專利名稱:一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通信電纜技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜。
背景技術(shù):
目前,漏泄同軸電纜主要用于無線電信號(hào)傳播不良的隧道、坑道、地下鐵道、地下 建筑等環(huán)境中,其可以將主要能量進(jìn)行傳輸,在傳輸過程中僅在電纜周圍一定范圍內(nèi)輻射 很小的一部分能量,形成一條徑向范圍有限的無線電波通道,可用有限的能量延伸電波的 作用距離,從而提高通信質(zhì)量。典型的漏泄同軸電纜的結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、帶槽孔的外導(dǎo)體和護(hù)套等四 部分組成;這樣,隨著傳輸頻率的升高,漏泄同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體及其填充介質(zhì)的損耗也相應(yīng) 增加;同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的限制,功率容量下降,因此現(xiàn)有的漏泄同軸電纜一般適用于分米波波 段,例如300M 3000M的頻率波段。針對(duì)現(xiàn)有漏泄同軸電纜的缺陷,圓形波導(dǎo)管被提出,其可以應(yīng)用于超高頻波段的 傳輸;但是,由于該圓形波導(dǎo)管具有當(dāng)傳播方向上有磁場(chǎng)的分量而無電場(chǎng)的分量時(shí)的TE 波,在該圓形波導(dǎo)管加工不完善或該圓形波導(dǎo)管內(nèi)有微小的不均勻性存在時(shí),主波型TEll 場(chǎng)結(jié)構(gòu)的極化面易發(fā)生旋轉(zhuǎn),這就導(dǎo)致輻射場(chǎng)沿波導(dǎo)縱向分布不均勻,因此通常不采用圓 形波導(dǎo)管來進(jìn)行射頻能量和信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸??傊枰绢I(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題就是如何能夠提供一種應(yīng) 用于高頻和長(zhǎng)距離傳輸?shù)耐ㄐ烹娎|。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜,可以應(yīng)用于高頻和微 波以及大功率系統(tǒng),并且做到傳輸波場(chǎng)結(jié)構(gòu)的極化面不隨距離偏轉(zhuǎn)。為了解決上述問題,本發(fā)明公開了一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜,包括圓形波導(dǎo)壁,在所 述圓形波導(dǎo)內(nèi)腔沿其軸線方向加金屬線,以及,在所述圓形波導(dǎo)壁上沿該軸線方向間隔均 勻地開有若干個(gè)縫隙而形成縫隙陣列。優(yōu)選的,該金屬線接觸或不接觸所述圓形波導(dǎo)導(dǎo)體。優(yōu)選的,該金屬線的形狀為圓形、矩形、或它們的變形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的,該金屬線與該縫隙陣列在該圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方向的相對(duì)位置變化 范圍為0-360°。優(yōu)選的,圓形波導(dǎo)內(nèi)腔沿其軸線方向加的金屬線為一根或多根。優(yōu)選的,所述縫隙陣列包括一個(gè)或多個(gè)縫隙。優(yōu)選的,所述縫隙為垂直縫隙或斜向縫隙。優(yōu)選的,所述縫隙的形狀包括如下形狀中的一項(xiàng)或者幾項(xiàng)矩形、L形、U形、三角 形、T形、E形、或它們的變形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的,所述縫隙陣列中的縫隙方向一致,或者,相鄰縫隙方向相反。
優(yōu)選的,所述圓形波導(dǎo)壁上沿軸線方向開有一排或多排縫隙以形成一個(gè)或多個(gè)縫 隙陣列,其中,每個(gè)縫隙陣列之間沿周向的張角可以為任意角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先,本發(fā)明在所述圓形波導(dǎo)內(nèi)部沿其軸線方向加入金屬線,該金屬線的加入使 得邊界條件不再具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,也即能夠保證邊界條件的唯一性,而邊界條件的唯一性 能夠決定場(chǎng)結(jié)構(gòu)極化方向的唯一性,因此,本發(fā)明能夠解決圓形漏泄波導(dǎo)電纜在長(zhǎng)距離傳 輸基模時(shí)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)極化偏轉(zhuǎn)問題,也即,本發(fā)明能夠適用于長(zhǎng)距離傳輸?shù)那樾巍F浯?,由于該圓形漏泄波導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)中僅包括一個(gè)圓形波導(dǎo)管,而不具備內(nèi)導(dǎo) 體和填充介質(zhì),因此,能夠大大減小材料引起的損耗,能夠用于高頻和微波信號(hào)的傳輸和輻 射。