一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导的制作方法

文档序号:10956571阅读:630来源:国知局
一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导,包括截面呈矩形的金属波导管,金属波导管的两端分别密封焊接左金属法兰和右金属法兰,在金属波导管的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙,并在设有泄漏缝隙的金属波导管宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布,并在阻燃胶布的外表面压设一层阻燃玻璃丝布;随着泄漏缝隙切割在波导管壁上的位置不同,泄漏缝隙的形状和尺寸不同,泄漏缝隙向外辐射的场强也不同。
【专利说明】
一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导
技术领域
[0001] 本实用新型涉及轨道交通无线通信技术领域,尤其涉及一种轨道交通车地无线传 输综合承载通信系统用漏泄波导。
【背景技术】
[0002] 随着城市轨道交通无线通信技术的发展,CBTC信号系统已被国内外城市轨道交通 信号系统广泛采用。现有的城市轨道交通车地无线传输信号系统(CBTC)的频率为2.4GHz~ 2.5GHz,而目前应用该频段的电子设备居多,如Wifi、iPad、无线鼠标、无绳电话、蓝牙设备 以及医疗检测设备等,甚至微波炉也采用2.4GHz频率,这无疑会对车地无线传输信号系统 造成不同程度的干扰,从而也影响到列车的安全运行。
[0003] 为了实现车地无线传输信号系统不受外界信号的干扰,保障列车安全运行,欧美 一些国家的城市轨道交通无线信号系统频率陆续由2.4GHz调整到了5.9GHz,并搭载了PIS 及LTE-U等多个通信系统,实现了多载频融合及多系统的互联互通,而目前国内城市轨道交 通倾向于应用LTE( 1785~1805MHz)技术实现车地无线信号的传输,部分城市部分城市陆续 开展了此项技术的研究和试验性应用,大部分城市尚处于CBTC制式向LTE制式的过渡观望 阶段。
[0004] 现有的城市轨道交通车地无线传输信号系统一般采用BJ22型漏泄波导或1-5/8〃 辐射型漏泄电缆进行信号的弱场区覆盖,BJ22型漏泄波导的频率范围为2.4GHz~2.5GHz, 而1-5/8〃辐射型漏泄电缆的截止频率仅2.7GHz,很显然,这两种传输媒质都无法满足 5.9GHz频率的新系统的信号传输需求。目前能满足5.9GHz频率的漏泄电缆仅1/2〃一种规 格,由于规格小,其纵向传输损耗高达35dB/100m。通过链路预算公式可得:P-a X L-U-U 2 -65dB,这里:P-信号源功率,取值30dBm; a-漏泄电缆纵向传输损耗,取值35dB; Lc-耦合损 耗,取值70dB; U-系统余量,取值6dB; L的传输长度仅54m。根据国外5.9G无线传输综合承 载通信系统的应用经验,系统单方向覆盖距离一般不应小于400m,综上所述,1/2〃辐射型漏 泄电缆不适合新系统的技术要求。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄 波导,能够满足频率范围1.8GHz~5.9GHz,适用于CBTC或CBTC兼容LTE(1785~1805MHz)或 5.9G频段的漏泄波导,并能够很好地解决现有漏泄电缆传输损耗大,覆盖距离短、工作频率 低及受外界环境干扰大等诸多的问题,并能实现基于LTE的车地无线传输综合承载CBTC、 PIS及LTE-unlicensed(LTE-U)多通信系统的互联互通。
[0006] 本实用新型采用的技术方案为:
