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计算泄漏同轴线的传播与辐射特性一、题目A22计算如图所示泄漏同轴线的传播与辐射特性同轴线外导体沿轴向连续开槽二、FDTD 方法分析泄漏同轴线FDTD 的主要思想是把Maxwell 方程在空间、时间上离散化，用差分方程代替一阶偏微分方程，求解差分方程组，从而得出各网格单元的场值。
2.1 泄漏同轴电缆简介泄漏同轴电缆（Leaky Coaxial Cable ）是遵循特定的电磁场理论，沿着同轴电缆的外导体周期性或非周期性开槽而形成的。
信号在该电缆中传输时，能把电磁能量的一部分按要求从特殊开槽口以电磁波的形式辐射到周围外部空间，因此泄漏电缆能实现与外部空间的全方位双工通信。
利用泄漏同轴电缆既具有传输线的特性又具有无线电发射天线的性质，人们近年来广泛地利用它来解决无线电无法传输信息区域的信息传输问题。
本文研究的是同轴线外导体沿轴向连续开槽的问题。
2.2 Maxwell 方程在介质基片和空气中，Maxwell 旋度方程为：J t D H +∂∂=⨯∇（1）m J tB E -∂∂-=⨯∇（2）其中，E 为电场强度，单位为V/m,D 为电通量密度，单位为C/m 2,H 为磁场强度，单位为Wb/2m ,J 为电流密度，单位为2/A m ,m J 为磁流密度，单位为 2/V m 。
各向同性介质中本构关系为：E D ε=，H B μ=，E J σ=，H J m mσ= （3）其中，ε表示介电系数，单位为/F m ,μ表示磁导系数，单位为/H m ，σ表示电导率，单位为/S m ，m σ表示导磁率，单位为/m Ω。
σ和m σ分别为介质的电损耗和磁损耗。
在真空中12070008.8510/410/m F m H m σσεεμμπ--=⎫⎪=⎪⎬==⨯⎪⎪==⨯⎭(4)2.3 圆柱坐标系中差分格式的建立在圆柱坐标系中，（1）、（2）式可写为：1()11z r r r z rz z H H E E r z t E H H E z t rH H E E r r r t ϕϕϕϕεσϕεσϕεσϕ∂⎫∂∂-=+⎪∂∂∂⎪⎪∂∂∂⎪-=+⎬∂∂∂⎪⎪∂∂∂-=+⎪∂∂∂⎪⎭（5） 以及()1()()11z r m r r z m rz m z E E H H r z t H E E H z r t rE E H H r r r t ϕϕϕϕμσϕμσμσϕ∂⎫∂∂-=--⎪∂∂∂⎪⎪∂∂∂⎪-=--⎬∂∂∂⎪∂⎪∂∂-=--⎪∂∂∂⎪⎭（6） 柱坐标下的Yee 元胞如下图所示：图1 柱坐标下的Yee 元胞由图1可见，每一个磁场分量由四个电场分量环绕；同样，每一个电场分量由四个磁场分量环绕。
无线通信中泄漏同轴电缆的传输衰减模型郭进喜;刘扬;刘中华;李申月【摘要】漏缆无线通信系统在铁路隧道中应用越来越广泛,目前漏缆的研究大多是针对漏缆结构设计和外部辐射模式进行展开的.在根据漏缆的等效电路图,计算漏缆的阻抗和导纳,建立漏缆的数学模型.在外部模式耦合影响下,定义了弱耦合系数,得出了漏缆的传输衰减模型.通过仿真计算得出衰减和频率的关系图,衰减随频率增大而增大;并通过对1/2″漏缆进行实验,得出漏缆衰减的实测值和衰减模型仿真结果的一致性.%The application of the leaky cable wireless communication system in railway tunnels is more and more widely. At present,most of the research on the leaky cable is carried out for the design of the leaky cable and the external radiation mode. Based on the equivalent circuit diagram of the leaky cable,the impedance and admittance of the leaky cable are calculated,and the mathematical model of the leaky cable is established. In the influence of external mode coupling,weak