再者,由于省去了同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體的銅管和部分介質(zhì),需要的原材料比漏泄同軸 電纜少。進(jìn)一步,間隔均勻開設(shè)的若干個(gè)縫隙陣列,使得本發(fā)明能夠以圓形漏泄波導(dǎo)電纜 作無線電臺(tái)的天線進(jìn)行通信,可在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng),而不受周圍環(huán)境的影 響,通信可靠性高,也不存在通信盲區(qū),接收電平穩(wěn)定,不容易受到外來信號(hào)干擾。
圖1是本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖;圖2是本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例2的局部結(jié)構(gòu)圖;圖3是本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例2的總體結(jié)構(gòu)圖;圖4是本發(fā)明一種金屬線204與該縫隙陣列205在該圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方向 的相對(duì)位置示意;圖5是本發(fā)明一種垂直縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在頻率3. 8GHz時(shí)z = 0平面 內(nèi)耦合損耗沿周向的分布圖;圖6是本發(fā)明一種垂直縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在頻率3. 8GHz時(shí)φ = 0°半 平面內(nèi)耦合損耗沿軸向的分布圖;圖7是本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例3的局部結(jié)構(gòu)圖;圖8是本發(fā)明一種斜向縫隙陣列805與中心軸線803之間的位置關(guān)系示意圖;圖9是本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例3的整體結(jié)構(gòu)圖;圖10是本發(fā)明一種斜向縫隙陣列的示意圖。圖11是本發(fā)明一種斜向縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在3. 8GHz時(shí)z = 0平面內(nèi)耦 合損耗沿周向的分布圖;圖12是本發(fā)明一種斜向縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在3. 8GHz時(shí)Φ = 0°半平面 內(nèi)耦合損耗沿軸向的分布圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照?qǐng)D1,示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖,具體可以包括圓形波導(dǎo)壁101,其中,在所述圓形波導(dǎo)壁101內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線102,以及, 在所述圓形波導(dǎo)壁101上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個(gè)縫隙陣列103。首先,論述所述金屬線102的作用。當(dāng)圓形波導(dǎo)內(nèi)不存在金屬線102時(shí),圓形漏泄波導(dǎo)電纜的邊界條件旋轉(zhuǎn)對(duì)稱, TEll波型電場(chǎng)極化面偏轉(zhuǎn)任意角度時(shí)的場(chǎng)分布都是麥克斯韋方程組在滿足相同邊界條件 下的解,因此,從理論上講,圓形漏泄波導(dǎo)電纜中存在很多種模式簡(jiǎn)并的情況,場(chǎng)在傳輸過 程中可以出現(xiàn)任何極化狀態(tài)。本專利發(fā)明人注意到了這一點(diǎn),因此,創(chuàng)造性地在所述圓形波導(dǎo)壁101內(nèi)的空間 內(nèi)沿該軸線方向加入一根金屬線102,金屬線102的加入使得邊界條件不再具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 性,也即能夠保證邊界條件的唯一性,而邊界條件的唯一性能夠決定場(chǎng)極化方向的唯一性, 因此,本發(fā)明能夠解決圓形漏泄波導(dǎo)電纜在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的極化偏轉(zhuǎn)問題。