基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆制造技术

本发明专利技术提出的基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，涉及电子科学与技术领域。本发明专利技术所提出的漏泄同轴电缆克服了现有辐射型漏泄同轴电缆辐射场周向分布不够均匀、极化单一、以及缝隙处反射较大等不足，通过在漏泄同轴电缆外导体上开周期性的三角形缝隙和三角形组合缝隙以及三角旗形缝隙和三角旗形组合缝隙，使漏泄同轴电缆产生较为平坦的周向场分布，并且由于三角形结构的斜边可使周向场和轴向场分量的相位差在３０°～１２０°范围内，从而实现椭圆极化波的辐射，避免不同极化状态的移动终端处出现大的电波衰落。基于三角形的缝隙的渐变结构同时还使漏泄同轴电缆缝隙处的特性阻抗变化平缓，从而减小反射，降低传输损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子科学与
，具体涉及到同轴电缆外导体上缝隙辐射的技术、即漏泄同轴电缆技术。
技术介绍
在隧道、山区等受限空间和复杂环境中，分立式天线产生的电磁波传播距离较短，并且空间场强的衰落(场强的不均匀性)较大，无线通信系统的通信质量和可靠性降低。在这种情况下，一般采用漏泄同轴电缆代替分立式天线系统，产生比较均匀的场强覆盖，从而提高无线通信系统的质量和可靠性。漏泄同轴电缆已被广泛应用于地下隧道、地铁、高速铁路等复杂环境中的移动通信系统，在中国山区的无线列车调度系统中也大量使用漏泄同轴电缆。 漏泄同轴电缆的结构与普通射频同轴电缆基本一样，不同的是在漏泄同轴电缆的外导体上开有周期性的缝隙，使电缆内部的电磁波能量能够通过这些缝隙耦合或辐射到外部空间，形成较为均匀的场强覆盖通道。 目前比较实用的辐射型漏泄同轴电缆其外导体上所开的缝隙主要有斜缝隙以及由其构成的八字形缝隙、U形缝隙、L形缝隙等，其中斜缝隙和八字形缝隙漏泄同轴电缆仅考虑了高次模的消去，而没有考虑极化特性，因此这类漏泄同轴电缆产生的辐射场极化比较复杂，沿缆的场强均匀性较差；U形缝隙和L形缝隙漏泄同轴电缆则可产生以垂直极化为主的辐射场，沿缆的场强均匀性较好， 一般来说，沿漏泄同轴电缆轴线切开的水平缝隙，由于口面的垂直方向的电场在缝隙的两个边沿大小相等方向相反，其辐射场相互抵消，所以水平缝隙不产生辐射。但如果在水平缝隙的一端或两端沿缆的横向切开一段很小的缝隙，就形成了所谓的L形和U形缝隙漏泄同轴电缆，这种缝隙结构沿漏泄同轴电缆周向具有不对称性，从而破坏了水平缝隙部分口面场的对称性，使得水平缝隙口面形成几乎单一方向的口面场，从而产生辐射。但不管是L形缝隙还是U形缝隙，水平缝隙部分都是其主要辐射的部分，垂直短缝隙虽然可以引入小的轴向辐射场分量，但其主要作用是为了打破结构对称性。它们的设计没有考虑到移动通信终端不同极化状态可能引起的极化失配问题，大多为单一方向极化。然而移动通信终端的天线并不总是保持单一的极化状态，如地铁中的手机，工作时天线可能处于任意极化状态，因此现有漏泄同轴电缆系统可能出现由于漏泄同轴电缆与移动终端极化失配而引起的很大的电波衰落。此外，现有的漏泄同轴电缆的设计没有考虑漏泄同轴电缆上开缝部分对漏泄同轴电缆特性阻抗的影响，因而容易造成由于漏泄同轴电缆特性阻抗突变所带来的开缝处反射较大、谐振点反射强烈、传输损耗增加等问题，如L形和U形缝隙结构中的横向短缝隙都使漏泄同轴电缆的特性阻抗产生跃变，因而该处的反射较强。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，适应复杂环境和满足高质量通信的要求，本专利技术提出了缝隙处反射小、辐射场沿周向分布均匀、并且辐射波呈现椭圆极化特征的漏泄同轴电缆。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，包括内导体、内外导体间绝缘介质、外导体以及外护套，均采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造。在外导体上开有周期性的三角形缝隙、或三角旗形缝隙、或I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙。缝隙采用同方向排列或交错方向排列。 本专利技术所采用的三角形缝隙、三角旗形缝隙以及其组合缝隙结构，其口面场分布有以下几个特点1)三角形结构具有渐变特性，从其中一个顶点开始，宽度逐渐增加，最后到与该顶点相对的那条边为止，并且渐变程度可以由结构参数进行调整，这种渐变特性可以用来设计漏泄同轴电缆渐变的特性阻抗，减小漏泄同轴电缆的反射；2)三角形本身为非对称结构，因此可以在口面激发出周向电场；3)三角形缝隙的斜边在激发出周向电场分量的同时，也激发出电场的轴向分量，并且是沿缝隙斜边边沿分布的，这一特性常用来产生椭圆极化和圆极化波，如在设计圆极化微带天线时，常将方形贴片切去一角或切去两个对角，形成单斜面或相对的双斜面；4)三角形缝隙会形成长短不同的两条周向电场分布线，一条沿着水平直角边，另一条沿着斜边，并且两条线之间有一个夹角，这一特性可以用来调节缝隙口面周向电场分量的分布。利用以上特点可以很容易对漏泄同轴电缆辐射场的周向分量和轴向分量的相对大小和相位差进行调整，可以使两个分量之间的相位差离开0°或180° ，甚至可以调整到90。前后，使漏泄同轴电缆在保证主极化场分量平坦的同时，形成一定的椭圆极化轴比，从而实现椭圆极化或圆极化波的辐射，这是现有漏泄同轴电缆结构所难以实现的。 本专利技术的有益效果本专利技术所提出的基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆除了能产生与现有辐射型漏泄同轴电缆相同的轴向平坦的辐射场外，还具有以下三个方面的优点1)采用基于三角形的组合缝隙制造的漏泄同轴电缆，可以使漏泄同轴电缆外导体上开缝引起的阻抗变化呈渐变型，从而使不连续处产生的反射强度减弱，使漏泄同轴电缆的传输损耗变小；2)组合缝隙漏泄同轴电缆可以沿漏泄同轴电缆的圆周方向产生比较均匀的周向场分布，从而使沿漏泄同轴电缆周向极化的接收天线在漏泄同轴电缆旋转一周时所接收的信号强度变化很小；3)三角形缝隙口面同时存在的垂直和水平电场分量相位相差在30° 120°间变化，从而使辐射波呈现椭圆极化特征，使漏泄同轴电缆与移动终端之间不出现严重的极化失配，避免大电波衰落的出现。附图说明 图1同方向I型三角形组合缝隙漏泄同轴电缆结构示意图。 图2交错方向I型三角旗形组合缝隙漏泄同轴电缆结构示意图。 图3漏泄同轴电缆结构及耦合损耗测试面示意图。 图4图3中A-A剖面漏泄同轴电缆结构及耦合损耗测试面示意图。 图5三角形缝隙结构。 图6三角旗形缝隙结构。 图7I型三角形组合缝隙结构。 图811型三角形组合缝隙结构。 图91型三角旗形组合缝隙结构。 图1011型三角旗形组合缝隙结构。图11漏泄同轴电缆上水平缝隙口面场分布示意图。 图12现有漏泄同轴电缆上L形缝隙口面场分布示意图。 图13现有漏泄同轴电缆上U形缝隙口面场分布示意图。 图14现有L形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。 图15现有L形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。 图16现有U形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。 图17现有U形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。 图18三角形缝隙口面场分布示意图。 图19三角旗形缝隙口面场分布示意图。 图20三角形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。 图21三角形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。 图22三角旗形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。 图23三角旗形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。 图24由I型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P = 20cm， r。=2m， fQ = 900MHz， w = 0. 05676m， h = 0. 0108m。 图251型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量与轴向分量相位差沿缆周向的分布，举例参数同图24。 图261型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的耦合损耗沿缆轴向的分布，举例参数同图24。 图27由II型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P = 20cm，r。=2m， f。 = 900M本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，包括内导体（１）、内外导体间绝缘介质（２）、外导体（３）以及外护套（４），均采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造，其特征在于，所述漏泄同轴电缆的外导体（３）上开有周期性的三角形缝隙或三角旗形缝隙、或Ⅰ型三角形组合缝隙或Ⅱ型三角形组合缝隙、或Ⅰ型三角旗形组合缝隙或Ⅱ型三角旗形组合缝隙；所述缝隙采用同方向排列或交错方向排列。