coupling coefficient is defined, and the transmission attenuation model of the leaky cable is obtained. The relation between attenuation and frequency is obtained by simulation,it show that the atten-uation increases with frequency. Through the experiment of(1/2)″leaky cable,the consistency between the meas-ured value of attenuation of cable and the attenuation model is obtained.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)007【总页数】4页(P143-146)【关键词】漏缆;传输衰减;耦合系数;衰减模型【作者】郭进喜;刘扬;刘中华;李申月【作者单位】中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京100083;江苏亨鑫科技有限公司,宜兴214222;江苏亨鑫科技有限公司,宜兴214222【正文语种】中文【中图分类】TM248泄漏同轴电缆简称漏缆，是一种微波通信电缆，外导体均匀规则的槽孔使通信信号辐射到电缆周围空间，为铁路隧道的半封闭空间提供了无线通信解决方案。
泄漏电缆集信号传输、发射与接收等功能于一体，同时具有同轴电缆和天线的双重作用，特别适用于覆盖公路、铁路隧道、城市地铁等无线信号传播受限的区域。
链路预算是泄漏电缆分布系统设计中非常重要的一项工作，本文通过一个采用泄漏电缆进行地铁隧道覆盖的实例，介绍泄漏电缆分布系统链路预算的一般方法，并对泄漏电缆分布系统采用的放大器进行详细设计。
一、泄漏电缆简介泄漏同轴电缆（Leaky Coaxial Cable）通常又简称为泄漏电缆或漏泄电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。
电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。
目前，泄漏电缆的频段覆盖在450MHz-2GHz以上，适应现有的各种无线通信体制，应用场合包括无线传播受限的地铁、铁路隧道和公路隧道等。
在国外，泄漏电缆也用于室内覆盖。
与传统的天馈系统相比，泄漏电缆天馈系统具有以下优点：※信号覆盖均匀，尤其适合隧道等狭小空间；※泄漏电缆本质上是宽频带系统，某些型号的泄漏电缆可同时用于CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA、WLAN等系统；※泄漏电缆价格虽然较贵，但当多系统同时引入隧道时可大大降低总体造价。
二、泄漏电缆链路的预算链路预算的主要目的是校核初步设计的泄露电缆分布系统能否满足正常的通信要求，包括上下行接收强度的预算。
如果系统中有射频放大器或采用无线直放站作为信号源，还应该进行上行噪声预算和下行交调预算。
下面以某地铁隧道覆盖为例，介绍链路预算的基本步骤和方法。
图1为该地铁站泄漏电缆分布的示意图，A向隧道长度为1500m，B向长度为500m。
信号源为宏基站，载频数为4，每载频发射功率为46dBm，采用功分器将信号分为A、B两个方向，同时在B向通过功分器连接天线以覆盖地铁站台。
系统覆盖要求为：90%的车内覆盖电平达到-85dBm。
关于闭域空间中泄漏同轴电缆耦合损耗的研究论文关键词:泄漏同轴电缆耦合损耗辐射场闭域空间论文摘要:从泄漏同轴电缆的辐射理论出发，以屏蔽良好的室内空间为例分析了其中的辐射场，再根据耦合损耗的定义，利用接收功率和电缆传输功率得出了漏缆的耦合损耗，同时讨论了室内墙壁的材质对耦合损耗的影响，并通过仿真对结果进行了验证.该理论和结果可以扩展到其他场所，对于进一步研究闭域空间中的无线通信问题具有较强的参考价值.泄漏同轴电缆(简称漏缆)是遵循特定的电磁场理论，沿着同轴电缆的外部导体周期性或非周期性配置开槽口而形成的.电信号在该电缆中传输的同时，能把电磁能量的一部分按要求从特殊开槽口以电磁波的形式放射到周围的外部空间，既具有传输线的性质又具有无线电发射天线的性质.