一种分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法及系统与流程

1.本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法及系统。


背景技术：

2.漏泄电缆，是允许外导体漏写的同轴电缆。但是单芯线或双绞线对于高频而言其传输损耗太大，而波导尺寸很大且造价相当昂贵，因此得到广泛应用的漏泄馈体是同轴电缆，其用薄铜皮做外导体，在外导体上开切不同形式的槽孔。漏泄电缆可分为两类：耦合型和辐射型。其中耦合型漏泄电缆漏泄的电磁能量无方向性，并随距离的增加迅速减小，辐射型漏泄具有方向性，且相同的漏泄能量可在辐射方向上相对集中，并且不会随距离的增加而迅速减小，即在特定的频率、特定的方向上耦合损耗比较小。
3.漏泄电缆的损耗的传输衰减和耦合损耗，决定漏泄电缆的总损耗，优化漏泄电缆的总损耗一直是漏泄电缆设计的努力方向。其中传输衰减，是描述电缆内部所传输电磁能量损失程度的重要指标，对于漏泄电缆而言，除了导体和介质引起的损耗外，槽孔结构也直接影响传输损耗。耦合损耗是描述漏泄电缆辐射量即可接受量的综合指标，耦合损耗直接由槽的大小、形状、帧式以及间距等因素决定。然而耦合损耗越小，泄漏越多则传输损耗越大。然而这样的设计存在一定程度的冗余，导致电缆整体衰减过快，覆盖范围有限。
4.传统漏泄电缆外导体上一般周期性重复开设某一种或一类槽孔，因此沿线的传输衰减常数和耦合损耗性能一致，但总的传输衰减会随着覆盖距离的增加而增加，从而导致漏泄电缆系统损耗增加，漏泄电缆的系统损耗较大，无法满足高铁5g覆盖的需求。针对这一问题，行业内出现了分段耦合开槽(或性能渐变)漏泄电缆产品，即沿线传输衰减常数和耦合损耗性能不再一成不变，而是越接近信源侧衰减常数越小、耦合损耗越大，而越远离信源侧的衰减常数越大、耦合损耗越小，可以使漏泄电缆沿线的实际场强分布相对常规漏缆会更加均匀，且可以大大减小整条线路的系统损耗。
5.然而由于外导体上的槽孔的设计众多、性能各不相同，因此分段耦合型辐射电缆的设计需要根据设计需求，选择不同性能的槽孔，布设不同的长度，设计难度大、时间成本高。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法及系统，其目的在于通过对有限个具有不同槽孔的已知性能的电缆子段，进行程序化的优化，从而得出一套行之有效的设计方法降低分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计难度，程序化、甚至自动化的进行分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计，缩短分段耦合型辐射型泄漏电缆的开发周期，由此解决现有的分段耦合型辐射型泄漏电缆设计难度大、开发时间成本高的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种分段耦合型辐射型泄漏电
缆的设计方法，其包括以下步骤：
8.(1)获取辐射型漏泄电缆的使用需求；
9.(2)设计所述分段耦合电缆备选的各电缆子段，并获取所述各电缆子段的衰减性能和耦合损耗性能；
10.(3)迭代求解采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求所需的最少电缆子段集合，若采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段不能满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求，则重复步骤(2)设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；
11.所述迭代求解具体为：从各备选电缆子段k
i
，i＝1，2，...，n中选择电缆子段集合，计算在满足步骤(1)获得的性能要求值a的约束条件下，采用所述电缆子段集合时各备选电缆子段的总长度极大值，将其各备选子段的总长度极大值恰大于或等于所述预设距离l0的电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}作为最少电缆子段集合；
12.(4)对于步骤(3)获得的最少电缆子段集合，计算该集合中各电缆子段长度，沿信号传输方向按照耦合损耗值降序设置相应长度的电缆子段，获得分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案。
13.优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(1)所述使用需求即在信号传输距离小于预设距离l0范围内的各点综合损耗低于性能要求值a。
14.优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(2)具体为：
15.按照辐射型漏泄电缆的制作工艺，设计n种开槽类型，分别进行测试获取第i种开槽类型的电缆子段k
i
单位长度衰减α
i
、以及耦合损耗lc
i
，i＝1，2，...，n，满足：
16.若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，其中a，b＝1，2，...，n。
17.优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(3)为：按照耦合损耗降序排列进行迭代：对于当前的电缆子段集合，判断是否能满足步骤(1)获得的设计需求；当判断当前的电缆子段集合能满足所述设计需求时，则获取所述电缆子段集中各电缆子段长度作为最少电缆子段集合，否则：若存在剩下的备选电缆子段，则将其中耦合损耗最大的电缆子段加入电缆子段集合从而更新所述当前的电缆子段集合并进行迭代，否则，即不存在剩下的备选电缆子段，则采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段不能满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求，重复步骤(2)设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；
