本发明涉及无线通信及信号传输技术领域，尤其涉及一种具有双极化辐射模的椭圆漏泄软波导。
背景技术：
目前，随着城市轨道交通无线通信技术的发展，基于通信的列车自动控制系统(communicationbasedtraincontrolsystem，cbtc)已在城市轨道交通信号系统广泛应用。现有的cbtc信号系统的频率范围为2.4ghz～2.5ghz，而目前在该频段应用的电子设备众多，包括wi-fi、ipad、无线鼠标、无绳电话、蓝牙设备以及医疗检测设备等，无疑会对车地无线传输信号系统造成不同程度的干扰，影响列车的安全运行。
mimo技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量，实现了多载频融合及多系统的互联互通。该项技术能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，因具有明显优势而被视为下一代移动通信的核心技术，目前国内城市轨道交通无线信号传输领域也相继开始此项技术的研究和试验工作，华为公司已计划在比亚迪云轨项目中采用此频谱搭载lte-u系统实现车地通信功能，并且国家已发布5g频谱室外频率为4.8ghz～5.0ghz。
现有的城市轨道交通车地无线传输lte综合承载系统一般采用天线、漏泄电缆及漏泄波导三种传输媒质，其中，漏泄波导因具有传输信号可靠性最高、传输距离最长、受外界环境影响最小、工作频率可以根据波导腔体结构尺寸确定等优势得到广泛应用。基于车地信号传输的可靠性及外界电磁环境对城市轨道交通信号系统的影响，未来漏泄波导将广泛应用于3ghz以上的车地无线信号传输系统。
当采用mimo技术时，现有的漏泄波导铺设方式主要包括两种，一种是间隔一定距离铺设两根椭圆漏泄软波导，另一种是铺设一根具有双极化辐射模的矩形漏泄波导。当采用前者进行组网时，两根椭圆漏泄软波导必须要保持一定间距才可实现mimo功能，导致敷设空间大、施工难度大、安装成本和维护成本增加等诸多不利影响，还会对其他部门的线路施工、维护也造成诸多不便；当采用后者进行组网时，由于矩形漏泄波导的结构特性，会导致出现使得存在下述问题：(1)只能敷设于轨道外侧或轨道内侧，敷设空间有限；(2)矩形漏泄波导沿线铺设在轨旁，维修钢轨时需将附近几段矩形漏泄波导拆掉才可进行，对铁轨后期维护造成不便；(3)、因矩形漏泄波导只能做成直管而无法进行弯曲，运输和搬运不便；(4)、单根矩形漏泄波导距离较短，单位距离内的连接点多，不仅铺设时连接处安装工作繁重，连接点过多也给整个通信网络的通信安全造成了极大的隐患；(5)、受安装环境和结构影响，矩形漏泄波导热胀冷缩现象严重，据统计每300米线路长度热胀冷缩量就可达到700mm之大，导致连接法兰处极易被拉松，进而导致矩形漏泄波导受潮进水，影响整个通信网络的安全；(6)矩形漏泄波导防水防潮性能差，易导致内部受潮进水，进而影响通信质量；(7)、受复杂的地铁环境影响明显，矩形漏泄波导会受到列车直流供电系统的电腐蚀和因环境产生的化学腐蚀的严重危害，由于矩形漏泄波导只对带有漏泄孔的宽面进行防护，在其余三个面会出现锈蚀损毁的现象，导致通信系统瘫痪。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有双极化辐射模的椭圆漏泄软波导，能够通过敷设一根漏泄软波导实现轨道交通车地无线信号传输的多输入多输出技术，同时提高不同信号间的隔离度，保证不同信道中信号的高容量高质量传输，并能实现基于lte的车地无线传输综合承载cbtc、pis、wi-fi及lte-u等多通信系统的互联互通并适应5g发展使用需求。
本发明采用的技术方案为：
一种具有双极化辐射模的椭圆漏泄软波导，包括平行设置的两个椭圆金属波导管，椭圆金属波导管采用轧纹成型工艺形成的皱纹管，两个椭圆金属波导管外均套设有外护套且两个外护套之间通过连接筋连接为一体；所述两个椭圆金属波导管的同一侧端面上分别设有用于辐射垂直极化波的垂直极化漏泄单元和用于辐射水平极化波的水平极化漏泄单元，垂直极化漏泄单元所产生的垂直极化波和水平漏泄单元所产生的水平极化波之间的场强相差20db以上；
所述的垂直极化漏泄单元包括多组沿椭圆金属波导管的长度方向均匀排列的垂直极化漏泄孔组；设相邻两组垂直极化漏泄孔组的节距为p，则
