專利名稱：一種圓形漏泄波導電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信電纜技術領域，特別是涉及一種圓形漏泄波導電纜。
背景技術：
目前，漏泄同軸電纜主要用于無線電信號傳播不良的隧道、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構主要由內(nèi)導體、絕緣層、帶槽孔的外導體和護套等四 部分組成；這樣，隨著傳輸頻率的升高，漏泄同軸電纜的內(nèi)導體及其填充介質(zhì)的損耗也相應 增加；同時由于結構的限制，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。針對現(xiàn)有漏泄同軸電纜的缺陷，圓形波導管被提出，其可以應用于超高頻波段的 傳輸；但是，由于該圓形波導管具有當傳播方向上有磁場的分量而無電場的分量時的TE 波，在該圓形波導管加工不完善或該圓形波導管內(nèi)有微小的不均勻性存在時，主波型TEll 場結構的極化面易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這就導致輻射場沿波導縱向分布不均勻，因此通常不采用圓 形波導管來進行射頻能量和信號的長距離傳輸?？傊?，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提供一種應 用于高頻和長距離傳輸?shù)耐ㄐ烹娎|。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種圓形漏泄波導電纜，可以應用于高頻和微 波以及大功率系統(tǒng)，并且做到傳輸波場結構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電纜，包括圓形波導壁，在所 述圓形波導內(nèi)腔沿其軸線方向加金屬線，以及，在所述圓形波導壁上沿該軸線方向間隔均 勻地開有若干個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導體。優(yōu)選的，該金屬線的形狀為圓形、矩形、或它們的變形結構。優(yōu)選的，該金屬線與該縫隙陣列在該圓形漏泄波導電纜圓周方向的相對位置變化 范圍為0-360°。優(yōu)選的，圓形波導內(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或多個縫隙。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或者幾項矩形、L形、U形、三角 形、T形、E形、或它們的變形結構。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，所述圓形波導壁上沿軸線方向開有一排或多排縫隙以形成一個或多個縫 隙陣列，其中，每個縫隙陣列之間沿周向的張角可以為任意角度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點首先，本發(fā)明在所述圓形波導內(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 能夠決定場結構極化方向的唯一性，因此，本發(fā)明能夠解決圓形漏泄波導電纜在長距離傳 輸基模時的場結構極化偏轉(zhuǎn)問題，也即，本發(fā)明能夠適用于長距離傳輸?shù)那樾巍Ｆ浯?，由于該圓形漏泄波導電纜的結構中僅包括一個圓形波導管，而不具備內(nèi)導 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的傳輸和輻 射。再者，由于省去了同軸電纜內(nèi)導體的銅管和部分介質(zhì)，需要的原材料比漏泄同軸 電纜少。進一步，間隔均勻開設的若干個縫隙陣列，使得本發(fā)明能夠以圓形漏泄波導電纜 作無線電臺的天線進行通信，可在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的信號場強，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干擾。


圖1是本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例1的結構圖；圖2是本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例2的局部結構圖；圖3是本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例2的總體結構圖；圖4是本發(fā)明一種金屬線204與該縫隙陣列205在該圓形漏泄波導電纜圓周方向 的相對位置示意；圖5是本發(fā)明一種垂直縫隙漏泄圓形漏泄波導電纜在頻率3. 8GHz時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電纜在頻率3. 8GHz時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電纜實施例3的局部結構圖；圖8是本發(fā)明一種斜向縫隙陣列805與中心軸線803之間的位置關系示意圖；圖9是本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例3的整體結構圖；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電纜在3. 8GHz時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電纜在3. 8GHz時Φ = 0°半平面 內(nèi)耦合損耗沿軸向的分布圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。