18.所述判断电缆子集合否能满足步骤(1)获得的设计需求，具体如下：
19.获取满足性能要求值a的约束条件下，当前的电缆子段集合的电缆子段的总长度极大值l
t
，当电缆子段的总长度极大值l
t
超过设计需求的传输距离l0时，则判断当前的电缆子段集合能满足所述设计需求，否则判断当前的电缆子段集合不能满足所述设计需求。
20.优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(3)具体方案为：
21.(3
‑
1)对于按照耦合损耗降序排列的各备选子段k
i
，i＝1，2，...，n，选择前n个耦合损耗最大的开槽类型的电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}作为当前的电缆子段集合，并进入步骤(3
‑
2)；
22.(3
‑
2)计算电缆子段的长度l
i
如下，并进入步骤(3
‑
3)：
[0023][0024][0025]
其中，l
i
、α
i
、lc
i
分别为第i种开槽类型的电缆子段k
i
的长度、单位长度衰减、耦合损耗，其中i＝1，2，...n；
[0026]
(3
‑
3)计算电缆子段的总长度极大值l
t
＝∑l
i
，i＝1，2，...n；如果l
t
≥l0，则将电缆子段集{k
i
|i＝1，2，...n}合及l
i
作为最少电缆子段集合以及该集合中各电缆子段长度，进入步骤(4)；否则：如果n＜n，则将n+1赋值给n，并跳转到步骤(3
‑
1)，否则进入步骤(2)。
[0027]
优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(4)所述计算该集合中各电缆子段长度，具体如下：
[0028]
对于电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}，若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，i＝1，2，...，n，各电缆子段长度l
i
为：
[0029][0030]
优选地，所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，其步骤(4)所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案为，沿信号传播方向布设：k1(l1)k2(l2)...k
n
(l
n
)，其中，k
i
(l
i
)表示长度为l
i
的第i种开槽类型的电缆子段k
i
。
[0031]
按照本发明的另一个方面，提供了一种分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计系统，其包括：设计需求获取模块、电缆子段性能获取模块、迭代优化模块、以及方案整合模块；
[0032]
所述设计需求获取模块，用于获取辐射型漏泄电缆的使用需求，并提交给迭代优化模块；
[0033]
所述电缆子段性能获取模块，用于获取备选的电缆子段及各电缆子段的衰减性能和耦合损耗性能，并提交给迭代优化模块；
[0034]
所述迭代优化模块，用于迭代求解采用所述备选的各电缆子段满足所述辐射型漏泄电缆的使用需求所需的最少电缆子段集合，并提交给所述方案整合模块；若采用所述备选的各电缆子段不能满足所述辐射型漏泄电缆的使用需求，则调用所述电缆子段性能获取模块设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；
[0035]
其包括性能判断子模块，所述性能判断子模块，用于判断电缆子段集合是否能满足所述设计需求，具体用于：
[0036]
获取满足设计需求的性能要求值a的约束条件下，当前的电缆子段集合的电缆子段的总长度极大值l
t
，当电缆子段的总长度极大值l
t
超过设计需求的传输距离l0时，则判断当前的电缆子段集合能满足所述设计需求，否则判断当前的电缆子段集合不能满足所述设计需求；
[0037]
所述方案整合模块，用于计算所述最少电缆子段集合中各电缆子段长度，沿信号传输方向按照耦合损耗值降序设置相应长度的电缆子段，获得分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案。
[0038]
按照本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存
储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其所述处理器执行所述程序时实现本发明提供的分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法的步骤。
[0039]
按照本发明的另一个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的所述分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法的步骤。
[0040]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0041]
