1、哈尔滨理工大学学士学位论文- I -漏泄同轴电缆的结构与性能综述摘要漏泄同轴电缆（Leaky Coaxial Cable，简称漏缆或 LCX）是一种外导体不完全封闭的同轴电缆，漏泄同轴电缆具有传输线和天线两种功能，在传播信号的同时，还可以通过周期性分布的缝隙向外界辐射信号。同时漏泄同轴电缆还易于安装与维护，信号覆盖强度均匀，通信质量可靠。介于它的优秀性能及其显著作用，被广泛应用于各种特殊区域的无线通信，因此对漏泄同轴电缆的研究是很具有实用意义的。本文首先对漏泄同轴电缆的特点、发展历程、应用进行了简要的叙述，同时对于一些特殊场合应用实例进行了具体说明，发现了漏泄同轴电缆相比于传统天线在特殊空间中
2、的通信效果更优异。然后对漏缆的结构、分类、辐射原理、参数等基本理论作了简单的介绍；先以一些应用广泛开槽形式为例子对漏缆的结构进行说明；接着将漏泄同轴电缆分为辐射型与耦合型进行叙述；再对特性阻抗、使用频带、耦合损耗和衰减常数进行解释说明。最后又对漏泄同轴电缆的生产工艺及接续技术进行了综述，并且以分级复联的接续技术为重点进行介绍。关键词 漏泄同轴电缆；耦合型漏泄同轴电缆；辐射型漏泄同轴电缆哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Summary of the Structure and Properties of Leaky Coaxial CableAbstractThe leaky coaxial
3、 cable is an outer conductor of coaxial cable is not completely closed，leaky coaxial cable has two functions of transmission line and antenna，the transmitted signals at the same time，can also be radiation signals to the outside world through gaps of periodic distributionMeanwhile leaky coaxial cable
4、 is also easy to install and maintain，signal coverage strength uniform，reliable communication qualityBetween its excellent performance and its significant role，is widely used in a variety of special areas of wireless communications，so the study of leaky coaxial cable is very practical senseFirstly，t
5、he characteristics application and development of leaky coaxial cable is summarized, the application of some special occasions are described, found the leaky coaxial cable is better than a conventional antenna communication effect. Then the basic theory of the leaky coaxial cable likes structure, cl
6、assification, principle, theory of radiation, parameters is introduced; first use some of the forms of the leaky coaxial cable slot as an example will be described; then spoke with a leaky coaxial cable into the coupling type and radiation type will be described; and then on the characteristic imped
7、ance,the use of the band,coupling loss and constant of attenuation for explanation.Finally,the production process of leaky coaxial cable and connection technology is summarized, and the hierarchical multiple connection splicing technology as the focus for introduction.Keywords Leaky coaxial cable；Co
8、upling of leaky coaxial cable；Radiating leaky coaxial cable哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 漏泄同轴电缆的简介 .11.2 漏泄同轴电缆在国内外的研发现状以及发展趋势 .11.2.1 漏泄同轴电缆在国外的研发现状 .11.2.2 漏泄同轴电缆在国内的研发现状 .21.2.3 漏泄同轴电缆的发展趋势 .31.3 漏泄同轴电缆的应用 .41.3.1 主要的应用环境 .41.3.2 应用实例 .51.4 本文的主要内容 .9第 2 章 漏泄同轴电缆的基本理论 .102.
9、1 漏泄同轴电缆的结构 .102.1.1 漏泄同轴电缆的基本结构 .102.1.2 外导体的开槽方式 .112.2 漏泄同轴电缆的辐射原理 .132.3 漏泄同轴电缆的分类 .152.3.1 耦合型漏泄同轴电缆 .152.3.2 辐射型漏泄同轴电缆 .162.4 漏泄同轴电缆的基本参数 .182.5 本章小结 .20第 3 章 漏泄同轴电缆的生产工艺及接续技术 .213.1 材料的选择 .213.2 生产流程与设备 .213.3 参数的检测 .223.4 漏泄同轴电缆的分级复联 .233.5 安装、接续以及注意事项 .253.5.1 接续的具体步骤 .253.5.2 接续的注意事项 .253.