參照圖1，示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例1的結構圖，具體可以包括圓形波導壁101，其中，在所述圓形波導壁101內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線102，以及， 在所述圓形波導壁101上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個縫隙陣列103。首先，論述所述金屬線102的作用。當圓形波導內(nèi)不存在金屬線102時，圓形漏泄波導電纜的邊界條件旋轉(zhuǎn)對稱， TEll波型電場極化面偏轉(zhuǎn)任意角度時的場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，圓形漏泄波導電纜中存在很多種模式簡并的情況，場在傳輸過 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，因此，創(chuàng)造性地在所述圓形波導壁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極化方向的唯一性， 因此，本發(fā)明能夠解決圓形漏泄波導電纜在長距離傳輸時的極化偏轉(zhuǎn)問題。在實際應用中，該金屬線102可接觸所述圓形波導壁101 ；例如，可將該金屬線102 以焊接的形式與所述圓形波導壁101連接?；蛘?，該金屬線102也可以不接觸所述圓形波導壁101 ；由于某些情況下圓形波導 管內(nèi)部會填充介質(zhì)材料的，假設其為介電常數(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、矩形或其它變形結構；以及，該金屬線102 的最大尺寸可以在小于圓波導半徑的范圍內(nèi)變化；該金屬線102與該縫隙陣列103在該圓 形漏泄波導電纜圓周方向的相對位置變化范圍為0-360°。同時，該金屬線102不局限于一根；例如，我們可以設置兩根或者兩根以上金屬線 于圓形波導壁內(nèi)部兩側(cè)，同樣可以滿足邊界條件的唯一性，即可以決定場結構極化方向的 唯一性。本發(fā)明對添加金屬線的數(shù)目不加以限制。其次，對開有若干個縫隙陣列103的圓形漏泄波導電纜進行論述。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 構中內(nèi)導體及其填充介質(zhì)等材料的損耗及功率容量受結構限制的下降引起的；因此，創(chuàng)造 性地以圓形漏泄波導電纜作為基礎，由于該圓形漏泄波導電纜的結構中僅包括一個圓形波 導管，而不具備內(nèi)導體和填充介質(zhì)，因此，能夠大大減小材料引起的損耗，能夠用于高頻和 微波信號的傳輸和輻射；進一步，為了使其電信號能量能從圓形漏泄波導電纜輻射出來，以達到向外傳播 和接收外來無線電波的目的，本發(fā)明在所述圓形波導壁101上沿其軸線方向間隔均勻開有 若干個縫隙陣列103，這些縫隙陣列103好比為無線電波的進出洞開了一扇“大門”。因此， 本發(fā)明以圓形漏泄波導電纜作無線電臺的天線，用它進行通信，可在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻 的信號場強，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 容易受到外來信號干擾。在實際應用中，縫隙陣列103的設置形式取決于所使用的無線電波的頻段及要求 達到的耦合損耗值。優(yōu)選的，所述縫隙陣列103可以包括一個或多個縫隙，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應一個縫隙陣列，多排縫隙可以對應多個縫隙陣列，其中，每個縫隙陣列沿 周向的張角可以為任意角度。具體到每個縫隙陣列中的縫隙，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或者幾項矩形、L形、U形、三角形、T形、E形。綜上，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)能夠解決圓形漏泄波導電纜在長距離傳輸時的極化偏轉(zhuǎn)問題；2)、能夠用于高頻和微波信號的傳輸和輻射，且比現(xiàn)有的漏泄同軸電纜損耗小；3)省去了同軸電纜內(nèi)導體的銅管和部分介質(zhì)，需要的原材料比漏泄同軸電纜少。參照圖2，示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例2的結構圖，具體可以包括 圓形波導壁201，其中，在所述圓形波導壁201內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線202，以及， 在所述圓形波導壁201上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個垂直縫隙陣列203。參照圖3，在本發(fā)明的一種應用示例中，所述垂直縫隙陣列203可以包括5個垂直 縫隙，且每個垂直縫隙之間的間距為P。參照圖4，示出了關于該金屬線202與該縫隙陣列203在該圓形漏泄波導電纜圓周 方向的相對位置，其中，401代表該圓形漏泄波導電纜的圓周，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電纜圓周方向的兩側(cè)；可以理解， 所述夾角不應作為本發(fā)明的應用限制，實際上，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，可以用來評價移動通信中距離 電纜一定距離處的被輻射出來的信號功率強度。漏泄電纜的耦合損耗定義為距電纜 1.5m(或者德國的an，或者美國的6. Im)處的標準半波偶極子接收到的電平與天線正對處 電纜中的傳輸功率之比，一般以分貝表示?？梢杂脕碓u價輻射出去的能量。在實際中，耦合損耗的計算公式A。= 101og(P。/Pa)，其中，P。為電纜中傳輸?shù)墓?率，Pa為標準半波偶極子的接收功率。此時，假設針對圓形漏泄波導電纜采用50歐的同軸饋線饋電，圓形漏泄波導電纜 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。