本发明提供了一套行之有效的分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，可以程序化、自动化的针对特定的电缆性能要求，进行分段组合优化。由于电缆子段的衰减性能和耦合损耗性能可作为先验知识保存，重复的应用于不同设计需求的辐射性漏泄电缆的开发，因此可以通过分段耦合优化辐射性漏泄电缆综合损耗，而无需设计新的槽孔结构，进行复杂的性能测试，从而以分段组合优化代替槽口结构设计，大幅降低电缆开发成本、缩短开发周期，降低开发门槛。
附图说明
[0042]
图1是辐射型分段耦合电缆的结构示意图；
[0043]
图2是辐射型分段耦合电缆的综合损耗优化效果示意图。
具体实施方式
[0044]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0045]
本发明提供的分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方法，包括以下步骤：
[0046]
(1)获取辐射型漏泄电缆的使用需求，所述使用需求即在信号传输距离小于预设距离l0范围内的各点综合损耗低于性能要求值a；使用需求根据相关标准和使用方的要求等具体确定；
[0047]
(2)设计所述分段耦合电缆备选的各电缆子段，并获取所述各电缆子段的衰减性能和耦合损耗性能，优选按照耦合损耗降序排列；具体为：
[0048]
按照辐射型漏泄电缆的制作工艺，设计n种开槽类型，分别进行测试获取第i种开槽类型的电缆子段k
i
单位长度衰减α
i
、以及耦合损耗lc
i
，i＝1，2，...，n，满足：
[0049]
若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，其中a，b＝1，2，...，n；
[0050]
(3)迭代求解采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求所需的最少电缆子段集合，若采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段不能满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求，则重复步骤(2)设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；
[0051]
所述迭代求解具体为：从各备选电缆子段k
i
，i＝1，2，...，n中选择电缆子段集合，计算在满足步骤(1)获得的性能要求值a的约束条件下，采用所述电缆子段集合时各备选电缆子段的总长度极大值，将其各备选子段的总长度极大值恰大于或等于所述预设距离l0的
电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}作为最少电缆子段集合；
[0052]
优选方案，按照耦合损耗降序排列进行迭代：对于当前的电缆子段集合，判断是否能满足步骤(1)获得的设计需求；当判断当前的电缆子段集合能满足所述设计需求时，则获取所述电缆子段集中各电缆子段长度作为最少电缆子段集合，否则：若存在剩下的备选电缆子段，则将其中耦合损耗最大的电缆子段加入电缆子段集合从而更新所述当前的电缆子段集合并进行迭代，否则，即不存在剩下的备选电缆子段，则采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段不能满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求，重复步骤(2)设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；
[0053]
所述判断是否能满足步骤(1)获得的设计需求，具体如下：
[0054]
获取满足性能要求值a的约束条件下，当前的电缆子段集合的电缆子段的总长度极大值l
t
，当电缆子段的总长度极大值l
t
超过设计需求的传输距离l0时，则判断当前的电缆子段集合能满足所述设计需求，否则判断当前的电缆子段集合不能满足所述设计需求。
[0055]
具体方案为：
[0056]
(3
‑
1)对于按照耦合损耗降序排列的各备选子段k
i
，i＝1，2，...，n，选择前n个耦合损耗最大的开槽类型的电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}作为当前的电缆子段集合，并进入步骤(3
‑
2)；
[0057]
(3
‑
2)计算电缆子段的长度l
i
如下，并进入步骤(3
‑
3)：
[0058][0059][0060]
其中，l
i
、α
i
、lc
i
分别为第i种开槽类型的电缆子段k
i
的长度、单位长度衰减、耦合损耗，其中i＝1，2，...n；
[0061]
(3
‑
3)计算电缆子段的总长度极大值l
t
＝∑l
i
，i＝1，2，...n；如果l
t
≥l0，则将电缆子段集{k
i
|i＝1，2，...n}合及l
i
作为最少电缆子段集合以及该集合中各电缆子段长度，进入步骤(4)；否则：如果n＜n，则将n+1赋值给n，并跳转到步骤(3
‑
1)，否则进入步骤(2)。
[0062]
(4)对于步骤(3)获得的最少电缆子段集合，计算该集合中各电缆子段长度，沿信号传输方向按照耦合损耗值降序设置相应长度的电缆子段，获得分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案；
[0063]
所述计算该集合中各电缆子段长度，具体如下：
[0064]
对于电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}，若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，i＝1，2，...，n，各电缆子段长度l
i
为：
[0065][0066]
分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案为，沿信号传播方向布设：k1(l1)k2(l2)...k
