專利名稱：在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到同軸電纜外導(dǎo)體上縫隙輻射的技
術(shù)、即漏泄同軸電纜技術(shù)。
背景技術(shù)：
在隧道、山區(qū)等受限空間和復(fù)雜環(huán)境中，分立式天線產(chǎn)生的電磁波傳播距離較短， 并且空間場強(qiáng)的衰落(場強(qiáng)的不均勻性)較大，無線通信系統(tǒng)的可靠性降低，無線數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)誤碼率會增加。在這種情況下，采用漏泄同軸電纜可以產(chǎn)生比較均勻的場強(qiáng)覆蓋，從而 提高無線通信系統(tǒng)的可靠性。漏泄同軸電纜的提出已有50多年的歷史，已被廣泛應(yīng)用于地 下隧道、地鐵、高速鐵路等復(fù)雜環(huán)境中的移動通信系統(tǒng)，在中國山區(qū)的無線列車調(diào)度系統(tǒng)中 也大量使用漏泄同軸電纜。 除外導(dǎo)體外，漏泄同軸電纜的結(jié)構(gòu)與普通射頻同軸電纜基本一樣，不同的是在漏
泄同軸電纜的外導(dǎo)體上開有周期性的縫隙，使電纜外導(dǎo)體成為不完全封閉的導(dǎo)體，因而電
纜內(nèi)的電磁波能量能夠通過外導(dǎo)體上的周期性縫隙耦合或輻射到外部空間，形成沿漏泄同
軸電纜的一條電波通道，該通道中的場強(qiáng)分布比較均勻，系統(tǒng)的通信可靠性大大提高。 現(xiàn)有的漏泄同軸電纜的設(shè)計基本上都是為了實現(xiàn)單一方向的電磁波極化，如八字
形縫隙漏泄同軸電纜、L形縫隙以及U形縫隙漏泄同軸電纜都是為了產(chǎn)生以垂直極化為主
的電磁波而設(shè)計，移動接收端采用相應(yīng)的垂直極化天線可接收到較強(qiáng)的信號。這種單一極
化的設(shè)計思想主要源于過去漏泄同軸電纜的應(yīng)用，過去的應(yīng)用主要是針對移動車輛頂部的
垂直單極天線，因而需要垂直極化為主的電波覆蓋。然而，如今的漏泄同軸電纜已經(jīng)廣泛應(yīng)
用于各種移動通信系統(tǒng)，移動通信終端并不總是保持某種單一極化狀態(tài)，如地鐵中的手機(jī)，
多數(shù)時候不是接電話，而是發(fā)信息、上網(wǎng)等，這時手機(jī)天線的極化可能處于任何狀態(tài)，即使
接電話，由于內(nèi)置天線的采用，手機(jī)的極化狀態(tài)也不一定是垂直狀態(tài)，極化失配會導(dǎo)致嚴(yán)重
的電波衰落，使傳輸質(zhì)量大大降低。因此單一極化為主的漏泄同軸電纜并不是很適合需要
多極化電波覆蓋的應(yīng)用場合，在這種情況下，圓極化是一種最好的選擇，圓極化波能夠與任
何線極化接收系統(tǒng)實現(xiàn)良好的極化匹配，不會出現(xiàn)大的電波衰落，一些重要通信系統(tǒng)、如衛(wèi)
星通信系統(tǒng)，為了保證通信質(zhì)量，常采用圓極化波輻射。如何使漏泄同軸電纜產(chǎn)生圓極化波
輻射是目前人們還沒有想過的問題，因為漏泄同軸電纜看起來結(jié)構(gòu)簡單，難以實現(xiàn)圓極化。
然而，在深入研究中發(fā)現(xiàn)，如果漏泄同軸電纜采用帶有斜邊的一些縫隙是可以形成圓極化
波輻射的?，F(xiàn)在的移動通信已經(jīng)不僅僅是當(dāng)初的手機(jī)電話通話，內(nèi)置式手機(jī)天線的應(yīng)用也
使得手機(jī)天線的極化變得很復(fù)雜，單一的電磁波極化方式已難以滿足移動通信高質(zhì)量和高
速率的要求，為此需要能夠發(fā)射圓極化波的漏泄同軸電纜。到目前為止，還沒有看到其它漏
泄同軸電纜產(chǎn)品能夠產(chǎn)生圓極化波的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能產(chǎn)生圓極化波輻射的不足，本發(fā)明提出了兩種能夠?qū)崿F(xiàn)圓極化波輻射的在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案 采用與普通射頻同軸電纜一樣的材料和方法制造本發(fā)明所提出的在周向45°角 范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體、內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)、外導(dǎo)體以 及外護(hù)套；在其外導(dǎo)體上周期性地開交疊三角形縫隙對或三角旗形縫隙對兩種結(jié)構(gòu)?？p隙 采用同方向排列或交錯方向排列。 第一種結(jié)構(gòu)為交疊三角形縫隙對結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)一 ；第二種結(jié)構(gòu)為三角旗形縫隙 對結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)二，這兩種結(jié)構(gòu)都能夠在漏泄同軸電纜周向45。至50°的張角范圍內(nèi)實 現(xiàn)極化軸比小于3dB的圓極化波的輻射，在其余區(qū)域內(nèi)則可以實現(xiàn)與現(xiàn)有漏泄同軸電纜相 同的極化軸比較大的橢圓極化或線極化波覆蓋。這兩種漏泄同軸電纜能夠與處于不同極化 狀態(tài)的移動終端(如地鐵中任意放置的多媒體手機(jī))實現(xiàn)極化匹配，使通信質(zhì)量得到保證， 數(shù)據(jù)傳輸速率得到提高。 