轴向漏泄电缆在地铁隧道中电磁波传输特性的研究.docVIP

轴向漏泄电缆在地铁隧道中电磁波传输特性的研究

李继生1,2

〔1．中国矿业大学北京校区信息工程研究所，北京100083

2．天津科技大学电子信息与自动化学院,天津300222〕

摘要：对圆形隧道中含有轴向漏泄电缆的电磁波传输特性进行分析，给出了相应的单、双波模的波模方程，并且采用Muller法对其进行求解。得出如下结论：在含有纵向导线的隧道中，电缆距离隧道壁越近，损耗层越大，单线波模衰减率越大；电缆内导体的电导率越大，双线波模衰减率越小；随着屏蔽层传递电感值的增加，损耗层对衰减率影响加大。

关键词：地下隧道；漏泄电缆；传输特性；衰减率；波模方程

ThePropagationofEMWavesinRailway’stunnelswithaBraidedCoaxialCable

LiJisheng

(CollegeofElectronicInformationandAutomation,TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300222,China)

Abstract:AnalysingthepropagationofEMwavesforacirculartunnelswithabraidedcoaxialcable.Theequationsofthemonofilarandbifilarmodesaregiven,andtheyaresolvedbymuller’sway.Themainconclusionsareasfollows:forthemonofilarmode,thethickerthelossyfilmandthecloserthedistancebetweenthecableandthewall,thegreatertheattenuationrateis;forthebifilarmode,ifthrconductivityisgreater,theattenuationrateissmaller,asthetransferinductanceforthecableincrease,theaffectofthelossyfilmfortheattenuationrateenlarge.

Keywords:tunnels;braidedcable;thepropagation;attenuationrate;themodeequations;

漏泄同轴电缆自1956年由美国的Monk提出以来一直得到了广泛的应用[1,2,3]。漏泄同轴电缆是地下移动通信系统中为改善电磁波传输特性而采用的一种特殊天线，它能克服地下强电磁干扰，解决了甚高频无线信号在隧道空间中无法自然传播的问题。尽管有关漏泄电缆的许多技术目前已进入了实用阶段，但仍有许多理论和工程方面的课题有待于进一步探索和解决。

1轴向导线外表阻抗的特性分析

我们采用柱面坐标对半径为a〔参数为〕的轴向导线特性进行分析，在此忽略切向分量的影响，只考虑轴向电流的作用，那么场量按exp(-ГZ+jωt)方式变化，Г为电磁传播常数，其赫兹向量仅含有Z方向分量，在ρ≤a区域内那么有[4]：

其中;

可用修正的贝塞尔函数表示。

根据定义，导线外表阻抗为：a

将电场、磁场分量代入得：

当时，上式又可简化为：

当轴向导体半径远小于其到隧道的距离时，我们可以用外表阻抗对其进行模拟，这样使问题大大简化。

2疏编漏泄同轴电缆的外表阻抗

由于漏泄同轴电缆外部区域较复杂，对其电磁特性精确分析相当困难，然而，我们可以利用上述轴向导线外表阻抗分析方法对漏泄同轴电缆外部特性进行近似计算。当漏泄同轴电缆的直径远小于电缆到隧道的距离，我们可以借助如图1所示漏泄同轴电缆外表阻抗的等效梯形电路进行求解。总外表阻抗为[5]：

其中：为有耗层单位阻抗；为疏编层传递阻抗；为内导体外表阻抗。

图中实线方向为单线波模的电流流向，虚线方向为双线波模的电流流向。

图1漏泄同轴电缆的等效梯形网络

3轴向漏泄同轴电缆的辐射特性

漏泄同轴电缆在隧道中存在两种形式的波模。一种形式与隧道中含有一根纵向导线波模相似，即该波模的感应电流沿漏泄同轴电缆的屏蔽导线流去，沿隧道壁流回，称为单线波模〔Monofilarmode〕；另一种波模的感应电流沿电缆的