由于其场强覆盖均匀、适应性强、电磁污染小等优点，漏缆近年来已经广泛应用于隧道、矿井、铁路等通信领域，并且已经渗透到了室内无线通信系统中[1].耦合损耗是漏缆区别于其他射频电缆的惟一指标，它决定了电磁波的覆盖范围，是漏缆设计的关键指标之一.文中以屏蔽良好的矩形室内空间为例，计算了漏缆的耦合损耗，同时讨论了墙壁的材质对耦合损耗的影响，并通过仿真对结果进行了验证.该理论和结果对于进一步研究闭域空间中的无线通信问题具有较强的参考价值.1 基本理论和计算方法1. 1 射线追踪法室内无线通信系统的工作频率一般比较高，因而波长与建筑物尺寸相比要小得多，此时电磁波的传播可以用几何光学来近似，即认为电磁波沿直线传播，远场区的电磁波可视为局部平面波，从而可以用射线追踪法来进行研究[2].分析中采用射线追踪法.在室内的某处放置一个天线，则空间中任一点的辐射场除了直射场以外，还有天棚、地板和4个墙壁的反射场.实际问题中含有多次反射，但由于经过2次或多次反射后的电磁波衰减很大而计算却很复杂，所以可以只考虑墙壁对电磁波的一次反射.根据以上原理，可以确定共需要考虑7条电磁波传播路径.图1给出了辐射源O点到达接收天线处P点的直射场和天棚、地板以及一个左侧墙壁的反射场的示意图.1. 2 漏缆辐射场的计算图2(a)所示的漏缆外导体上的开槽电场分布为[3]别为漏缆的内、外导体半径，V0为激励电压，k0为自由空间的波数，α为开缝角度，w为缝隙宽度.由于w很小，故可以认为Ez沿z向是不变的.如图2(b)所示，O点为缝隙位置，它和自由空间中某点距离为r，r在xoy面上投影为r′，φ为r′与x轴所成的角度，θ为r与漏缆轴向z所成的角度，则自由空间中某点的周向辐射场为[4]式中:m=k0b，由以上2式即可求出自由空间某点的周向极化电场.以图1中路径4为例，分析经过反射后某一缝隙的辐射场，则总的辐射场可由漏缆上各缝隙叠加得到.根据参考文献[5]，可以得到该场强Eφ的垂直极化分量为式中:x0和w0分别表示O点和P点到左侧墙壁的水平距离，z0表示O点到反射点的纵向水平距离，h0表示O点到反射点的垂直距离，iP表示第i个缝隙在z轴上的坐标，Γh为水平极化波的反射系数，ε1-jε1′为墙壁的复介电系数，而垂直极化波的反射系数为总的场强可由各缝隙作用的叠加得到i=1对于其他反射路径，可以用同样的方法分析.再将电磁波的7条传播路径进行叠加，便可得到室内接收天线处由漏缆产生的总辐射场.内接收天线处由漏缆产生的总辐射场.1. 3 耦合损耗的计算通常以标准半波偶极天线在距漏缆2m处接收到的功率作为计算漏缆耦合损耗的依据.偶极天线的接收功率可由到达天线的坡印廷矢量与标准半波偶极天线有效面积的乘积得到，标准半波偶极天线的有效面积为0. 13λ2[6]，则天线的接收功率为式中:η0=120π为自由空间的波阻抗，V0为漏缆内外导体之间的电压，Z0为电缆的特性阻抗.最后漏缆的耦合损耗可由其定义式计算Lc=-10 log(Pr/Pt).2 计算与分析在计算时，设室内空间为矩形，其长、宽和高分别是20 m、8 m和5 m.漏缆在室内沿纵向悬挂，距右壁0.4m，距顶部0.6m，其特性阻抗为50Ω，内、外导体半径分别为9mm和22.8mm，之间电压为1 V，开缝角度为π/4，介质层的介电常数为1. 28，开缝周期为0. 26 m，工作频率为900 MHz.测试点距地面1. 5 m，距漏缆2 m，用计算机程序算出了漏缆的耦合损耗如图3、4所示，其中横轴表示测试点距漏缆中心的轴向距离.比较图3、4可以发现，随着相对介电系数的增加，漏缆的耦合损耗相反的减小. (干燥混凝土的复介电系数为4-j0.3，土壤的复介电系数为20-j0.02).这是因为相对介电系数较大的墙壁，通常会得到较大的反射系数，从而被反射的能量较大，接收到的能量就较大，因此漏缆的耦合损耗就较小.3 结束语从漏缆的辐射理论出发，结合射线追踪法和场的叠加原理，并根据耦合损耗的定义，计算了屏蔽良好的室内空间中漏缆的耦合损耗，同时讨论了墙壁的材质对耦合损耗的影响.仿真结果表明:墙壁的相对介电系数越大，漏缆的耦合损耗就越小.该理论和结果可以根据实际情况扩展到其他闭域空间，为漏缆的优化设计提供了必要的理论依据.参考文献:[1]张昕，杨晓冬.适用于闭域或半闭域空间无线通信用泄漏电缆研究[J].哈尔滨工程大学学报， 2005， 26(5):672-674.