馈线、漏缆工作原理.ppt

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馈线工作原理1同轴电缆的传输原理同轴电缆的传输回路由内导体、绝缘介质和外导体三部分组成，它们的材料和尺寸决定了电缆的传输性能和其它电气性能。

这三部分是同心的，即有共同的中心轴，如图1.1所示。

所有电缆外导体上均有一层护套。

RF电缆的具体结构如图1.2所示。

图1.1同轴电缆传输回路组成部分,内导体物理高发泡聚乙烯绝缘皱纹铜管外导体聚乙烯护套,图2RF电缆结构,1,4,3,2,1.1场分析同轴电缆中的传输可用两种分析方法来研究，即：

基于麦克斯威方程的电磁场分析基于电压和电流的分布电路分析这两种方法是互补的，在同轴电缆传输分析中，这两种都将用到。

外导体,绝缘,内导体,同轴电缆的电磁场模型是建立在TEM（横向电磁波的缩写）模式基础上的。

该模式是一种电磁波传播方式，在任何位置电场传播方向、磁场传播方向以及导体轴向相互正交，如图3所示。

电力线,磁力线,图1.3同轴电缆中TEM模式下的电磁场模型,据电磁场理论，TEM模式所有的能量都沿电缆轴向传输，其主要特性仍是传输性能，如特性阻抗和衰减等。

在一定频率下，TEM模式是同轴电缆中唯一的传播模式。

图1.3也表明了电磁场中另外一种有趣的现象。

在有封闭外导体的同轴电缆中，TEM波在电缆内部传播。

如果外导体是完全封闭的，则在电缆内部和外部环境间没有电磁耦合，电缆既不发射也不接收任何信号。

这表明有封闭外导体的同轴电缆不会产生任何射频信号干扰其它系统，同时对其它系统的射频信号也有屏蔽作用。

而在漏泄电缆中，外导体上的开孔可在电缆内部和外部环境之间建立一种耦合机制。

电缆中传输的能量一部分发射到电缆外部空间，电缆充当天线的作用。

在工作频率（截止频率以下）内，唯一的传播模式是TEM模式，所有的能量沿电缆轴向传输，这种传播的基本传输性能特点包括特性阻抗和衰减等。

在有封闭外导体的同轴电缆中所有的电磁能量都在电缆内部传输，在电缆内部和外部环境中没有电磁耦合。

1.2分布电路分析电磁场分析描述电磁场的空间情况，而分布电路则可计算电压、电流、阻抗和电路网络理论中用到的其它物理量。

所有传输线都可用二端口网络的等效电路来描述，如图1.4。

基本参数主要有五个：

L=单位长度电感，H/kmR=单位长度电阻，/kmG=单位长度电导，S/kmC=单位长度电容，F/kmZ=特性阻抗，一个微长度单元的二端口网络的示意图如图1.4所示。

图1.4微长度传输线的等效电路,电路输入端的电压V（z），输出端V（z+z），对应的电流I（z）和I（z+z）。

可以看出，输出电压不等于输入电压，这是由于有电感和电阻的串联；同样，输出电流不等于输入电流，这是由于有电导和电容的并联。

但是，均匀传输线任意一点的电压和电流比值为常数。

根据下面的公式可以看出Z取决于L,R,G和C这几个基本参数:

j=复数的虚部w=2f,f是频率在高频下（f1MHz），RWL，GWC，则有以下公式近似成立：

2传输特性2.1特征阻抗特征阻抗是同轴电缆的一个很重要的性能。

从电气意义上说，它表示导体之间的电势差与流过该导体间的电流比值。

在均匀同轴电缆中，特征阻抗在电缆整个长度方向上是一常数。

电缆终端负载应与其特征阻抗匹配，以避免不希望的反射。

在无线通信中，最常用的特征阻抗是50欧姆。

与电缆相连的所有设备或无源元件都应与电缆具有相同的特征阻抗。

特征阻抗不同，会出现不匹配和反射，从而导致传输失真。

同轴电缆的特征阻抗由导体的尺寸及绝缘的相对介电常数决定。

从1.2节可以看出，特征阻抗是一个复数，且与频率有关。

当频率增加，特征阻抗的值会趋近于一个常数（为实数），因此当频率大于5MHz时，该值可用下式表示：

Z=特征阻抗r=绝缘相对介电常数D=外导体内径，mmd=内导体直径，mm,从上式看出，可以根据合理选择导体直径和绝缘介电常数来调整特征阻抗的大小。

而相对介电常数取决于其材料和其结构，实芯PE的相对介电常数为2.28，高发泡情况下可以低于1.25，空气的相对介电常数为1。

质量好的电缆，特征阻抗在整个电缆长度上和不同生产批次上都是非常均匀的，且接近一个恒定值，通常允许的公差是1。

2.2衰减电缆两点处能量的减少就是衰减（有时也称为纵向损耗），电缆的衰减用分贝/单位长度表示，如dB/100m。

根据上述定义，电缆衰减公式是：

P1终端负载与电缆特征阻抗匹配时电缆的输入功率P2电缆远端的功率衰减随频率的升高而增加，这是由于导体的集肤效应和介质的损耗引起的。

在直流作用下，电流能均匀流过导体的横截面。

在高频下，电流只流过导体表面。

此时，导体有效横截面积减小，阻抗增加。

在射频频率下，电流仅流过表面薄层，导体以外的其它任何地方都不存在电磁场。

可用穿透深度来解释集肤效应。

其定义是：

和承受集肤效应的导体具有同样阻抗的表面薄层的厚度（假设电流均匀分布在其中）。

导体损耗系数与导体电阻率和尺寸有关，内外导体的表面电导率应尽可能高，应用趋肤效应，做大电缆时可选铜管为内导体。

介质损耗系数取决于相对介电常数和介质材料的损耗因子。

使用发泡聚乙烯作介质材料可以减少这些系数，用注气方法的绝缘工艺可以达到80以上的发泡度。

注气方法中，氮气直接注入到挤塑机中的介质材料中。

该方法相对于化学发泡方法也称为物理发泡方法。

用化学发泡法，只能得到50左右的发泡度。

电缆衰减主要是电阻性衰减R和介质性衰减g，电阻性衰减R与频率的算术平方根成正比，并与使用的内导体的尺寸和质量有关，内导体越大，质量越好，电阻性衰减越小；介质性衰减g和频率成比例，它与电缆尺寸无关，仅由绝缘材料的数量和质量决定。