10、5.3 接续技术的存在的问题及改进 .263.6 漏泄同轴电缆的工程配置 .263.7 本章小结 .28哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -结论 .29致谢 .30参考文献 .31附录 .34哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 漏泄同轴电缆的简介漏泄同轴电缆（Leaky Coaxial Cable，英文简写 LCX） ，简称漏缆，是同时具有传输、发射和接收无线电信号能力的一种特殊的射频同轴电缆，主要应用于特殊环境下的信号传输。普通的射频同轴电缆由于封闭外导体对电磁波的横向屏蔽作用，电缆周围空间没有信号场强，电磁能量只能在电缆内部沿轴向传输，无法很好的实现信号传输的作用
11、。所以漏泄同轴电缆广泛的应用于我们的生活中，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性或非周期性槽孔 1的外导体三部分组成。电磁波在漏泄同轴电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波，形成满足特定要求的电磁场环境，达到增加信号覆盖的作用；外界的电磁场也可通过槽孔感应到漏泄同轴电缆内部并传送到接收端，从而可以实现与外部空间的通信 2。鉴于漏泄同轴电缆结构上的特殊性，所以漏泄同轴电缆在无线通信中有着分立式天线无法代替的优势。它既具有传输线特性又具有无线电发射天线的特性，因而近年来被广泛应用在地铁、隧道、地下商场、矿井等无线电信号难以传播的闭域空间，用来解决无线通信中的盲区问题
12、。1.2 漏泄同轴电缆在国内外的研发现状以及发展趋势1.2.1 漏泄同轴电缆在国外的研发现状美国在上世纪 50 年代首先将漏泄电缆应用于铁路隧道中实现移动通信目的 3。日本、德国等发达国家也随后开始研制漏泄电缆并不断的把制造的产品应用到实际中。在上个世纪 70 至 80 年代，英国又将漏泄通信技术应用开发在煤矿、矿井等复杂地下环境中 4。到目前为止，世界上的发达国家对漏泄电缆技术的研究从未停止，并把其广泛应用在矿井、铁路隧道、高速铁路、地下商场等复杂场合的通信系统中。上个世纪六十年代，日本成功的研制出具有特点的八字形槽漏泄同轴电缆，并将其大量应用于矿井和山区铁路。到上个世纪九十年代，随着日本研
13、究人员在漏泄电缆方面的不停探索，一些公司已研制生产出频率高达 900MHz 的宽频带漏泄同轴电缆，在这些公司中，三菱电线工业株式会社研制的超宽频带漏泄同轴电缆系列比较有特色，部分漏泄电缆的频带哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -可从 80MHz 覆盖到 1500MHz，并广泛应用于消防救灾无线通信、汽车和移动电话的通信以及无线呼叫等场合中。德国对漏泄同轴电缆的研制也经历了一个较长过程，通过改变外导体开槽方式，他们研制生产了多种漏泄同轴电缆。AEG KABEL 公司最新研制了一种超宽频带的漏泄同轴电缆，该电缆具有较宽频带（80960MHz） 、衰减小、耦合损耗小、辐射电场均匀等特点。该类宽频带漏
14、泄同轴电缆采用竹节式绝缘结构，使介电常数降至 1.21.3，因而大大降低了电缆衰减。电缆外导体的开槽方式较为新颖独特，通过数学计算，在一个周期内把许多狭长槽口排列于不同位置，可以得到在 80MHz、150MHz、450MHz 、900MHz 工作频带内均匀辐射的电磁信号，而且辐射信号较强，耦合损耗较小。美国的 ANDREW 公司研制了一种工作频率在 150MHz、450MHz、900MHz 和 1700MHz 的超宽频带漏泄同轴电缆 5，该电缆的介质采用高发泡聚乙烯材料，大大降低了电缆的衰减值；外导体与护套间包绕着一层火焰隔离带，另外在护套外还有一层无卤阻燃材料的外护套，使得这类电缆被广泛应用
