输功率需再传输线路中加入中继器。
4.3.3介质衰减
当泄漏同轴电缆介质层的介质为非理想介质时，会产生介质衰减，它包括两部分，一部分是由介质的电导率引起的，另一部分则是由介质极化阻尼引起的，表现为不再是纯实数，而是一个复数，称为复介电常数，记为，可表示如下
由麦克斯韦方程有:
为此，可定义等效介电常数
其中
称之为介质的损耗角正切，由于微波波段的比大得多，所以可近似表示为
根据传播常数方程，有
上式中只为工作模式的介质波长。当损耗较小时，，且工作频率远高于截止频率时，(3-42)中最后一个因子可用近似处理，则有
将上式的实、虚部分开即得
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式((3-44)就是介质衰减的表达式，对于TEM来说， (3-44)变为
由上式可知，当漏缆传输TEM模时，介质衰减与频率和损耗角正切成正比。为降低漏缆的介质衰减，需选取恰当的介质使得损耗角正切尽量小，通常选取泡沫状聚乙烯作为漏缆的绝缘介质。
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图3-17介质衰减和频率的关系
图3-17为介质衰减和频率的关系图，计算时采用聚乙烯为绝缘层材料，其损耗角正切为，介质衰减采用dB/Km作单位，从图中可以看出介质衰减随频率直线上升，其上升的速率要比导体衰减快很多，在较低的频段介质衰减相对于导体衰减来说是很小的，但当频率接近2GHz时，介质衰减于导体衰减大致相当。
4.3.4辐射衰减
泄漏同轴电缆的辐射衰减是指同轴电缆开缝后，由于辐
