一種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄波導的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄波導，包括截面呈矩形的金屬波導管，金屬波導管的兩端分別密封焊接左金屬法蘭和右金屬法蘭，在金屬波導管的其中一個寬側面的中軸線兩側分別銑一排泄漏縫隙，并在設有泄漏縫隙的金屬波導管寬側面上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠布，并在阻燃膠布的外表面壓設一層阻燃玻璃絲布；隨著泄漏縫隙切割在波導管壁上的位置不同，泄漏縫隙的形狀和尺寸不同，泄漏縫隙向外輻射的場強也不同。
【專利說明】
一種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄波導
技術領域
[0001] 本實用新型涉及軌道交通無線通信技術領域，尤其涉及一種軌道交通車地無線傳 輸綜合承載通信系統用漏泄波導。
【背景技術】
[0002] 隨著城市軌道交通無線通信技術的發展，CBTC信號系統已被國內外城市軌道交通 信號系統廣泛采用。現有的城市軌道交通車地無線傳輸信號系統(CBTC)的頻率為2.4GHz~ 2.5GHz，而目前應用該頻段的電子設備居多，如Wifi、iPad、無線鼠標、無繩電話、藍牙設備 以及醫療檢測設備等，甚至微波爐也采用2.4GHz頻率，這無疑會對車地無線傳輸信號系統 造成不同程度的干擾，從而也影響到列車的安全運行。
[0003] 為了實現車地無線傳輸信號系統不受外界信號的干擾，保障列車安全運行，歐美 一些國家的城市軌道交通無線信號系統頻率陸續由2.4GHz調整到了5.9GHz，并搭載了PIS 及LTE-U等多個通信系統，實現了多載頻融合及多系統的互聯互通，而目前國內城市軌道交 通傾向于應用LTE( 1785~1805MHz)技術實現車地無線信號的傳輸，部分城市部分城市陸續 開展了此項技術的研究和試驗性應用，大部分城市尚處于CBTC制式向LTE制式的過渡觀望 階段。
[0004] 現有的城市軌道交通車地無線傳輸信號系統一般采用BJ22型漏泄波導或1-5/8〃 輻射型漏泄電纜進行信號的弱場區覆蓋，BJ22型漏泄波導的頻率范圍為2.4GHz~2.5GHz， 而1-5/8〃輻射型漏泄電纜的截止頻率僅2.7GHz，很顯然，這兩種傳輸媒質都無法滿足 5.9GHz頻率的新系統的信號傳輸需求。目前能滿足5.9GHz頻率的漏泄電纜僅1/2〃一種規 格，由于規格小，其縱向傳輸損耗高達35dB/100m。通過鏈路預算公式可得:P-a X L-U-U 2 -65dB，這里:P-信號源功率，取值30dBm; a-漏泄電纜縱向傳輸損耗，取值35dB; Lc-耦合損 耗，取值70dB; U-系統余量，取值6dB; L的傳輸長度僅54m。根據國外5.9G無線傳輸綜合承 載通信系統的應用經驗，系統單方向覆蓋距離一般不應小于400m，綜上所述，1/2〃輻射型漏 泄電纜不適合新系統的技術要求。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的是提供一種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄 波導，能夠滿足頻率范圍1.8GHz~5.9GHz，適用于CBTC或CBTC兼容LTE(1785~1805MHz)或 5.9G頻段的漏泄波導，并能夠很好地解決現有漏泄電纜傳輸損耗大，覆蓋距離短、工作頻率 低及受外界環境干擾大等諸多的問題，并能實現基于LTE的車地無線傳輸綜合承載CBTC、 PIS及LTE-unlicensed(LTE-U)多通信系統的互聯互通。
[0006] 本實用新型采用的技術方案為：