[0007] -种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导,包括截面呈矩形的金 属波导管,金属波导管的两端分别密封焊接左金属法兰和右金属法兰,在金属波导管的其 中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙,并在设有泄漏缝隙的金属波导管宽侧面 上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布,并在阻燃胶布的外表面压设一层阻燃玻璃丝 布;所述的泄漏缝隙包括第一排泄漏缝隙和第二排泄漏缝隙,每排泄漏缝隙均包括N个泄漏 缝隙,每排泄漏缝隙间隔等距排列,每个泄漏缝隙包括水平槽,水平槽的两端分别设有与水 平槽相通的调节槽,调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角Θ范围为90° < Θ < 180°,当Θ = 90°时,泄漏缝隙呈U形,当Θ = 180°时,泄漏缝隙呈"一"字形;第一排泄漏缝隙包括泄漏缝 隙N1、泄漏缝隙N2……泄漏缝隙Nn,第二排泄漏缝隙包括泄漏缝隙M1、泄漏缝隙M2……泄漏 缝隙Mn,当第一排泄漏缝隙的夹角Θ范围为90° < θ<180°、第二排泄漏缝隙的夹角Θ范围为 90° < Θ < 180°时,第一排泄漏缝隙的开口和第二排泄漏缝隙的开口相背设置。
[0008]本实用新型通过在矩形金属波导管的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排 泄漏缝隙,并在设有泄漏缝隙的金属波导管宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶 布,同时在阻燃胶布的外表面压设一层阻燃玻璃丝布;随着泄漏缝隙切割在波导管壁上的 位置不同,泄漏缝隙的形状和尺寸不同,泄漏缝隙向外辐射的场强也不同,从而降低泄漏缝 隙与车载天线的耦合度,提高漏泄波导的辐射性能。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的结构不意图;
[0010] 图2为本实用新型的金属波导管左视剖面图;
[0011] 图3为本实用新型的左视剖面图;
[0012]图4为本实用新型的安装示意图;
[0013]图5为本实用新型的Θ等于135°时泄漏缝隙的结构示意图;
[0014]图6为本实用新型的Θ等于180°时泄漏缝隙的结构示意图;
[0015]图7为本实用新型的Θ等于90°时金属波导管放大图。
【具体实施方式】
[0016] 如图1、图2和图3所示,本实用新型包括截面呈矩形的金属波导管1,金属波导管1 的两端分别密封焊接左金属法兰2和右金属法兰3,在金属波导管1的其中一个宽侧面的中 轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙4,并在设有泄漏缝隙4的金属波导管1宽侧面上依次粘接一 层塑料胶带5和一层阻燃胶布6,并在阻燃胶布的外表面压设一层阻燃玻璃丝布7;所述的泄 漏缝隙4包括第一排泄漏缝隙4-1和第二排泄漏缝隙4-2,每排泄漏缝隙均包括Ν个泄漏缝隙 4,每排泄漏缝隙4间隔等距排列,每个泄漏缝隙4包括水平槽8,水平槽8的两端分别设有与 水平槽8相通的调节槽9,调节槽9的中线与水平槽8的中线之间的夹角Θ范围为90° < Θ < 180°。当θ = 90°时,泄漏缝隙4呈U形,当θ = 180°时,泄漏缝隙4呈"一"字形,如图7所示;第一 排泄漏缝隙4-1包括泄漏缝隙Ν1、泄漏缝隙Ν2……泄漏缝隙Νη,第二排泄漏缝隙4-2包括泄 漏缝隙Μ1、泄漏缝隙Μ 2……泄漏缝隙Μ η,当第一排泄漏缝隙4 -1的夹角Θ范围为9 0 ° < Θ < 180°、第二排泄漏缝隙4-2的夹角Θ范围为90° < θ<180°时,第一排泄漏缝隙4-1的开口和第 二排泄漏缝隙4-2的开口相背设置。
[0017] 下面结合附图,详细说明本实用新型的工作原理:
[0018] 由附图1和图2所示,为本实用新型的结构示意图,金属波导管1采用截面呈矩形的 金属管,金属波导管1两端通过氩弧焊或钎焊焊接工艺分别将左金属法兰2和右金属法兰3 焊接在金属波导管1左右两端,左金属法兰2连接波导同轴转换器11,右金属法兰3连接波导 吸收负载10,当然,根据实际连接情况去相应的连接波导同轴转换器或者波导吸收负载;再 在金属波导管1的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙4。