在實(shí)際應(yīng)用中,該金屬線102可接觸所述圓形波導(dǎo)壁101 ;例如,可將該金屬線102 以焊接的形式與所述圓形波導(dǎo)壁101連接?;蛘?,該金屬線102也可以不接觸所述圓形波導(dǎo)壁101 ;由于某些情況下圓形波導(dǎo) 管內(nèi)部會(huì)填充介質(zhì)材料的,假設(shè)其為介電常數(shù)ε = 1.26的介質(zhì)材料,則金屬線102可以固 定在介質(zhì)材料里邊。這里,可以采用低損耗的介質(zhì)材料(如聚四氟乙烯、聚乙烯等),本發(fā)明 對(duì)具體的介質(zhì)材料不加以限制。另外,該金屬線102的形狀可以為圓形、矩形或其它變形結(jié)構(gòu);以及,該金屬線102 的最大尺寸可以在小于圓波導(dǎo)半徑的范圍內(nèi)變化;該金屬線102與該縫隙陣列103在該圓 形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方向的相對(duì)位置變化范圍為0-360°。同時(shí),該金屬線102不局限于一根;例如,我們可以設(shè)置兩根或者兩根以上金屬線 于圓形波導(dǎo)壁內(nèi)部?jī)蓚?cè),同樣可以滿足邊界條件的唯一性,即可以決定場(chǎng)結(jié)構(gòu)極化方向的 唯一性。本發(fā)明對(duì)添加金屬線的數(shù)目不加以限制。其次,對(duì)開有若干個(gè)縫隙陣列103的圓形漏泄波導(dǎo)電纜進(jìn)行論述。本專利發(fā)明人注意到,現(xiàn)有漏泄同軸電纜不能適用于高頻段的傳輸主要是由其結(jié) 構(gòu)中內(nèi)導(dǎo)體及其填充介質(zhì)等材料的損耗及功率容量受結(jié)構(gòu)限制的下降引起的;因此,創(chuàng)造 性地以圓形漏泄波導(dǎo)電纜作為基礎(chǔ),由于該圓形漏泄波導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)中僅包括一個(gè)圓形波 導(dǎo)管,而不具備內(nèi)導(dǎo)體和填充介質(zhì),因此,能夠大大減小材料引起的損耗,能夠用于高頻和 微波信號(hào)的傳輸和輻射;進(jìn)一步,為了使其電信號(hào)能量能從圓形漏泄波導(dǎo)電纜輻射出來,以達(dá)到向外傳播 和接收外來無線電波的目的,本發(fā)明在所述圓形波導(dǎo)壁101上沿其軸線方向間隔均勻開有 若干個(gè)縫隙陣列103,這些縫隙陣列103好比為無線電波的進(jìn)出洞開了一扇“大門”。因此, 本發(fā)明以圓形漏泄波導(dǎo)電纜作無線電臺(tái)的天線,用它進(jìn)行通信,可在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻 的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng),而不受周圍環(huán)境的影響,通信可靠性高,也不存在通信盲區(qū),接收電平穩(wěn)定,不 容易受到外來信號(hào)干擾。在實(shí)際應(yīng)用中,縫隙陣列103的設(shè)置形式取決于所使用的無線電波的頻段及要求 達(dá)到的耦合損耗值。優(yōu)選的,所述縫隙陣列103可以包括一個(gè)或多個(gè)縫隙,縫隙方向一致或 相鄰縫隙方向相反。優(yōu)選的,可以在所述圓形波導(dǎo)壁101上沿軸線方向開有一排或多排縫隙,這里的一排縫隙可以對(duì)應(yīng)一個(gè)縫隙陣列,多排縫隙可以對(duì)應(yīng)多個(gè)縫隙陣列,其中,每個(gè)縫隙陣列沿 周向的張角可以為任意角度。具體到每個(gè)縫隙陣列中的縫隙,其可以為垂直縫隙,也可以為斜向縫隙;另外,所 述縫隙的形狀可以包括如下形狀中的一項(xiàng)或者幾項(xiàng)矩形、L形、U形、三角形、T形、E形。綜上,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)能夠解決圓形漏泄波導(dǎo)電纜在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的極化偏轉(zhuǎn)問題;2)、能夠用于高頻和微波信號(hào)的傳輸和輻射,且比現(xiàn)有的漏泄同軸電纜損耗??;3)省去了同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體的銅管和部分介質(zhì),需要的原材料比漏泄同軸電纜少。參照?qǐng)D2,示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖,具體可以包括 圓形波導(dǎo)壁201,其中,在所述圓形波導(dǎo)壁201內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線202,以及, 在所述圓形波導(dǎo)壁201上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個(gè)垂直縫隙陣列203。