随着频率的增加和电缆规格增大，介质衰减在总衰减中所占的比例增大。

这就促使我们对高频率下使用的大电缆研究物理高发泡工艺以减小介质衰减。

最后，如果电缆终端阻抗严重不匹配，衰减也会增加。

2.3回波损耗和结构回波损耗在理想同轴电缆中，特征阻抗沿整个电缆长度方向是均匀的、恒定的，而实际中特征阻抗会有微小的波动。

这是由于制造过程中导体尺寸和介质材料的微小波动引起的，电缆接头和连接处也会引起同轴电缆特征阻抗微小的局部波动。

特征阻抗每一小波动都会引起一小部分信号电压反射回去。

特征阻抗变化越大，被反射的电压越大。

图1.5阐述了此现象。

图1.5阻抗变化引起的反射,图1.5说明了电缆长度上存在无数微小波动的情形。

特征阻抗的每一这种变化都会产生一个小的反射电压。

这些电压叠加到一起，可在电缆的输入端测到一总的反射信号。

电缆输入端的回波损耗定义如下：

RL=电缆回波损耗V=输入电压Vr=总的反射信号电压电缆终端电阻若与其特征阻抗匹配，则电缆终端不会产生反射。

对于较短长度的电缆，回波损耗与长度有关；但当电缆较长，且其衰减大于6dB时，回波损耗实际上与电缆长度无关。

有时，也会用另一个量代替回波损耗，即电压驻波比或VSWR，它的定义如下：

=反射系数通常可用两个相关的回波损耗值来确定反射信号电平大小：

回波损耗（RL）和结构回波损耗（SRL）。

两个都有用，但它们的定义和应用领域不同，下面对此作一解释。

RL是阻抗偏离标称值（如50）和结构不均匀性共同影响的结果。

当重点考虑系统性能时，应规定这一指标。

而SRL用来表示电缆本身结构不均匀性对特征阻抗的影响。

在SRL中，不考虑电缆输入端和输出端阻抗不匹配的影响。

因此，SRL可用于评估电缆本身。

在电缆工作频率范围内，SRL应大于规定的最小值。

馈线同轴电缆典型的最小值是21dB。

RL是一个系统性参数，包括了以下几个因素的影响：

转换器不匹配输入端连接头不匹配电缆本身SRL（在工厂木盘上测量）安装质量输出端连接头不匹配负载不匹配,结论馈线电缆安装后的回波损耗性能与许多因素有关。

电缆制造商应保证电缆的结构回波损耗大于某一最小值。

这些值只与电缆本身有关，是电缆在包装木盘上的厂家测试结果。

而SRL与长度有关，其具体数值必须根据长度确定。

馈线系统总的RL值与连接情况和安装质量有关。

生产方应保证电缆本身的质量，而安装方应保证电缆的安装质量，这样以确保整个传输线具有足够高的RL值。

2.4电容电容的影响包含在特征阻抗中，它本身并不是一项很重要的传输性能。

但是它也包含了电缆另外一些信息，它与相对介电常数和特征阻抗之间存在以下关系：

由上式可见，电容与相对介电常数的平方根成正比，而相对介电常数主要由介质发泡度决定。

因此它们之间存在如下关系，即发泡度越低，相对介电常数越大，电容越大；发泡度越高，相对介电常数越小，电容越小。

2.5额定功率同轴电缆的输入功率定义为当电缆终端接一匹配负载时，任意频率、温度、压力下能连续工作的最大输入功率。

影响功率的因素包括电缆允许的最高工作电压和内导体能承受的最高温度，据此可将功率分为以下两种：

峰值功率容量，平均功率容量。

峰值功率容量峰值功率容量根据内外导体间的绝缘耐电压定义，是指电缆在匹配状态运行时达到峰值额定电压时的输入功率。

尽管由于物理发泡电缆的绝缘介质比空气介电强度高，可实际上在电缆的终端与接头相接的地方总有段空气柱，这个空气柱限制了物理发泡电缆的峰值功率容量，仍与相同面积的空气绝缘电缆一样。

汉胜馈线电缆的峰值功率容量考虑了该段空气介质的影响，因而比电缆绝缘所允许的值要低。

峰值功率容量可能会影响低、中频范围内的调幅信号，但绝不会影响模拟通信的使用。

平均功率容量平均功率容量，即额定功率的定义式如下：

最大允许功率耗损，W/m工作条件下的衰减，dB/100m,KW,电缆中的信号衰减会引起导体温度升高，内导体的影响比外导体大，因为内导体直径较小，电阻较大。

另外，内导体温度升高会影响导体之间的绝缘介质。

因此，介质长期工作允许的最高温度决定了电缆的平均功率容量，平均功率就是指某种绝缘材料允许内导体达到的最高温度时的输入功率。

一般来说，实芯聚乙烯允许的最高温度为115，发泡聚乙烯为100。

汉胜馈线电缆因下述因素而具有极好的平均功率容量性能：

低衰减：

只有小部分能量转换成热量介质的高温稳定性介质的高热传导率汉胜馈线电缆的平均功率容量是在如下条件下定义的：

内导体温度：

100室温：

40这种平均功率容量的电缆完全可安全用于移动通信中。

以GSM为例，根据输出功率不同定义了8类基站，第一类功率最高，320W。

但它仍远低于最小规格的1/2电缆的平均功率容量（最小规格的电缆衰减最大）。

因此，很容易根据数据表中给出的衰减和平均功率选择合适的电缆。

3机械特性3.1抗拉强度射频电缆的抗拉强度是由导体的结构和横截面积所决定的。

皱纹导体电缆的抗拉强度明显小于光滑导体电缆。

当把电缆吊到桅杆上或从电缆槽中抽出时，为了不损坏电缆，不应超过电缆所允许的最大拉力值。

所给出的抗拉强度值都是假设内外导体紧系在一起可同时承受重力的基础上测得的。

3.2弯曲性能汉胜RF电缆为皱纹外导体结构，具有弯曲性能好的明显特点，从给出的最小允许弯曲半径值可以看出。

通常有三个指标可反映弯曲性能：

单次弯曲半径在电缆的弯曲半径达到最小值后电缆不能再弯曲回去，否则，会损坏电缆。

多次弯曲半径可多次反复弯曲到的一个弯曲半径，表示实际操作中的最小弯曲半径，同时，也表示电缆盘轴芯的最小半径。

漏缆基础理论1工作原理1.1简介在基站与移动站之间的通讯，通常是依靠无线电传送。

目前通讯业的不断发展越来越要求基站与移动站之间随时随地能接通，甚至要求在隧道中也是如此。

然而在隧道中，移动通信用的电磁波传播效果不佳。

隧道中利用天线传输通常也很困难，所以关于漏缆的研究也应运而生。

无线电地下传输有着极其广泛的用途，例如：

用于建筑物内、隧道内及地铁的移动通信（GSM，PCN/PCS，DECT）用于地下建筑的通讯，例如停车场、地下室及矿井公路隧道内FM波段（88-108MHz）信息的发送公路隧道内无线报警电信号的转发公路隧道内移动电话信号的发送地铁或地铁隧道中的信号传输图2.1所示为一发射站位于隧道口的典型图例。