所述的水平极化漏泄单元包括多组沿椭圆金属波导管的长度方向均匀排列的水平极化漏泄孔组，设相邻两组水平极化漏泄孔组的节距为p＇，则
设椭圆金属软波导的终止频率为fstop，设其中任一椭圆金属波导管腔体横截面的长轴直径长度为a，短轴直径长度为b，则长轴直径长度的取值范围为25.5mm≤a≤108.5mm，短轴直径长度的取值范围为12.5mm≤b≤65.5mm，其对应的终止频率fstop的取值范围为2.5ghz≤fstop≤11.7ghz。
所述的任一椭圆金属波导管腔体横截面的长轴直径长度的取值范围为48.5mm≤a≤50.5mm，短轴直径长度的取值范围为27.5mm≤b≤30mm，其对应的终止频率fstop的取值范围为4.6ghz≤fstop≤6.6ghz。
设所述椭圆金属波导管较宽的两侧外表面为宽面，椭圆金属波导管较窄的两侧外表面为窄面，两个椭圆金属波导管的宽面均朝向前后设置，垂直极化漏泄单元和水平极化漏泄单元分别设置在两个椭圆金属波导管的同一侧宽面上。
所述的两个椭圆金属波导管上所设漏泄孔的孔型采用“一”字型漏泄孔、“竖条型漏泄孔”、“八”字型漏泄孔或连续型漏泄孔中的任意两种；
所述的“一”字型漏泄孔为平行于椭圆金属波导管长度方向的横向条形孔，“一”字型漏泄孔上下交错依次设置在对应椭圆金属波导管的端面上；
所述的“八”字型漏泄孔为中线与椭圆金属波导管的长度方向呈夹角θ的斜向条形孔，同一组的斜向条形孔相互平行，且同组的斜向条形孔的底端位于同一条平行于椭圆金属波导管长度方向的直线上，相邻两组的斜向条形孔结构相同且沿椭圆金属软波导的径向左右对称；
所述的竖条型漏泄孔为垂直于椭圆金属波导管长度方向的竖向条形孔，同一组的竖向条形孔的底端位于同一条平行于椭圆金属波导管长度方向的直线上；
所述的连续型漏泄孔均设置在椭圆金属波导管的波峰上，同一组的连续型漏泄孔分别设置在与连续型漏泄孔数量相同的多个连续的波峰上。
所述外护套上设有平行于椭圆金属波导管的承力索，承力索由内至外依次包括钢缆和钢缆护套，钢缆护套与外护套连接为一体。
所述承力索设置在上方外护套的上方和/或下方外护套的下方。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过设置平行的椭圆金属波导管，并在两个椭圆金属波导管同一侧端面上分别设置用于辐射垂直极化波和水平极化波的漏泄孔，形成传输信号的不同信道，实现了多输入多输出技术在一根漏泄波导上的应用，同时提高不同信号间的隔离度，保证不同信道中信号的高容量高质量传输，大大提高了系统信道容量，同时将系统频率范围提升为3ghz至几十ghz；
(2)通过使用轧纹结构的椭圆金属波导，大大增强了本发明的弯曲性能，使其可以成圈地盘绕在电缆盘具上，单根长度长，不仅方便了运输和搬运，打破了原有的矩形漏泄波导不能长段运输的局限性和搬运造成的人力浪费，而且减小了单位距离内的连接点数量，大大提高了铺设效率，减小了人力浪费；
(3)通过将垂直极化漏泄单元和水平极化漏泄单元分别沿椭圆金属波导管的长度方向均匀设置在两个椭圆金属波导管的同一侧宽面上，使任意一个椭圆金属波导管上漏泄孔所产生的信号场强均具有良好的平坦度，50％概率与95％概率的接收场强差值小于2db，更好地适应于车地无线信号的传输，满足mimo技术的使用需求，符合通信技术的发展趋势；
(4)利用椭圆金属波导的弯曲度好、重量轻的特点，通过设置承力索即可使本发明既可以像漏泄同轴电缆一样通过吊具固定在墙壁上，也可像矩形漏泄波导管一样铺设在轨道旁，安装方式灵活，且安装方便；
(5)通过设置外护套结构，对漏泄软波导进行全方位的防护，有效的避免了复杂环境对椭圆漏泄波导管的锈蚀损坏，极大程度的加强了防水防潮效果，在保证波导使用性能的同时，解决了传统矩形波导管易受潮易腐蚀的缺陷，间接保障了波导传输的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为图1中垂直极化漏泄孔组的结构示意图；
图3为图1中水平极化漏泄孔组的结构示意图；
图4为图1的截面结构示意图；
图5为本发明实施例一中采用垂直极化天线接收第一波导管场强仿真图；
图6为本发明实施例一中采用垂直极化天线接收第二波导管场强仿真图；
图7为本发明实施例一中采用水平极化天线接收第二波导管场强仿真图；