參照?qǐng)D3,在本發(fā)明的一種應(yīng)用示例中,所述垂直縫隙陣列203可以包括5個(gè)垂直 縫隙,且每個(gè)垂直縫隙之間的間距為P。參照?qǐng)D4,示出了關(guān)于該金屬線202與該縫隙陣列203在該圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周 方向的相對(duì)位置,其中,401代表該圓形漏泄波導(dǎo)電纜的圓周,402代表該垂直縫隙陣列203 在圓周方向上所占據(jù)的垂直縫隙張角2 Φ0,圓點(diǎn)403代表該金屬線202在在圓周方向上的 投影。從圖4可以看出,該金屬線202和該縫隙陣列203在該圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方 向的的夾角大于90°,也即,二者分布在該圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方向的兩側(cè);可以理解, 所述夾角不應(yīng)作為本發(fā)明的應(yīng)用限制,實(shí)際上,0-360°的夾角都是可行的。耦合損耗是漏泄電纜電氣性能中最重要的指標(biāo),可以用來評(píng)價(jià)移動(dòng)通信中距離 電纜一定距離處的被輻射出來的信號(hào)功率強(qiáng)度。漏泄電纜的耦合損耗定義為距電纜 1.5m(或者德國(guó)的an,或者美國(guó)的6. Im)處的標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子接收到的電平與天線正對(duì)處 電纜中的傳輸功率之比,一般以分貝表示??梢杂脕碓u(píng)價(jià)輻射出去的能量。在實(shí)際中,耦合損耗的計(jì)算公式A。= 101og(P。/Pa),其中,P。為電纜中傳輸?shù)墓?率,Pa為標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子的接收功率。此時(shí),假設(shè)針對(duì)圓形漏泄波導(dǎo)電纜采用50歐的同軸饋線饋電,圓形漏泄波導(dǎo)電纜 直徑D = 42mm,介質(zhì)的介電常數(shù)ε = 1. 26,垂直縫隙寬度w = 4mm,垂直縫隙張角2 Φ Q = 31.1°,縫隙間距P = 40mm,金屬線半徑1mm。參照?qǐng)D5、圖6,分別示出了垂直縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在頻率3. 8GHz時(shí)ζ = 0平面內(nèi)耦合損耗沿周向的分布圖及Φ =0°半平面內(nèi)耦合損耗沿軸向的分布圖(兩個(gè)周 期內(nèi))。可以看出,上述參數(shù)下的仿真結(jié)果滿足耦合損耗的范圍75dB士5dB,該結(jié)構(gòu)在單模 輻射時(shí)可以產(chǎn)生均勻的輻射場(chǎng),其耦合損耗滿足現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求。該結(jié)構(gòu)使 漏泄同軸電纜的應(yīng)用頻段進(jìn)一步向更高頻拓展。參照?qǐng)D7,示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖,具體可以包括 圓形波導(dǎo)壁701,其中,在所述圓形波導(dǎo)壁701內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線702,以及, 在所述圓形波導(dǎo)壁701上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個(gè)斜向縫隙陣列703。參照?qǐng)D8,示出了該斜向縫隙陣列703與圓形波導(dǎo)中心軸線(ζ軸)之間的位置關(guān)系,其相對(duì)ζ軸的夾角為θ,長(zhǎng)度為1,寬度為w。參照?qǐng)D9,在本發(fā)明的一種應(yīng)用示例中,所述斜向縫隙陣列703可以包括5個(gè)斜向 縫隙,且每個(gè)斜向縫隙之間的間距為P??梢岳斫?,本發(fā)明可以開設(shè)多個(gè)斜向縫隙陣列703,例如,圖10中的3個(gè)斜向縫隙 陣列703,其中,第一個(gè)斜向縫隙陣列703至第二個(gè)和第三個(gè)的距離分別為2/Ρ和P,且相鄰 斜向縫隙陣列703的方向相反。可以理解,相鄰斜向縫隙陣列703的方向還可以是相同的, 本發(fā)明對(duì)此不加以限制。本專利發(fā)明人進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下圓形漏泄波導(dǎo)電纜直徑D = 42mm,填充介質(zhì)的介電常數(shù)ε = 1. 26,斜向縫隙寬度w = 3mm,長(zhǎng)度1 = 12. 8mm,開縫的斜 角θ為20°,開縫周期長(zhǎng)度P = 40mm,金屬線半徑1mm。圖11、圖12分別給出了斜向縫隙漏泄圓形漏泄波導(dǎo)電纜在3. 