15、于地铁、地下商场等地下设施内。1.2.2 漏泄同轴电缆在国内的研发现状我国对于漏泄同轴电缆的研究起步较晚，在我国最先研制漏泄同轴电缆是中国电子科技集团第 23 所，该所从上个世纪七十年代开始研制漏泄同轴电缆，经过不懈的努力，在上个世纪 80 年代研制出了应用在煤矿的漏泄同轴电缆，到上个世纪九十年代已研制出一系列不同型号、规格的漏泄同轴电缆。所研制的宽频带漏泄同轴电缆得到广泛应用，已有几百公里宽频带漏泄同轴电缆应用在部分铁路隧道、地铁等场所，但这些漏泄同轴电缆仅有 150MHz、450MHz 两个工作频段。该所的科研人员深入研究并将研制的超宽频带漏泄同轴电缆的工作频带扩展到 900MHz 以上，
16、以适应移动通信的需求。在国内，研究漏泄同轴电缆领域的著名研究人员是北京交通大学光波技术研究所的王均宏教授。王教授从 1994 年开始研究漏泄同轴电缆，在国内外重要的期刊、会议上多次发表了有关漏泄电缆的理论研究和设计方面的文章，不仅提出使用全波分析法对周期性缝隙结构的漏泄同轴电缆进行理论分析，证明了槽口谐振现象与开槽长度相关，同时还研究了周期性槽孔对周围空间的影响 6与漏泄同轴电缆重叠的三角槽的偏振特性 7，还研究了辐射型漏泄同轴电缆的传输特性以及耦合损耗的计算方法 8。他还深入研究复杂环境下可调整耦合损耗的漏泄电缆 9，还有一些文献中提出了使用采用时域有限差分法和模式扩展方法对贴片漏泄同轴电缆
17、的辐射特性进行分析 10。王教授还指导了焦作铁路电缆工厂漏泄电缆的设计和生产，生产出的八字型槽漏泄电缆已大量应用于铁路系统，使其与 23 所一并成为我国辐射型漏泄电缆的主要制造商。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -另外，大唐电信科技股份有限公司、江苏亨鑫和珠海汉胜等单位对漏泄同轴电缆在移动通信领域中的应用也进行了理论和技术上的研究。1.2.3 漏泄同轴电缆的发展趋势随着信息传输速率的增高，无线通信所用频率己经进入微波波段，以前的频率只是使用几十到几百兆赫兹，现在已发展到数 GHz，这就要用到高频率电缆。如我国铁路部门的无线列车调度系统原来的工作频率不超过450MHz，现在其工作频率最高达到
18、2400MHz。第三代移动通信（3G）的发展态势己经形成，国内的三大移动运营商也己经分别获得 3G 牌照，其业务量将会不断的增加。第三代移动通信的发展，使得非语音通信以及数据传输快速发展，这就要求可以根据不同的使用场合设计出不同频带带宽的漏泄同轴电缆，使其频率覆盖从 50MHz 到 2500MHz，可涵盖 2G 和 3G的所有频段。未来一段时期内，研制高频、超宽带漏泄同轴电缆将成为漏泄同轴电缆的主要发展方向 11。科技的发展，生活水平的提高，使得漏泄同轴电缆已经不只是用于隧道及矿井中，其应用已经扩展到很多区域。20 世纪 90 年代起，基于通信的列车控制 CBTC（Communication
19、Based Train Control）系统被提出 12，并且基于无线通信的 CBTC 已成为各国研究的热点 13。同时，基于漏泄波导采用无线基站接入、漏泄电缆传输的无线传输方式，在设计上更为简单，技术上更为先进，施工更加简便，且能包含多种体系，如GSM、 PCS、CDMA 以及现在 3G 通信方式，甚至还可以涵盖了 FM 等广播频段和视频信号等，并且费用相对低廉。因此凭借其在各种封闭空间的巨大优势，漏泄同轴电缆在地铁系统等轨道交通系统中有非常广泛的应用空间，因此以漏泄同轴电缆为基础的各种应用系统也是目前的开发重点 14。在欧洲，英吉利海峡海底隧道中就是采用漏泄同轴电缆传输信息。新加坡地铁东北