[0007] -種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄波導，包括截面呈矩形的金 屬波導管，金屬波導管的兩端分別密封焊接左金屬法蘭和右金屬法蘭，在金屬波導管的其 中一個寬側面的中軸線兩側分別銑一排泄漏縫隙，并在設有泄漏縫隙的金屬波導管寬側面 上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠布，并在阻燃膠布的外表面壓設一層阻燃玻璃絲 布;所述的泄漏縫隙包括第一排泄漏縫隙和第二排泄漏縫隙，每排泄漏縫隙均包括N個泄漏 縫隙，每排泄漏縫隙間隔等距排列，每個泄漏縫隙包括水平槽，水平槽的兩端分別設有與水 平槽相通的調節槽，調節槽的中線與水平槽的中線之間的夾角Θ范圍為90° < Θ < 180°，當Θ = 90°時，泄漏縫隙呈U形，當Θ = 180°時，泄漏縫隙呈"一"字形;第一排泄漏縫隙包括泄漏縫 隙N1、泄漏縫隙N2……泄漏縫隙Nn，第二排泄漏縫隙包括泄漏縫隙M1、泄漏縫隙M2……泄漏 縫隙Mn，當第一排泄漏縫隙的夾角Θ范圍為90° < θ<180°、第二排泄漏縫隙的夾角Θ范圍為 90° < Θ < 180°時，第一排泄漏縫隙的開口和第二排泄漏縫隙的開口相背設置。
[0008]本實用新型通過在矩形金屬波導管的其中一個寬側面的中軸線兩側分別銑一排 泄漏縫隙，并在設有泄漏縫隙的金屬波導管寬側面上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠 布，同時在阻燃膠布的外表面壓設一層阻燃玻璃絲布；隨著泄漏縫隙切割在波導管壁上的 位置不同，泄漏縫隙的形狀和尺寸不同，泄漏縫隙向外輻射的場強也不同，從而降低泄漏縫 隙與車載天線的耦合度，提高漏泄波導的輻射性能。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0010] 圖2為本實用新型的金屬波導管左視剖面圖；
[0011] 圖3為本實用新型的左視剖面圖；
[0012]圖4為本實用新型的安裝示意圖；
[0013]圖5為本實用新型的Θ等于135°時泄漏縫隙的結構示意圖；
[0014]圖6為本實用新型的Θ等于180°時泄漏縫隙的結構示意圖；
[0015]圖7為本實用新型的Θ等于90°時金屬波導管放大圖。
【具體實施方式】
[0016] 如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型包括截面呈矩形的金屬波導管1，金屬波導管1 的兩端分別密封焊接左金屬法蘭2和右金屬法蘭3,在金屬波導管1的其中一個寬側面的中 軸線兩側分別銑一排泄漏縫隙4,并在設有泄漏縫隙4的金屬波導管1寬側面上依次粘接一 層塑料膠帶5和一層阻燃膠布6,并在阻燃膠布的外表面壓設一層阻燃玻璃絲布7;所述的泄 漏縫隙4包括第一排泄漏縫隙4-1和第二排泄漏縫隙4-2,每排泄漏縫隙均包括Ν個泄漏縫隙 4,每排泄漏縫隙4間隔等距排列，每個泄漏縫隙4包括水平槽8,水平槽8的兩端分別設有與 水平槽8相通的調節槽9,調節槽9的中線與水平槽8的中線之間的夾角Θ范圍為90° < Θ < 180°。當θ = 90°時，泄漏縫隙4呈U形，當θ = 180°時，泄漏縫隙4呈"一"字形，如圖7所示;第一 排泄漏縫隙4-1包括泄漏縫隙Ν1、泄漏縫隙Ν2……泄漏縫隙Νη，第二排泄漏縫隙4-2包括泄 漏縫隙Μ1、泄漏縫隙Μ 2……泄漏縫隙Μ η，當第一排泄漏縫隙4 -1的夾角Θ范圍為9 0 ° < Θ < 180°、第二排泄漏縫隙4-2的夾角Θ范圍為90° < θ<180°時，第一排泄漏縫隙4-1的開口和第 二排泄漏縫隙4-2的開口相背設置。
[0017] 下面結合附圖，詳細說明本實用新型的工作原理：
[0018] 由附圖1和圖2所示，為本實用新型的結構示意圖，金屬波導管1采用截面呈矩形的 金屬管，金屬波導管1兩端通過氬弧焊或釬焊焊接工藝分別將左金屬法蘭2和右金屬法蘭3 焊接在金屬波導管1左右兩端，左金屬法蘭2連接波導同軸轉換器11，右金屬法蘭3連接波導 吸收負載10,當然，根據實際連接情況去相應的連接波導同軸轉換器或者波導吸收負載;再 在金屬波導管1的其中一個寬側面的中軸線兩側分別銑一排泄漏縫隙4。