图8为本发明实施例一中采用水平极化天线接收第一波导管场强仿真图；
图9为本发明实施例二的结构示意图。
附图标记说明：
1、第一波导管；2、横向条形孔；3、第二波导管；4、竖向条形孔；5、外护套；6、承力索；6a、钢缆；6b、钢缆护套；7、连接筋；8、斜向条形孔；9、连续型漏泄孔。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括平行设置的两个椭圆金属波导管，椭圆金属波导管采用轧纹成型工艺形成的皱纹管，两个椭圆金属波导管外均套设有外护套5，两个外护套5之间通过连接筋7连接为一体；外护套5上设置有平行于椭圆金属波导管的承力索6，承力索6由内至外依次包括钢缆6a和钢缆护套6b，钢缆护套6b与外护套5连接为一体，承力索6设置在上方外护套5的上方和/或下方外护套5的下方。
两个椭圆金属波导管的前端面上分别设有用于辐射垂直极化波的垂直极化漏泄单元和用于辐射水平极化波的水平极化漏泄单元，垂直极化漏泄单元所产生的垂直极化波和水平漏泄单元所产生的水平极化波之间的场强相差20db以上。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例一：
如图1所示，本发明包括两个平行设置的椭圆金属波导管，设所述椭圆金属波导管较宽的两侧外表面为宽面，椭圆金属波导管较窄的两侧外表面为窄面，两个椭圆金属波导管均宽面朝向前后设置。
设椭圆金属波导管横截面的长轴直径长度为a，设椭圆金属波导管横截面的短轴直径长度为b，a和b的取值同时满足下面的公式(1)和公式(2)：
a>b且a≈2kb(1)
公式(1)和(2)中，k为椭圆金属波导管直径修正系数，k的取值范围为0.8～1，k1为椭圆金属波导管轧纹修正系数，k1的取值范围为0.8～1，ct为自由空间电磁波的传播速度，fstop为椭圆漏金属波导管的终止频率；长轴直径长度的取值范围优选为25.5mm≤a≤108.5mm，短轴直径长度的取值范围优选为12.5mm≤b≤65.5mm，其对应的终止频率fstop的取值范围为2.5ghz≤f≤11.7ghz。进一步地，优选长轴直径长度的取值范围为48.5mm≤a≤50.5mm，短轴直径长度的取值范围为27.5mm≤b≤30mm，其对应的终止频率fstop的取值范围为4.6ghz≤f≤6.6ghz。本实施例中，a＝49.35mm，
设上方的椭圆金属波导管为第一波导管1，下方的椭圆金属波导管为第二波导管3。如图4所示，第一波导管1的外护套5上方设有平行于第一波导管1的承力索6，承力索6由内至外依次包括钢缆6a和钢缆护套6b，钢缆护套6b与外护套5连接为一体。利用椭圆金属波导的弯曲度好、重量轻的特点，通过将承力索6吊挂在隧道壁等安装位置，铺设时第一波导管1和第二波导管3上所设漏泄孔方向需朝向车载天线接收方向，即可实现本发明的便捷安装，既可以像漏泄同轴电缆一样通过吊具固定在墙壁上，也可像矩形漏泄波导管一样铺设在轨道旁，安装方式灵活，且安装方便。
第一波导管1的前端宽面上沿水平方向均匀设有多组垂直极化漏泄孔组；设相邻两组垂直极化漏泄孔组的节距为p，则p≈mλ/2，m为整数，且1≤m≤10,λ为电磁波在对应使用频率下在椭圆金属波导中的波长；每组垂直极化漏泄组包括两个“一”字型漏泄孔，相邻的“一”字型漏泄孔上下交错排列在第一波导管1前端宽面的中轴线的上下两侧。如图2所示，“一”字型漏泄孔为横向条形孔2，设两个波峰的节距为l，两个“一”字型漏泄孔之间的节距p1为2l，两组垂直极化漏泄组之间的节距p为6l。
如图3所示，第二波导管3的前端宽面上沿水平方向均匀设有多组水平极化漏泄孔组，水平极化漏泄孔组与垂直极化漏泄孔组的位置上下一一对应；每组水平极化漏泄孔组包括两个并排设置的竖条形漏泄孔，竖条形漏泄孔垂直于椭圆金属波导管的长度方向设置，且竖条形漏泄孔的中点设置在第二波导管3的中心轴线上，每个竖条形漏泄孔与上方第一金属波导管上的“一”字型漏泄孔上下位置对应。
上述横向条形孔2和竖向条形孔4的长边长度的范围为
评估椭圆金属波导管辐射性能的好坏，一般通过其耦合损耗的概率进行考核。漏泄孔切断椭圆金属波导管内壁上的传导电流，在漏泄孔上产生电场，且对椭圆金属波导管内壁电流产生扰动，并从椭圆金属波导管内向自由空间耦合部分电磁能量，而随着漏泄孔位置以及形状和尺寸的不同，通过漏泄孔向外辐射的场强也不同。