[0019] 本实用新型的漏泄波导长度分四种规格:12!11、6111、3111及1111。相邻两段漏泄波导的金 属法兰通过螺栓连接在一起,通过不同长度规格的组合,可以满足不同工程需要的长度。如 图4所示,其安装位置在轨12旁或两轨12之间,其安装高度低于轨面30mm~40mm为宜。每一 中继段漏泄波导中,射频信号通过基站或直放站等信号源设备,从漏泄波导管上安装有波 导同轴转换器11的一端注入,其中一部分信号沿漏泄波导内部传输到另一端,被安装在漏 泄波导末端的波导匹配负载10全部吸收,另一部分信号通过漏泄波导上的缝隙泄漏出去, 被车载天线接收。
[0020] 漏泄波导的辐射性能判定,泄漏缝隙4切断漏泄波导管管壁上的传导电流,在缝隙 上产生电场,且对波导内壁电流产生扰动,并从波导内向自由空间耦合部分电磁能量。随着 泄漏缝隙4切割在漏泄波导管管壁上的位置不同,缝隙的形状和尺寸不同,缝隙向外辐射的 场强也不同。
[0021] 评估漏泄波导辐射性能的好坏,一般通过其耦合损耗的概率考核。通常采用50% 及95%的局部耦合损耗概率值来衡量漏泄波导辐射性能的好坏。在同一概率值的情况下, 耦合损耗越小,车载天线的接收场强越强,漏泄波导的辐射性能越好。
[0022] 下面,结合具体的实施例进行说明:
[0023] 本实用新型所述的金属波导管1采用铝合金波导管或者铜波导管或者金银合金波 导管,且金属波导管1的截面的外管宽度A和外管高度B需要满足A>B且A = 2B,其中,
[0025]公式(1)中:C一一自由空间电磁波的传播速度,300 X 106米/秒;
[0026] fst〇P--矩形漏泄波导管的终止频率,取值5990 X 106Hz。
[0027]考虑本实用新型专利的实际应用的终止频率为5900MHz,因此通过公式(1)得:
[0029] B=A/2 = 50.8/2 = 25.4mm
[0030] 为满足工程实际应用时的抗压及电气指标,通过对本实用新型专利漏泄波导工程 实际应用中的抗压受力分析、漏泄口面场的电磁场建模分析以及实验数据可得:
[0031] 当满足 1.60mm < (A-a)/2< 1.80mm; 1.60mm < (B-b)/2< 1.80mm时,漏泄波导的抗 压性能和电气性能最佳,即波导管壁厚度(A-a)/2或(B-b)/2取值为1.63mm时,由此可得a = 47 · 54mm,b = 22 · 14mm; a为漏泄波导的内管宽度,b为漏泄波导的内管高度。
[0032] 本实用新型的漏泄波导的截止频率通过公式(2)求得:
[0033] fc= 149.9 X 1000/a= 149.9 X 1000/47.54 = 3153MHz (2)
[0034] 同时,漏泄波导起始频率和终止频率与截止频率的关系如下:
[0035] fstart= 1.25 X fc = 1.25 X 3153 = 3941MHz ; (3)
[0036] fst〇p = 1.90 X fc = 1.90 X 3153 = 5990MHz ; (4)
[0037] f start表示起始频率,f stop表示终止频率。
[0038]本实用新型的漏泄波导,其传输损耗满足aLTC = aWG+ar;
[0039] 其中,波导损耗满足
;漏泄波导辐 射损耗满足〇 · 05(? < ar < 0 · 2awc;
[0040] 式中:aure-漏泄波导的传输损耗,单位:dB/m;
[0041 ] aWG一矩形波导的传输损耗,单位:dB/m;
[0042] ar-漏泄波导的辐射损耗,其大小与槽口形状及尺寸有关,一般辐射损耗的取值 范围:0.05a WG < ar < 〇.2aWG;
[0043] p 波导材料的电阻率,单位:Ω .m;
[0044] p〇--铜材的电阻率,取值1.7241 ΧΙΟ-8Ω .m;
[0045] a 波导内截面宽度,单位:mm;
[0046] b--波导内截面高度,单位:mm;
[0047] fc--波导传输主模ΤΕκ^Ηκ))的截止频率,单位:GHz;
[0048] f一一要计算传输损耗对应的频率,单位:GHz。
[0049] 本实用新型专利的波导波长通过下列公式求得:
[0051]式中:λ为波在自由空间的波长;λ。为截止波长,且λ。= 2a;
[0052]本实用新型专利要求的漏泄波导,其主波束辐射角满足:
[0054] 其中,Θ的取值范围为:〇° <θ<〇.5,θ等于90°时泄漏缝隙4的形状如图7所示;Θ等 于135°时泄漏缝隙4的形状如图5所示;Θ等于180°时泄漏缝隙4的形状如图6所示。
[0055] 相邻两个泄漏缝隙4的左端之间的距离ρ根据
< 设定;其中,f代 表漏泄波导的工作频率,取值范围为5800MHz~5900MHz; c代表自由空间电磁波的传播速度, 300X 106米/秒,λ为波在自由空间的波长,波导波长
其中,a代表金属波导管1的内径宽度;λ。为截止波长,Ac = 2a;。
[0056] 第二排的泄漏缝隙4M1的左端设于第一排的泄漏缝隙N1的左端向右延伸p/2的距 离,第二排的泄漏缝隙4M2……泄漏缝隙4Mn依次向右延伸p/2的距离。
[0057] 当漏泄波导的工作频率f满足5800MHz < f < 5900MHz时,每个泄漏缝隙4的水平槽8 的长度w根据
工作频率在5800MHz~5900MHz时w的取值范围为: 11 .Olmn^wCH.gimmo
[0058] 当漏泄波导的工作频率f满足5800MHz < f < 5900MHz时,每个泄漏缝隙4的调节槽9 的宽度wi设定为1 · 5mm < wi < 3mm。
[0059] 当漏泄波导的工作频率f满足5800MHz < f < 5900MHz时,每个泄漏缝隙4的调节槽9 的长度h满足
[0060] 当漏泄波导的工作频率f满足5800MHz < f < 5900MHz时,每个泄漏缝隙4的水平槽8 的宽度hi满足0.5wi <hi < wi。
[0061] 所述的每个泄漏缝隙4的水平槽8的中线距设有泄漏缝隙4的金属波导管1宽侧面 的中轴线的距离d根据公式应满足条件:
设定;工作频率在5800MHz~ 5900MHz时d值的范围为:2 · 75mm < cK 7 · 45mm。
[0062] 本实用新型专利要求的漏泄波导,为保证直角缝隙处口面场辐射的均匀,直角缝 隙处应圆角过渡,其圆角r的取值为:r = 0.5wi。
[0063 ] 本实用新型专利要求的漏泄波导,通过调整W、wi、h、hi、d、Θ及p值的大小,可以实现 一个中继段内的漏泄波导辐射场强分段补偿的功能,使其场强均匀,信号平坦度好,有利于 车地无线传输信号系统的数字传输,使其误码率较低。
[0064]根据本实用新型专利权利要求所述的轨道交通车地无线传输综合承载通信系统 用漏泄波导的特征,其波导截面尺寸、槽型形状及槽口尺寸不仅限于本专利所述的漏泄波 导,也包括按照本专利要求方法及公式所计算的不同截面尺寸、相同槽型而不同槽口尺寸 的其他频率的漏泄波导。
【主权项】
1. 一种轨道交通车地无线传输综合承载通信系统用漏泄波导,其特征在于:包括截面 呈矩形的金属波导管,金属波导管的两端分别密封焊接左金属法兰和右金属法兰,在金属 波导管的其中一个宽侧面的中轴线两侧分别铣一排泄漏缝隙,并在设有泄漏缝隙的金属波 导管宽侧面上依次粘接一层塑料胶带和一层阻燃胶布,并在阻燃胶布的外表面压设一层阻 燃玻璃丝布;所述的泄漏缝隙包括第一排泄漏缝隙和第二排泄漏缝隙,每排泄漏缝隙均包 括N个泄漏缝隙,每排泄漏缝隙间隔等距排列,每个泄漏缝隙包括水平槽,水平槽的两端分 别设有与水平槽相通的调节槽,调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角Θ范围为90°<θ < 180 °,当θ=90 °时,泄漏缝隙呈U形,当θ=180 °时,泄漏缝隙呈"一"字形;第一排泄漏缝隙 包括泄漏缝隙Ν1、泄漏缝隙Ν2……泄漏缝隙Νη,第二排泄漏缝隙包括泄漏缝隙Μ1、泄漏缝隙 M2……泄漏缝隙Μη,当第一排泄漏缝隙的夹角Θ范围为90°<θ<180 °、第二排泄漏缝隙的 夹角Θ范围为90〇<θ<180 ?时,第一排泄漏缝隙的开口和第二排泄漏缝隙的开口相背设 置。
【文档编号】H01P3/06GK205646088SQ201620267493
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】王如彬, 尚爱民, 王胜军, 白龙刚, 许慕军, 魏腾飞, 王志辉
【申请人】通号(郑州)轨道交通科技有限公司
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