【技术特征摘要】
基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，包括内导体(1)、内外导体间绝缘介质(2)、外导体(3)以及外护套(4)，均采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造，其特征在于，所述漏泄同轴电缆的外导体(3)上开有周期性的三角形缝隙或三角旗形缝隙、或I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙；所述缝隙采用同方向排列或交错方向排列。2. 根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导 体(3)上所开三角形缝隙或三角旗形缝隙的缝隙周期P和三角形缝隙或三角旗形缝隙的缝 隙尺寸缝隙长度S，缝隙宽度h按照下面公式确定；<formula>formula see original document page 2</formula>其中A 。为中心工作波长，由4 = ^确定，c为自由空间电磁波的传播速度，f。为漏泄同轴电缆所要设计的中心工作频率，、为内外导体之间绝缘体(2)的相对介电常数，b为 漏泄同轴电缆外导体的内半径；三角旗形缝隙的缝隙底边水平部分的宽度t，以及三角旗形缝隙的顶角a按照下面公 式确定；<formula>formula see original document page 2</formula>3.根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导 体(3)上所开缝隙为I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙时，组合缝隙的缝隙周期P和缝隙尺寸缝隙半长度W，缝隙宽 度h按照下面公式确定；<formula>formula see original document page 2</formula>其中A 。为中心工作波长，由A) 二 ^确定，c为自由空间电磁波的传播速度，f。为漏泄同轴电缆所要设计的中心工作频率，、为内外导体之间绝缘体(2)的相对介电常数，b为 漏泄同轴电缆外导体的内半径；I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙的缝隙底边水平部分的宽度t，以及 三角旗形组合缝隙的顶角a按照下面公式确定；<formula>formula see orig...

【专利技术属性】
技术研发人员：王均宏，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]