[0019] 本實用新型的漏泄波導長度分四種規格：12!11、6111、3111及1111。相鄰兩段漏泄波導的金 屬法蘭通過螺栓連接在一起，通過不同長度規格的組合，可以滿足不同工程需要的長度。如 圖4所示，其安裝位置在軌12旁或兩軌12之間，其安裝高度低于軌面30mm~40mm為宜。每一 中繼段漏泄波導中，射頻信號通過基站或直放站等信號源設備，從漏泄波導管上安裝有波 導同軸轉換器11的一端注入，其中一部分信號沿漏泄波導內部傳輸到另一端，被安裝在漏 泄波導末端的波導匹配負載10全部吸收，另一部分信號通過漏泄波導上的縫隙泄漏出去， 被車載天線接收。
[0020] 漏泄波導的輻射性能判定，泄漏縫隙4切斷漏泄波導管管壁上的傳導電流，在縫隙 上產生電場，且對波導內壁電流產生擾動，并從波導內向自由空間耦合部分電磁能量。隨著 泄漏縫隙4切割在漏泄波導管管壁上的位置不同，縫隙的形狀和尺寸不同，縫隙向外輻射的 場強也不同。
[0021] 評估漏泄波導輻射性能的好壞，一般通過其耦合損耗的概率考核。通常采用50% 及95%的局部耦合損耗概率值來衡量漏泄波導輻射性能的好壞。在同一概率值的情況下， 耦合損耗越小，車載天線的接收場強越強，漏泄波導的輻射性能越好。
[0022] 下面，結合具體的實施例進行說明：
[0023] 本實用新型所述的金屬波導管1采用鋁合金波導管或者銅波導管或者金銀合金波 導管，且金屬波導管1的截面的外管寬度A和外管高度B需要滿足A>B且A = 2B，其中，
[0025]公式(1)中：C一一自由空間電磁波的傳播速度，300 X 106米/秒；
[0026] fst〇P--矩形漏泄波導管的終止頻率，取值5990 X 106Hz。
[0027]考慮本實用新型專利的實際應用的終止頻率為5900MHz，因此通過公式（1)得：
[0029] B=A/2 = 50.8/2 = 25.4mm
[0030] 為滿足工程實際應用時的抗壓及電氣指標，通過對本實用新型專利漏泄波導工程 實際應用中的抗壓受力分析、漏泄口面場的電磁場建模分析以及實驗數據可得：
[0031] 當滿足 1.60mm < (A-a)/2< 1.80mm; 1.60mm < (B-b)/2< 1.80mm時，漏泄波導的抗 壓性能和電氣性能最佳，即波導管壁厚度(A-a)/2或(B-b)/2取值為1.63mm時，由此可得a = 47 · 54mm，b = 22 · 14mm; a為漏泄波導的內管寬度，b為漏泄波導的內管高度。
[0032] 本實用新型的漏泄波導的截止頻率通過公式(2)求得：
[0033] fc= 149.9 X 1000/a= 149.9 X 1000/47.54 = 3153MHz (2)
[0034] 同時，漏泄波導起始頻率和終止頻率與截止頻率的關系如下：
[0035] fstart= 1.25 X fc = 1.25 X 3153 = 3941MHz ； (3)
[0036] fst〇p = 1.90 X fc = 1.90 X 3153 = 5990MHz ； (4)
[0037] f start表示起始頻率，f stop表示終止頻率。
[0038]本實用新型的漏泄波導，其傳輸損耗滿足aLTC = aWG+ar;
[0039] 其中，波導損耗滿足
；漏泄波導輻 射損耗滿足〇 · 05(? < ar < 0 · 2awc;
[0040] 式中:aure-漏泄波導的傳輸損耗，單位:dB/m;
[0041 ] aWG一矩形波導的傳輸損耗，單位:dB/m;
[0042] ar-漏泄波導的輻射損耗，其大小與槽口形狀及尺寸有關，一般輻射損耗的取值 范圍：0.05a WG < ar < 〇.2aWG;
[0043] p 波導材料的電阻率，單位：Ω .m;
[0044] p〇--銅材的電阻率，取值1.7241 ΧΙΟ-8Ω .m;
[0045] a 波導內截面寬度，單位:mm;
[0046] b--波導內截面高度，單位:mm;
[0047] fc--波導傳輸主模ΤΕκ^Ηκ))的截止頻率，單位:GHz;
[0048] f一一要計算傳輸損耗對應的頻率，單位:GHz。
[0049] 本實用新型專利的波導波長通過下列公式求得：
[0051]式中：λ為波在自由空間的波長;λ。為截止波長，且λ。= 2a;
[0052]本實用新型專利要求的漏泄波導，其主波束輻射角滿足：
