用于闭域空间（矿井与隧道等）无线通信系统及泄漏同轴电缆的特性研究(三)

用于闭域空间（矿井与隧道等）无线通信系统及泄漏同轴电缆的特性研究(三) 已不显著。从上面的分析可知,在矿井内,对无线传输有利的条件是高传输频率,对无线传输影响较小的是大的巷道截面积、巷道内的纵向导体,对无线传输不利的条件是巷道的拐弯、分支、金属或混凝土制的风门、风墙、通过的电机车等。通过对矿井无线传输特点的分析可以看出,特低频段、甚低频段、甚高频段、特高频段衰减较小。如果选择特低频段和甚低频段,则要求发射机功率大,天线长度长,会给煤矿工人的工作和行走带来极大的不便,很难满足煤矿的实际需要。在甚高频段和特高频段,频率越高,衰减越小。应尽量选择甚高频和特高频频段。从前人对井下工作环境影响电磁波传输的研究成果中可以看出,1 000 MHz 为矿井无线传输的较低价格,选ISM 频段(868～915 MHz) 较合理,这样也利于与地面移动通信系统兼容和利用现有的技术成果。另一个使用ISM 频段的原因是考虑到移动设备的体积,使用该频段天线尺寸和设备体积远小于用高、中、低频的天线尺寸和设备体积。

2.2 井下蜂窝通信网基站布置和复用频率组的确定
井下的工作区域是由巷道相连组成,如尽可能在拐弯和分叉的中心处设立基站,这样蜂窝小区的布置是条状的,如图1 所示。

 

图1  将基站设在分叉和拐弯的中心
图2 表示条状服务区,A 、B、C、⋯K 为基站, r0为基站覆盖区半径; a 为重叠区宽度。可以看出,当
移动台处在覆盖区边缘X 点时,遭受邻区干扰影响最为严重。X 点的移动台载波/ 同频干扰比C/ I 可
计算如下:
二频组:A 和C 基站使用相同频率

三频组:A 和D 基站使用相同频率

n 频组:A 和第( n + 1) 个基站同

 

图2 条状服务区基站的频率组成
3 结束语
   根据CCITT 标准对小区制规定,要求小区制系统的载波/ 同频干扰比C/ I ≥18 (dB) ,小区的半径R = 400 m ,重叠区宽度a = 70 m。由式(1) 和式(2)计算二频组和三频组的C/ I 分别为26. 0 ( dB) 和16. 9 (dB) 。为了符合CCITT 的标准应采用三频组。
第三章 特种通信电缆——泄漏电缆的介绍
:

3.1 理论分析
 泄漏电缆是通过外导体屏蔽的不完善性来实现信号泄漏作用的. 和普通通信电缆在结构上的区别在于其外导体的结构不是封闭结构, 而是人为开有一些槽孔. 其典型结构有①八字槽式泄漏; ②螺旋泄漏电缆; ③纵向开槽泄漏电缆; ④打孔式泄漏电缆; ⑤松编织泄漏电缆等.利用圆柱坐标系分析泄漏电缆周围的电磁场, 电缆按如图1 所示放置在圆柱坐标系中.首先从适用于自由空间的亥姆霍兹方程分析:

 

 图1圆柱坐标系下泄漏电缆电磁场分析
式中: H 为磁场强度; t 为时间; C 为光速, C= 3×108mös 方程的通解的形式为
式中: r 为到电缆轴线的距离; z 为沿电缆轴向的距离; X 为电磁波的角频率; t 为时间; B为沿Z 轴方向的相位常数;M ( r) 为描述电磁场的减小量与到电缆距离的关系的量.将方程(2) 代入方程(1) 亥姆霍兹方程转化为M ( r) 函数的方程:

                                                                             
式中:
函数的变化过程主要取决于 的符号:
1) 如果为负, 函数M ( r) 随r 作指数衰减(凋落场) , 我们称之为耦合模. 方程(3) 的解表示能量流平行于电缆轴向传输. 电磁场能量集中在紧邻电缆的周围空间并且随相对于电缆的距离的增大而迅速减小. 限制在电缆周围的电磁波大部分沿电缆轴向传播, 少部分随机径向散射.
2) 如果表达式 为正, 函数M ( r) 为r 的虚指函数(导波场) , 我们称之为辐射模. 这些模的所有小孔的辐射波的同相位叠加, 与用天线传播时相比, 仅是这里没有调谐的影响.泄漏电缆的能量一部分沿电缆轴向传播, 一部分沿电缆径向以电磁波的形式辐射出去, 其传播能量的示意如图2 . 其传输能量与辐射能量的分配与泄漏电缆的结构有直接关系. 普通的泄漏电缆有诸如高耦合损耗、受环境影响强烈、传输场有较高的散射损耗等缺点, 但近些年对辐射模泄漏电缆的研究使泄漏的应用性能已非常成功.

图2泄漏电缆传输能量分配图
3.2 应用研究
3.2.1 在坑道、隧道、煤矿井下等电磁波难以传播的场所的通信
 这些场所一般有较多的拐弯处, 内壁比较粗糙, 对电磁波有隔断、反射、吸收作用, 使无线电信号难以传播或信号传播距离很难达到要求, 而这些场所的通信又是至观重要的. 泄漏电缆恰巧是最有效的解决方法. 当泄漏电缆沿坑道、隧道、井下敷设后, 这些地方就充满了泄漏出来的电磁波, 处在这些地方的无线电台或传呼器就可以接收到外部传来的信息. 同时也可以用另一条泄漏电缆向外传送信号, 这样就保证了通信畅通, 对保证井下安全等具有重大意义。在这方面应用的例子很多,如我国北京地铁就敷设了泄漏电缆, 一些煤矿井下也敷设了这种电缆; 在国外比较典型的如英吉利海峡海底隧道中敷设了250 公里的辐射泄漏电缆,包括从主隧道到小的服务支线, 从隧道终端到通风机操作室. 工作频率可工作在100MHz 到900MHz . 任何人在任何地点均可通过450MHz 频段的手机进行通讯. 亦可转播交通管制情况、视频信号和话音信号.
3.2.2 在移动通信的应用
 袖珍电台无线系统的大发展, 各种新型通信业务的日益增多, 在高楼、大厦、船舶、炼钢厂、或屏蔽很好的核电场内部, 无线电不能自由传播, 难以实现移动无线通信, 必须采用泄漏同轴电缆来构成移动通信系统. 同样在展览大厅、大会会场敷设泄漏电缆后, 可以使用无塞绳电话进行通信, 方便灵活, 机动性好. 在日本采用较高级的带中继的泄漏电缆通讯系统, 采用多个增音机来实现较长距离的信号接力. 以列车对基地电台移动相对固定的通信为例, 基地电台向列车发送450MHz 的射频信号, 中继器1 将此信号送入电缆, 与此同时, 中继1 还将产生15MHz 的中频信号一起送入电缆, 射频信号可以从电缆内辐射出来, 供列车通信使用, 而中频信号不会从电缆泄漏出来, 而是以低损耗传输到下一个中继器2在中继器2 内的中频信号的一部分变成射频信号, 沿线路辐射, 而剩余的中频信号再传到中继器3, 如此可实现远距离通信.
3.2.3 频域覆盖和区域监护
 由于泄漏电缆的电磁波信号只分布在相对有限的范围内, 可以减少日益严重的

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