n
(l
n
)，其中，k
i
(l
i
)表示长度为l
i
的第i种开槽类型的电缆子段k
i
，如图1所示。
[0067]
以下为实施例：
[0068]
记每个电缆子段的单位长度衰减α
i
，耦合损耗lc
i
，每个分段末端的综合损耗为
ll
i
，每个分段的长度l
i
，对于整段的连续漏缆，从信号输入端为始端，每个区段的耦合损耗lc
i
呈逐渐减小的趋势。由于漏缆中传输的能量总量一定，耦合损耗较小的单位长度衰减α
i
也会相对较大。则对于信号传输系统中某个频点某个信号传输距离l0的综合损耗性能要求值a，各区段衰减l
i
α
i
和耦合损耗lc
i
有：
[0069]
ll1＝l1α1+lc1＜a
[0070]
ll2＝l1α1+l2α2+lc2＜a
[0071]
…
[0072]
ll
n
＝∑l
n
α
n
+lc
n
＜a
[0073]
i＝1，2，...n
[0074]
因为每段的耦合损耗lc
i
越来越小，因此总会有一段总衰减为l
i
α
i
的分段可以延续下去，直至所有分段长度l
i
之和满足所需。理论上漏缆传输的总能量一定，因此漏缆总长l
t
＝∑l
i i＝1，2，...n必有一个上限。
[0075]
例如铁路和地铁宽频700～3700mhz的频段通信系统所需求的漏缆，应满足其因周期性开槽导致的驻波峰值避开频段内信号传输的频带，然后根据相应标准(如qzz/t
‑
3007和qzz/t
‑
3012)，设计槽孔的角度、长度和宽度，使各个频点综合损耗满足要求值，对于在信号传输距离l0上各点综合损耗低于性能要求值a按照如下方案设计电缆子段：
[0076]
(1)获取辐射型漏泄电缆的设计需求：即获取在信号传输距离l0处综合损耗低于性能要求值a；
[0077]
(2)设计所述分段耦合电缆备选的各电缆子段，并获取所述各电缆子段的衰减性能和耦合损耗性能，按照耦合损耗降序排列：具体为：
[0078]
按照辐射型漏泄电缆的制作工艺，设计n种开槽类型，分别进行测试获取第i种开槽类型的电缆子段k
i
单位长度衰减α
i
、以及耦合损耗lc
i
，i＝1，2，...，n，
[0079]
一般对于每个区段本身，应当设计合理的电缆生产工艺和外导体槽孔，使单位长度衰减α
i
和耦合损耗lc
i
尽可能的好，使分段混合的漏缆总长可以满足使用方的需求，并且可以减少区段数量，方便漏缆的生产加工。
[0080]
排序编号使电缆子段满足：
[0081]
若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，其中a，b＝1，2，...，n；
[0082]
设计外导体槽孔时，几乎不可能出现不同槽孔电气性能完全相同的情况，如果出现相同耦合损耗相同或相当的槽孔，只会选择单位长度衰减最小的槽孔类型作为备选的电缆子段，因此不存在不同的备选电缆子段耦合损耗相同的情况。
[0083]
(3)迭代求解采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求所需的最少电缆子段集合，若采用步骤(2)获取的备选的各电缆子段不能满足步骤(1)获得的辐射型漏泄电缆的使用需求，则重复步骤(2)设计衰减性能和耦合损耗性能更佳的备选的电缆子段；具体为：
[0084]
初始化n＝1；
[0085]
(3
‑
1)对于按照耦合损耗降序排列的各备选子段k
i
，i＝1，2，...，n，选择前n个耦合损耗最大的开槽类型的电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}作为当前的电缆子段集合，并进入步骤(3
‑
2)；
[0086]
(3
‑
2)计算电缆子段的长度l
i
如下，并进入步骤(3
‑
3)：
[0087][0088][0089]
其中，l
i
、α
i
、lc
i
分别为第i种开槽类型的电缆子段k
i
的长度、单位长度衰减、耦合损耗，其中i＝1，2，...n；
[0090]
(3
‑
3)计算电缆子段的总长度极大值l
t
＝∑l
i
，i＝1，2，...n；如果l
t
≥l0，则将电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}及l
i
作为最少电缆子段集合以及该集合中各电缆子段长度，进入步骤(4)；否则：如果n＜n，则将n+1赋值给n，并跳转到步骤(3
‑
1)，否则进入步骤(2)。
[0091]
(4)对于步骤(3)获得的最少电缆子段集合，计算该集合中各电缆子段长度，沿信号传输方向按照耦合损耗值降序设置相应长度的电缆子段，获得分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案；
[0092]
所述计算该集合中各电缆子段长度，具体如下：
[0093]
对于电缆子段集合{k
i
|i＝1，2，...n}，若有a＜b，则有lc
a
＞lc
b
，i＝1，2，...，n，各电缆子段长度l
i
为：
[0094][0095]
分段耦合型辐射型泄漏电缆的设计方案为，沿信号传播方向布设：k1(l1)k2(l2)...k
n
(l
n
)，其中，k
i
(l
i
)表示长度为l
i
的第i种开槽类型的电缆子段k
i
，如图1所示。
[0096]
本方案设计各个区段的漏缆，可以以其中某一区段为基点，通过优化生产工艺和槽孔设计，使之拥有较好的衰减和耦合损耗，并且满足使用场所要求的其他电气性能，如图2所示。
[0097]
在然后通过改变外导上槽孔的长度、宽度和倾斜角度，使其辐射信号能力改变，耦合损耗增大或减小，由于电缆传输的总能量一定，单位衰减也会相应的减小或增大。在通过上述方式，将各区段漏缆组合起来，满足使用需求。
[0098]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。