20、线采用的是波导信息网络系统，通过安装在轨旁的直角漏泄波导结构来实现信号传输。在我国一些城市的地铁部分线路中，已经在其专用调度无线系统及公众无线通信网中采用漏泄同轴电缆。目前漏泄同轴电缆除了可以在铁路，隧道进行无线通信覆盖应用之外，还可以广泛地应用于广播电视、安防、入侵探测、探测传感、国防军事等领域，而且其发展前景非常广阔。漏泄同轴电缆的结构看似简单，但它的理论研究并不容易，只有少数情况才能得到解析解 15。在现阶段漏泄同轴电缆的设计还主要以实验为基础，但实验研究成本高，而且无法透彻地了解漏泄同轴电缆的辐射特性，因而在理论上对漏泄同轴电缆进行研究是非常有必要的和有意义的。哈尔滨理工大学学士学位论
21、文- 4 -1.3 漏泄同轴电缆的应用1.3.1 主要的应用环境1在矿井、地铁、隧道、地下商场等闭域空间通信中的应用 漏泄同轴电缆在一开始主要就是应用在这些信号不易传播的闭域空间中，经过多年的发展，现在漏缆在这些场合中的应用已经比较完善 16。因为矿井一类的建筑中结构复杂，所以电波在这类场所的传播特性和自由空间不同，一方面直线距离短、弯曲较多时，有吸收衰减和多径效应，使极化紊乱，传播衰减大大增加，对电磁波有隔断作用，直射波传播有困难；另一方面，内壁比较粗糙，对电磁波有反射、吸收作用。无线电信号在其中难以传播或传播距离有限，很难达到要求 17。因此为了解决电波在矿井、隧道、地下商场等闭域中的传播
22、问题，采用铺设漏泄同轴电缆是一个非常有效的方法。当漏泄同轴电缆沿矿井、隧道、地下商场等铺设后，由漏泄同轴电缆泄露出来的电磁波充满整个空间，达到了增加信号覆盖的功能。在这方面应用的例子很多，国外比较典型的如英吉利海峡海底隧道中铺设了 250 公里的辐射型漏泄同轴电缆。我国大量的煤矿、铁路沿线、地下商场铺设了漏泄同轴电缆，并且有更多类似的场所需要铺设漏泄同轴电缆。2在地面半闭域空间中移动通信的应用 随着无线通信技术的发展，通讯水平的提高，人们对于通信信号的要求也越来越高；各种新型通信业务的日益增多，在高楼、大厦等大的建筑物内，结构复杂多变，无线信号无法覆盖每一个角落；在船舶、炼钢厂和屏蔽很好的核电
23、场内部，无线信号也难以进入，而这些区域也同样需要无线信号的覆盖。这些区域的空间限制，电磁波在传播时会产生多径效应，并会被混凝土、钢铁等隔断、反射和吸收，因此想要在这些区域只用分离式天线就达到足够的无线信号覆盖，通常是很困难的，必须借助铺设漏缆构建覆盖完备的移动通信网络。同样在展览大厅、大会会场等地点铺设漏泄同轴电缆后，可以确保移动通信质量，并且漏缆的铺设工艺相对方便灵活，实用性高 18。与此同时铁路正在大幅度提速，需要将沿途的信息及时、准确、快捷地传递到列车司机、控制中心等，这就需要通过漏泄同轴电缆通信系统来实现，以漏泄同轴电缆组成的无线列车调度系统是提高运输效率和安全行车的重要保证。另外，在
24、移动通信领域，随着移动通信事业的快速发展，手机频率不断提高，900MHz 已不能满足要求，当前正在向1800MHz，2400MHz 发展，各种宽频带超宽频带漏泄同轴电缆正是为配合这方面的需要而开发研制的。3电磁波覆盖和区域监控 漏泄同轴电缆泄露的电磁波信号的分布哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -范围可以被控制在相对有限的范围内，可利用漏缆的这一特性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，同时也在一定程度上减少了电磁污染 19。例如现在有一种新型漏泄同轴电缆入侵探测器，是一种室外围界入侵探测设备。它的特点是：可全天候工作，不受气候影响，安装隐蔽，可按周界