8GHz時(shí)z = 0平面內(nèi) 耦合損耗沿周向的分布圖及Φ =0°半平面內(nèi)耦合損耗沿軸向的分布圖(兩個(gè)周期內(nèi))。 可以看出,上述參數(shù)下的仿真結(jié)果滿足耦合損耗的范圍75dB士5dB,該結(jié)構(gòu)在單模輻射時(shí)可 以產(chǎn)生均勻的輻射場(chǎng),其耦合損耗滿足現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求。該結(jié)構(gòu)使漏泄同軸 電纜的應(yīng)用頻段進(jìn)一步向更高頻拓展。本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與 其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜,進(jìn)行了詳細(xì)介紹,本文中應(yīng)用了 具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述,以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本 發(fā)明的方法及其核心思想;同時(shí),對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體 實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的 限制。
權(quán)利要求
1.一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜,包括圓形波導(dǎo)壁,其特征在于,在所述圓形波導(dǎo)內(nèi)腔沿其軸 線方向加金屬線,以及,在所述圓形波導(dǎo)壁上沿該軸線方向間隔均勻地開有若干個(gè)縫隙而 形成縫隙陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,該金屬線接觸或不接觸所述 圓形波導(dǎo)導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求1所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,該金屬線的形狀為圓形、矩 形、或它們的變形結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,該金屬線與該縫隙陣列在該 圓形漏泄波導(dǎo)電纜圓周方向的相對(duì)位置變化范圍為0-360°。
5.如權(quán)利要求1至4所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,圓形波導(dǎo)內(nèi)腔沿其軸線方 向加的金屬線為一根或多根。
6.如權(quán)利要求1所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,所述縫隙陣列包括一個(gè)或多 個(gè)縫隙。
7.如權(quán)利要求1或6所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,所述縫隙為垂直縫隙或斜 向縫隙。
8.如權(quán)利要求1或6所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,所述縫隙的形狀包括如下 形狀中的一項(xiàng)或者幾項(xiàng)矩形、L形、U形、三角形、T形、E形、或它們的變形結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求權(quán)利要求6或7所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,所述縫隙陣列中 的縫隙方向一致,或者,相鄰縫隙方向相反。
10.如權(quán)利要求1、6或7所述的圓形漏泄波導(dǎo)電纜,其特征在于,所述圓形波導(dǎo)壁上沿 軸線方向開有一排或多排縫隙以形成一個(gè)或多個(gè)縫隙陣列,其中,每個(gè)縫隙陣列之間沿周 向的張角可以為任意角度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圓形漏泄波導(dǎo)電纜,包括圓形波導(dǎo)壁和金屬線,其特征在于,在所述圓形波導(dǎo)內(nèi)腔沿其軸線方向加金屬線,以及,在所述圓形波導(dǎo)壁上沿該軸線方向間隔均勻地開有若干個(gè)縫隙而形成縫隙陣列。本發(fā)明可以應(yīng)用于高頻和微波以及大功率系統(tǒng),并且做到傳輸波場(chǎng)結(jié)構(gòu)的極化面不隨距離偏轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H01Q13/22GK102064372SQ20101056366
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張沖, 張展, 李雨鍵, 王均宏, 陳美娥 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)