图2.1典型系统结构图随着新型无线移动发射系统的发展，新型漏泄元件应能以较低的衰减转发900HMz波段内的信号。

当前无线移动通信朝以下趋势发展：

趋向更高的使用频段：

使用频段从50-150MHz扩展至450-900MHz甚至1800-2200MHz。

要求通讯接通质量更高：

数字化传输、高比特率，在市区和以下特定范围，具有更佳的综合性能：

隧道、地下机动车道、地下停车场等。

2漏缆的工作原理横向电磁波通过同轴电缆，从发射端传至电缆的另一端。

当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是完全屏蔽的，电缆外没有电磁场，或者说，测量不到有电磁辐射。

同样地，外界的电磁场也不会对电缆内的讯号造成影响。

然而通过同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输的一部分电磁能量发送往外界环境。

同样，外界能量也能传入电缆内部。

外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。

具体的耦合机制取决于开孔的排列形式。

漏缆的一个典型例子是编织外导体同轴电缆。

绝大部分能量以内部波的形式在电缆中传输，但在外导体不均匀的位置点上，就会产生表面波，沿着电缆正向或逆向向外传播，且相互影响。

无线电通信讯号的质量通常因为电缆外界电波电平波动情况而相差很大。

电缆敷设方式和电缆敷设环境对电缆辐射效果也有影响。

大部分隧道内还有各种各样金属导体，比如沿两侧墙面安装的电力电缆、铁轨、水管等等，这些导体将彻底改变电磁场的特性。

漏缆电性能的主要指标有纵向衰减常数和耦合损耗。

1.2.1纵向衰减衰减常数是考核电磁波在电缆内部所传输能量损失的最重要特性。

普通同轴电缆内部的信号在一定频率下，随传输距离而变弱。

衰减性能主要取决于绝缘层的类型及电缆的大小。

而对于漏缆来说，周边环境也会影响衰减性能，因为电缆内部少部分能量在外导体附近的外界环境中传播。

因此衰减性能也受制于外导体槽孔的排列方式。

1.2.2耦合损耗耦合损耗描述的是电缆外部因耦合产生且被外界天线接收能量大小的指标，它定义为：

特定距离下，被外界天线接收的能量与电缆中传输的能量之比。

由于影响是相互的，也可用类似的方法分析信号从外界天线向电缆的传输。

耦合损耗受电缆开孔形式及外界环境对信号的干扰或反射影响。

宽频范围下，辐射越强意味着耦合损耗越低。

汉胜有两种漏缆：

辐射型（RMC）耦合型（CMC）1.3漏缆种类1.3.1辐射型漏缆（RMC）辐射型电缆的电磁场由电缆外导体上周期性排列的槽孔产生的。

槽孔间距（d）与工作波长（）相当（见图2.2），辐射型电缆的使用频段可由以下不等式确定：

（21）介质相对介电常数图2.2辐射型电缆示例考虑下面的情形，电缆的外导体上开了一组周期性槽孔，屏蔽层的辐射机制类似于朝着电缆轴向的一系列磁性偶极子的辐射。

最简单的例子是，外导体上每个相邻小孔间距为半波长距离，例如100MHz下为1.5m。

辐射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。

只有当槽孔排列恰当及在特定的辐射频率段，才会出现此模式。

也只在很窄的频段下，才有低的耦合损耗。

高于或低于此频率，都将因干扰因素导致耦合损耗增加。

电磁波的传播方向如图4所示呈放射状发散。

1.4.2耦合型漏缆（CMC）耦合型电缆则有许多不同的结构形式，例如，在外导体上开一长条形槽，或开一组间距远远小于工作波长的小孔（见图2.3）。

还有就是两侧开缝。

图2.3耦合型电缆示例电磁场通过小孔衍射激发电缆外导体外部电磁场。

电流沿外导体外部传输，电缆象一个可移动的长天线向外辐射电磁波。

因此，耦合型电缆亦等同于一根长的电子天线。

与耦合模式对应的电流平行于电缆轴线，电磁能量以同心圆的形式紧密分布在电缆周围，并随距离的增加而迅速减小，所以这种模式也被称为“表面电磁波”。

这种模式的电磁波主要分布在电缆周围，但也有少量因随机存在于附近的障碍物和间断点（如吸收夹钳、墙壁等）而被衍射：

一部分能量沿径向随机衍射。

图2.4表示这种模式电缆中的两种辐射过程。

图2.4辐射过程,