25、形状轮廓敷设，对防范区内的绿化植物不需去除，对距泄漏电缆下方 0.5 米在防范区内的底下活动目标亦有探测功能。它主要适用于银行、金库、高级住宅、监狱、仓库、博物馆、电站（包括核电站） 、军事目标等重要建筑外围。亦可用于在野外地形较为复杂的地方（如高低不平的山区及周界转角等） ，以达到有效安全防范的目的。工作原理为：发射单元产生高频能量进入发送用的漏泄同轴电缆中，并在电缆中传输。当能量沿电缆传送时，部分能量通过泄露同轴电缆的槽孔泄露到外部空间，在被警戒空间范围内建立电磁场，其中一部分能量被安装在附近的接收用的漏泄同轴电缆接收，形成收发能量直接耦合 20。当入侵者进入两根电缆形成的感应区内时，这部
26、分电磁能量受到扰动，引起接收信号的变化，这个变化的信号经放大处理后被检测出来，并推动报警指示灯点亮，同时使继电器触点打开 21。采用漏泄同轴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。当漏泄电缆沿线出现入侵者，就会改变电场分布，经识别判断，然后做出报警。从漏缆在不同场合的广泛应用，可以发现漏缆具有着比普通天线更好的通信性能。但实际上漏缆的应用远不止如此，关于漏缆的应用开发在几十年来从未停止，类似于室内定位 22一类的新技术也在不断的研发与投入应用，伴随着科技的发展，漏缆将越来越广泛的融入我们的生活中。1.3.2 应用实例1在煤矿中应用 近年来，世界很多国
27、家煤矿重大事故屡有发生，使人民的生命和财产造成了巨大损失。这些事故发生的原因除了煤矿生产设备老化和人为地违反安全生产条例外，最主要的原因是地面上工作人员对矿井下的生产状况监控不畅。由于矿井是一个封闭区间，受到周围环境的限制，单纯的无线通信无法实施，使用点对点的有线通信也不能对井下工作全方位实时监督。如果是井下铺设一条适用于通信的漏缆，就可以对井下的生产进行实时监督，这样就能最大地保证井下安全生产。另外，即使是发生了煤矿意外事故，地面上的人员也可以通过漏缆与井下进行通信，尽快的救出被困人员。所以，漏泄同轴电缆在矿井的安全生产过程中具有举足轻重的作用。煤矿井下漏泄通信系统具体结构如图 1-1 所示
28、 23，是由漏泄同轴电缆、手机、双向放大器（中继器） 、功率分配器、电机车、基站、终端器等构成。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -由系统构成可以看出，漏泄电缆是漏泄通信系统的核心器件，漏泄电缆的性能及其连接方式影响着整个系统的性能。漏泄电缆的选择与配置直接影响着漏泄通信系统信号的覆盖范围和系统的可靠性。在通信距离较短的巷道内，可根据通信距离、系统允许的最大衰耗值、井下通信环境来选择应用的漏泄电缆。在通信距离较长时，井下漏泄通信系统应选用耦合损耗值依次减小的漏泄电缆以增加信号的传输距离和增强移动台接收电平的稳定性，提高系统的可靠性。图 1-1 煤矿井下漏泄通信系统2建筑物内无线通信中的应用 国
29、内目前建筑物内的电磁场覆盖主要采用天线的方式（无源天线、分布式天线、BDA 系统等） ，但天线用于建筑物内的无线通信主要受四个方面的制约：与最近基站的距离；建筑物内的用户与最近基站的方位；网络使用的频带；建筑物材料的类型和密度。信号在天线和终端设备之间传输时，由于反射、衍射和被障碍物吸收等原因而产生衰减 24。通常天线附近的建筑物内无线通信不会有问题，但随着与天线距离的增加，信号迅速变弱。自由空间中，无线信号每隔 1km 衰减6dB。可见，随着与基站天线距离的增加，建筑物内无线通信的质量迅速下降。另外，天线辐射还存在盲区和分布不均匀的问题。建筑物内传播环境与室外相比，覆盖距离更小，环境变化更大，虽不受雨、雪、云等天气因素的影响，但受建筑物的大小、形状、结构、房间布局及室内陈设的影响。建筑物内无线信号的覆盖范围很大程度上取决于墙壁的屏蔽特性，墙壁的材料（木头、砖瓦、石头、混凝土、钢铁、玻璃等）不同，穿透墙壁的电磁波量也不同。在理想情况下，模拟的无线信号最多只能穿透五层钢铁或混凝土的楼层。即便是数字信号，若不使用中继器的话，也只能穿透六层钢铁或混凝土的楼层。当然，增加天线、中继器