[0054] 其中，Θ的取值范圍為:〇° <θ<〇.5，θ等于90°時泄漏縫隙4的形狀如圖7所示；Θ等 于135°時泄漏縫隙4的形狀如圖5所示;Θ等于180°時泄漏縫隙4的形狀如圖6所示。
[0055] 相鄰兩個泄漏縫隙4的左端之間的距離ρ根據
< 設定;其中，f代 表漏泄波導的工作頻率，取值范圍為5800MHz~5900MHz; c代表自由空間電磁波的傳播速度， 300X 106米/秒，λ為波在自由空間的波長，波導波長
其中，a代表金屬波導管1的內徑寬度;λ。為截止波長，Ac = 2a;。
[0056] 第二排的泄漏縫隙4M1的左端設于第一排的泄漏縫隙N1的左端向右延伸p/2的距 離，第二排的泄漏縫隙4M2……泄漏縫隙4Mn依次向右延伸p/2的距離。
[0057] 當漏泄波導的工作頻率f滿足5800MHz < f < 5900MHz時，每個泄漏縫隙4的水平槽8 的長度w根據
工作頻率在5800MHz~5900MHz時w的取值范圍為： 11 .Olmn^wCH.gimmo
[0058] 當漏泄波導的工作頻率f滿足5800MHz < f < 5900MHz時，每個泄漏縫隙4的調節槽9 的寬度wi設定為1 · 5mm < wi < 3mm。
[0059] 當漏泄波導的工作頻率f滿足5800MHz < f < 5900MHz時，每個泄漏縫隙4的調節槽9 的長度h滿足
[0060] 當漏泄波導的工作頻率f滿足5800MHz < f < 5900MHz時，每個泄漏縫隙4的水平槽8 的寬度hi滿足0.5wi <hi < wi。
[0061] 所述的每個泄漏縫隙4的水平槽8的中線距設有泄漏縫隙4的金屬波導管1寬側面 的中軸線的距離d根據公式應滿足條件：
設定；工作頻率在5800MHz~ 5900MHz時d值的范圍為:2 · 75mm < cK 7 · 45mm。
[0062] 本實用新型專利要求的漏泄波導，為保證直角縫隙處口面場輻射的均勻，直角縫 隙處應圓角過渡，其圓角r的取值為:r = 0.5wi。
[0063 ] 本實用新型專利要求的漏泄波導，通過調整W、wi、h、hi、d、Θ及p值的大小，可以實現 一個中繼段內的漏泄波導輻射場強分段補償的功能，使其場強均勻，信號平坦度好，有利于 車地無線傳輸信號系統的數字傳輸，使其誤碼率較低。
[0064]根據本實用新型專利權利要求所述的軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統 用漏泄波導的特征，其波導截面尺寸、槽型形狀及槽口尺寸不僅限于本專利所述的漏泄波 導，也包括按照本專利要求方法及公式所計算的不同截面尺寸、相同槽型而不同槽口尺寸 的其他頻率的漏泄波導。
【主權項】
1. 一種軌道交通車地無線傳輸綜合承載通信系統用漏泄波導，其特征在于:包括截面 呈矩形的金屬波導管，金屬波導管的兩端分別密封焊接左金屬法蘭和右金屬法蘭，在金屬 波導管的其中一個寬側面的中軸線兩側分別銑一排泄漏縫隙，并在設有泄漏縫隙的金屬波 導管寬側面上依次粘接一層塑料膠帶和一層阻燃膠布，并在阻燃膠布的外表面壓設一層阻 燃玻璃絲布;所述的泄漏縫隙包括第一排泄漏縫隙和第二排泄漏縫隙，每排泄漏縫隙均包 括N個泄漏縫隙，每排泄漏縫隙間隔等距排列，每個泄漏縫隙包括水平槽，水平槽的兩端分 別設有與水平槽相通的調節槽，調節槽的中線與水平槽的中線之間的夾角Θ范圍為90°<θ < 180 °，當θ=90 °時，泄漏縫隙呈U形，當θ=180 °時，泄漏縫隙呈"一"字形;第一排泄漏縫隙 包括泄漏縫隙Ν1、泄漏縫隙Ν2……泄漏縫隙Νη，第二排泄漏縫隙包括泄漏縫隙Μ1、泄漏縫隙 M2……泄漏縫隙Μη，當第一排泄漏縫隙的夾角Θ范圍為90°<θ<180 °、第二排泄漏縫隙的 夾角Θ范圍為90〇<θ<180 ?時，第一排泄漏縫隙的開口和第二排泄漏縫隙的開口相背設 置。
【文檔編號】H01P3/06GK205646088SQ201620267493
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】王如彬, 尚愛民, 王勝軍, 白龍剛, 許慕軍, 魏騰飛, 王志輝
【申請人】通號（鄭州）軌道交通科技有限公司