參照圖5、圖6，分別示出了垂直縫隙漏泄圓形漏泄波導電纜在頻率3. 8GHz時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(兩個周 期內(nèi))?？梢钥闯觯鲜鰠?shù)下的仿真結果滿足耦合損耗的范圍75dB士5dB，該結構在單模 輻射時可以產(chǎn)生均勻的輻射場，其耦合損耗滿足現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的應用要求。該結構使 漏泄同軸電纜的應用頻段進一步向更高頻拓展。參照圖7，示出了本發(fā)明一種圓形漏泄波導電纜實施例3的結構圖，具體可以包括 圓形波導壁701，其中，在所述圓形波導壁701內(nèi)部沿其軸線方向加一根金屬線702，以及， 在所述圓形波導壁701上沿該軸線方向間隔均勻開有若干個斜向縫隙陣列703。參照圖8，示出了該斜向縫隙陣列703與圓形波導中心軸線(ζ軸)之間的位置關系，其相對ζ軸的夾角為θ，長度為1，寬度為w。參照圖9，在本發(fā)明的一種應用示例中，所述斜向縫隙陣列703可以包括5個斜向 縫隙，且每個斜向縫隙之間的間距為P?？梢岳斫?，本發(fā)明可以開設多個斜向縫隙陣列703，例如，圖10中的3個斜向縫隙 陣列703，其中，第一個斜向縫隙陣列703至第二個和第三個的距離分別為2/Ρ和P，且相鄰 斜向縫隙陣列703的方向相反?？梢岳斫?，相鄰斜向縫隙陣列703的方向還可以是相同的， 本發(fā)明對此不加以限制。本專利發(fā)明人進行仿真實驗，仿真實驗參數(shù)如下圓形漏泄波導電纜直徑D = 42mm，填充介質(zhì)的介電常數(shù)ε = 1. 26，斜向縫隙寬度w = 3mm，長度1 = 12. 8mm，開縫的斜 角θ為20°，開縫周期長度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電纜在3. 8GHz時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(兩個周期內(nèi))。 可以看出，上述參數(shù)下的仿真結果滿足耦合損耗的范圍75dB士5dB，該結構在單模輻射時可 以產(chǎn)生均勻的輻射場，其耦合損耗滿足現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的應用要求。該結構使漏泄同軸 電纜的應用頻段進一步向更高頻拓展。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與 其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對本發(fā)明所提供的一種圓形漏泄波導電纜，進行了詳細介紹，本文中應用了 具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實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，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體 實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的 限制。
權利要求
1.一種圓形漏泄波導電纜，包括圓形波導壁，其特征在于，在所述圓形波導內(nèi)腔沿其軸 線方向加金屬線，以及，在所述圓形波導壁上沿該軸線方向間隔均勻地開有若干個縫隙而 形成縫隙陣列。
2.如權利要求1所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，該金屬線接觸或不接觸所述 圓形波導導體。
3.如權利要求1所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，該金屬線的形狀為圓形、矩 形、或它們的變形結構。
4.如權利要求1所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，該金屬線與該縫隙陣列在該 圓形漏泄波導電纜圓周方向的相對位置變化范圍為0-360°。
5.如權利要求1至4所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，圓形波導內(nèi)腔沿其軸線方 向加的金屬線為一根或多根。
6.如權利要求1所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，所述縫隙陣列包括一個或多 個縫隙。
7.如權利要求1或6所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，所述縫隙為垂直縫隙或斜 向縫隙。
8.如權利要求1或6所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，所述縫隙的形狀包括如下 形狀中的一項或者幾項矩形、L形、U形、三角形、T形、E形、或它們的變形結構。
9.如權利要求權利要求6或7所述的圓形漏泄波導電纜，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.如權利要求1、6或7所述的圓形漏泄波導電纜，其特征在于，所述圓形波導壁上沿 軸線方向開有一排或多排縫隙以形成一個或多個縫隙陣列，其中，每個縫隙陣列之間沿周 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電纜，包括圓形波導壁和金屬線，其特征在于，在所述圓形波導內(nèi)腔沿其軸線方向加金屬線，以及，在所述圓形波導壁上沿該軸線方向間隔均勻地開有若干個縫隙而形成縫隙陣列。本發(fā)明可以應用于高頻和微波以及大功率系統(tǒng)，并且做到傳輸波場結構的極化面不隨距離偏轉(zhuǎn)。
文檔編號H01Q13/22GK102064372SQ20101056366
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年11月23日
發(fā)明者張沖, 張展, 李雨鍵, 王均宏, 陳美娥 申請人:北京交通大學