下面以漏泄孔与车载天线的耦合损耗来进行说明：
漏泄孔与车载天线的耦合损耗通过下列公式求得：
公式(3)中，lc表示耦合损耗，单位为分贝，pt表示椭圆金属波导管内的传输功率电平，单位为分贝毫瓦，pr表示车载天线的接收功率电平，单位为分贝毫瓦。
通常采用50％及95％的局部耦合损耗概率值来衡量椭圆金属波导管辐射性能的好坏，即50％测得的局部耦合损耗小于该值和95％测得的局部耦合损耗小于该值，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，椭圆金属波导管的辐射性能越好。
传输性能的好坏一般根据其传输损耗来判断，椭圆金属波导管的传输损耗由下列公式求得：
alwg＝awg+ar(4)
公式(4)中，alwg表示椭圆金属波导管的传输损耗，awg表示椭圆波导的传输损耗，ar表示椭圆金属波导管的辐射损耗，辐射损耗的大小与漏泄孔2的槽口形状及尺寸有关，一般辐射损耗的取值范围为0.05awg≤ar≤0.2awg；其中，椭圆波导的传输损耗awg的计算公式如下：
公式(5)中，p表示波导材料的电阻率，p0表示铜材的电阻率，本实施例中，p0取值为1.7241x10-8ω﹒m，t为椭圆软波导铜带厚度，a为波导内截面宽度，a＝a-t，b为波导内截面高度，b＝b-t,fc为波导传输主模te10或h10的截止频率，f为所计算的传输损耗对应的频率，同一频率下，传输损耗越小，传输性能越好。
当射频信号注入本实施例中时，第一波导管1所向外辐射的波主要为垂直极化波，水平极化波相对较弱，并且车载天线具有较强的方向性，在同一地点采用垂直极化天线进行信号接收时，如图5和图6所示，所接收到的垂直极化波信号要强于水平极化波20db以上，所以在同一地点水平极化波信号不会对垂直极化波信号造成干扰；第二波导管3所向外辐射的波主要为水平极化波，垂直极化波相对较弱，并且车载天线具有较强的方向性，在同一地点采用水平极化天线进行信号接收时，如图7和图8所示，接收到的水平极化波信号要强于垂直极化波20db以上，所以，在同一地点垂直极化波信号不会对水平极化波信号造成干扰；若采用本发明中双极化天线进行接收无线信号时，根据图5和图7仿真结果所示，在同一地点所接收到的水平极化波强度与垂直极化波强度相差不超过2db，使第一波导管和第二波导管中任意一个波导管上的漏泄孔所产生的信号场强均具有良好的平坦面，有助于mimo技术实现。
实施例二：
如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于，第一波导管1上所设垂直极化漏泄孔组包括一个斜向条形孔8，斜向条形孔8与第一波导管1前端宽面的中轴线呈角度为θ的夹角，且斜向条形孔8的中点均设置在第一波导管1的中轴线上；相邻两组的斜向条形孔8结构相同且沿第二波导管3的径向左右对称。
第二波导管3上所设水平极化漏泄孔组包括多个连续设置在波峰上的连续型漏泄孔9，即每个波峰上均设有一个连续型漏泄孔9，连续型漏泄孔9沿第二波导管3宽面的中轴线排列；连续型漏泄孔9的形状包括椭圆形、矩形或圆形等，本实施例中采用矩形孔，且连续型漏泄孔9的竖向中线与第二波导管3的波纹方向一致。
本实施例中斜向条形孔8或矩形孔的长边长度的范围为
在第一波导管1的上端和第二波导管3的下端分别设有一条承力索6，承力索6由内至外依次包括钢缆6a和钢缆护套6b，钢缆护套6b与外护套5连接为一体。利用椭圆金属波导的弯曲度好、重量轻的特点，通过将承力索6卡设在隧道壁等安装位置，即可实现本发明的便捷安装，既可以像漏泄同轴电缆一样通过吊具固定在墙壁上，也可像矩形漏泄波导管一样铺设在轨道旁，安装方式灵活，且安装方便。
本实施例通过将垂直极化漏泄单元和水平极化漏泄单元分别沿椭圆金属波导管的长度方向均匀设置在两个椭圆金属波导管的前端宽面上，使任意一个椭圆金属波导管上漏泄孔所产生的信号场强均具有良好的平坦度，50％概率与95％概率的接收场强差值小于2db，更好地适应于车地无线信号的传输，满足mimo技术的使用需求，符合通信技术的发展趋势。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。