周期性开槽泄漏电缆辐射特性的研究

摘要

无线通信网正在不断增加，系统设计的要求主要是：尽量地扩大覆盖、提高通信质量、增加系统容量。为了在隧道和建筑物内提供可靠的移动通信覆盖，漏泄电缆得到了广泛的应用。泄漏同轴电缆是利用辐射场的传输线，能量沿电缆传输过程中一部分能量以辐射波的形式沿线均匀地发射出去，这些辐射波的发射方向是垂直于传输方向的。大部分能量仍沿电缆内传输。根据泄漏电缆这种既能传输信号，又能辐射信号的独特性质，可用它解决无线电无法传输信息区域的信息传输问题。
　　 谐振点对通信质量有很大影响，通过在泄漏同轴电缆外导体上增加开槽，在一定程度上能解决这个问题。通过仿真分析，当新的开槽口在不同地方时会抑制不同的谐振点。通过这种方法可以扩展频带宽度，为提高通信质量提供理论基础。一些学者已经提出通过增加周期性开槽口来扩展频带宽度，但是当周期内开槽口增加时，槽孔间的相互作用也会增加，这种作用表现在反射波的增强上。如果能把反射波减少到通信允许的范围内，我们就能抑制干扰，扩展通信频带，通信质量也能大大提高。本文根据参考文献(28)从理论上推导了通过增加周期性开槽口的方法来扩展频带宽度，用MATLAB编程绘出了增加的开槽口在不同位置时对应的泄漏同轴电缆驻波比的变化曲线。在2.5节中使用公式编程绘制曲线，在第四章中通过建立模型进行仿真也可以得到增加不同周期开槽口时泄漏电缆驻波比曲线的变化。
　　 关于泄漏电缆辐射场的理论方法求解复杂，其辐射场解的理想开放边界与实际使用环境存在一定差距。本文用ANSOFT公司的HFSS三维电磁仿真软件建立了基于耦合型和辐射型两种类型不同几何结构的泄漏电缆仿真模型，对它们的辐射场特性进行仿真分析，并与现有理论和实际测量结果进行了比较。数据比对表明，仿真结果与理论和实测值具有较好的一致性，验证了HFSS软件在泄漏电缆设计分析方面的可行性。在此基础上，本文对泄漏电缆常用环境中的矩形混凝土材料隧道和普通砖墙中泄漏电缆的辐射场分布进行了仿真分析，结果表明随着复介电常数实部的增加，泄漏电缆内部的电磁场衰落也更大等结论。接下来通过建立不同的周期性开槽泄漏电缆模型并进行仿真分析，发现了增加不同周期开槽孔时泄漏电缆驻波比曲线发生变化，抑制了谐振点，扩展了频带宽度，这和前面的理论分析结果相一致。从周期性开槽泄漏电缆的辐射场特性的仿真结果还可以明显的看出随着开槽口的增加，泄漏电缆辐射方向性逐渐增强，辐射电场强度逐渐增加。这些结论都说明了在泄漏同轴电缆实际应用中可以避开繁杂的理论推导而只需要使用HFSS仿真软件即可以得到泄漏同轴电缆的一些特性指标，为工程应用设计提供了很大的方便。本文的结论对泄漏同轴电缆在实际应用中的场预测和施工设计提供了依据。