[2]季忠，黎滨洪，王豪行.用射线跟踪法对室内电波传播进行预测[J].电波科学学报， 1999， 14(2): 160-165.[3]王均宏，简水生.漏泄同轴电缆耦合损耗的计算[J].铁道学报， 1996，18(6): 17-22.[4]卢万铮.天线理论与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社， 2004.[6]谢处方，邱文杰.天线原理与设计[M].西安:西北电讯工程学院出版社，1985.[7]高建平，张芝贤.电波传播[M].西安:西北工业大学出版社， 2002.。
漏泄同轴电缆漏泄同轴电缆是具有信号传输作用，又具有天线功能，通过对处导体开口的控制，可将受控的电磁波能量沿线路均匀的辐射出去及接收进来，实现对电磁场盲区的覆盖，已达到移动通信畅通的目的。
绝缘采用高物理发泡的均匀细密封闭的微泡结构，不仅较之传统的空气绝缘结构在特性阻抗、驻波系数、衰减等传输参数更加均匀稳定，而且可抵御在潮湿环境中潮气对电缆的侵入可能传输性能的下降或丧失，免除了充气维护的烦恼，大大提高了产品的使用寿命和稳定可靠性，是当今世界上最先进的射频和漏泄同轴电缆结构。
中文名漏泄同轴电缆外文名leaky coaxial cable作用信号传输作用目的移动通信畅通的特点特性阻抗、驻波系数等参数稳定学科电子工程目录.1电缆介绍.2基础理论.▪无线移动通信.▪工作原理.▪纵向衰减.▪耦合损耗.3选用依据.4比较电缆介绍漏泄同轴电缆是具有信号传输作用，又具有天线功能，通过对处导体开口的控制，可将受控的电磁波能量沿线路均匀的辐射出去及接收进来，实现对电磁场盲区的覆盖，已达到移动通信畅通的目的。
绝缘采用高物理发泡的均匀细密封闭的微泡结构，不仅较之传统的空气绝缘结构在特性阻抗、驻波系数、衰减等传输参数更加均匀稳定，而且可抵御在潮湿环境中潮气对电缆的侵入可能传输性能的下降或丧失，免除了充气维护的烦恼，大大提高了产品的使用寿命和稳定可靠性，是当今世界上最先进的射频和漏泄同轴电缆结构。
[1]基础理论无线移动通信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，所以关于漏泄同轴电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：1、用于建筑物内、隧道内及地铁的移动通信（GSM，PCN/PCS，DECT…）2、用于地下建筑的通讯，例如停车场、地下室及矿井3、公路隧道内 FM 波段（88-108MHz）信息的发送4、公路隧道内无线报警电信号的转发5、公路隧道内移动电话信号的发送6、地铁或地铁隧道中的信号传输当前无线移动通信朝以下趋势发展：1、趋向更高的使用频段：使用频段从 50-150 MHz 扩展至 450-900 MHz 甚至 1800-2200 MHz。
同轴电缆电磁场分布
同轴电缆电磁场分布
同轴电缆是一种应用广泛的信号传输线路，其特点是内部具有好
的屏蔽性能和较低的电磁辐射。
同轴电缆中的电磁场分布是其工作性
能的重要因素之一。
下面通过几个方面来介绍同轴电缆的电磁场分布。
1.电磁波的传播方式
同轴电缆中的电磁波传播方式为“波导传输”，即电磁波在同轴
电缆中沿着两个导线之间的空气隙中传播，而导线则起到了界面的作用。
因此，同轴电缆的电磁场主要依靠内外导体之间的电场和磁场产生。
2.电磁场的分布特点
同轴电缆的内外导体构成了两个不同的导体环境，导致了电磁场
在同轴电缆中的分布特殊。
具体表现如下：
(1)电场分布
同轴电缆中的电场主要分布在内外导体之间的空气介质中，形成
了沿同轴电缆轴向的电场分布。
由于内、外导体装有电荷，因此沿着
同轴电缆螺旋形状的方向变化，呈现出周期性的分布特点。
(2)磁场分布
同轴电缆中的磁场主要分布在内导体和外导体的边界处。
由于磁
场线在该处不容易穿过金属，因此同轴电缆的磁场分布很弱。
3.电磁场分布对同轴电缆性能的影响
同轴电缆的内外导体构成了一个屏蔽因子，有效地降低了电磁干
扰和辐射。
具体而言，电磁波在同轴电缆中的传输会遭遇到一系列干扰，因此设计合理的电磁场分布可以使得同轴电缆的工作性能有所提高。
总之，同轴电缆中的电磁场分布关乎其信号传输、屏蔽性能等关
键性能指标。
着重研究、优化电磁场分布，将有助于提高同轴电缆的
工作性能和运用范围。