本發(fā)明所提出的在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，外導(dǎo)體上所 開的交疊三角形縫隙對和三角旗形縫隙對是兩種不對稱結(jié)構(gòu)，其中三角形的斜邊可在縫隙 口面激發(fā)出周向和軸向兩個相互垂直的電場分量，通過調(diào)節(jié)縫隙的結(jié)構(gòu)參數(shù)可使這兩個分 量的大小接近，并且其相位差在一定的空間范圍內(nèi)接近90° ，從而使輻射場呈現(xiàn)圓極化。 如果漏泄同軸電纜外導(dǎo)體上的縫隙按交錯方向排列，則漏泄同軸電纜可在其軸向?qū)崿F(xiàn)圓極 化與線極化交替出現(xiàn)的方式即圓極化_橢圓極化_線極化_橢圓極化_圓極化_橢圓極 化_線極化...，這種方式雖然沒有圓極化方式好，但比單一線極化方式要好。在設(shè)計方法 上，交錯縫隙漏泄同軸電纜與同向縫隙漏泄同軸電纜相同，所以下文中重點討論同向縫隙 漏泄同軸電纜的技術(shù)方法。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所提出的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄 同軸電纜適應(yīng)了時代的發(fā)展，克服了現(xiàn)有漏泄同軸電纜的不足，能夠在40。至50°的周向 張角度范圍內(nèi)輻射極化軸比小于3dB的圓極化波，提供更為穩(wěn)定的場強(qiáng)覆蓋，使得不同極 化狀態(tài)下的移動終端都能接收到足夠強(qiáng)的信號，從而可保證移動通信的質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)傳 輸速率。本發(fā)明提出的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜與現(xiàn)有漏泄同軸 電纜相比有較大的優(yōu)越性，推廣后能夠帶來較大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。


圖1同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)。 圖2交錯方向三角形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)。 圖3交疊三角形縫隙對結(jié)構(gòu)。 圖4同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)。 圖5交錯方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)。 圖6三角旗形縫隙對結(jié)構(gòu)。 圖7漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)及耦合損耗測試面示意圖。 圖8圖7中A-A剖面漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)及耦合損耗測試面示意圖。 圖9漏泄同軸電纜架設(shè)示意圖及圓極化波覆蓋區(qū)域。 圖10由同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的周向分量和軸向分量確定的耦合損耗沿漏泄同軸電纜周向的分布，舉例參數(shù)為P = 20cm， r。2m， f。 = 900MHz， w = 0.04595m， h = 0.01622m， d = 0.003244m。 圖11同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的周向分量與軸向分量相位 差沿漏泄同軸電纜周向的分布，舉例參數(shù)同圖10。 圖12同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的極化軸比沿漏泄同軸電纜 周向的分布，測試半徑不同，其它舉例參數(shù)同圖10。 圖13同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜的耦合損耗沿漏泄同軸電纜軸向的 分布，測試半徑不同，其它舉例參數(shù)同圖10。 圖14同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的極化軸比沿漏泄同軸電纜 軸向的分布，測試半徑不同，其它舉例參數(shù)同圖10。 圖15同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的極化軸比沿漏泄同軸電纜 軸向的分布，測試角度不同，其它舉例參數(shù)同圖10。 圖16由同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的周向分量和軸向分量確定 的耦合損耗沿漏泄同軸電纜周向的分布，舉例參數(shù)為P = 20cm，r。 = 2m， f。 = 900MHz，w = 0. 05271m， h = 0. 01602m， t = 0. 004806m, g = 0. 002884m, a = 45° 。
圖17同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的周向分量與軸向分量相位差 沿漏泄同軸電纜周向的分布，舉例參數(shù)同圖16。 圖18同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的極化軸比沿漏泄同軸電纜周 向的分布，舉例參數(shù)同圖16。 圖19同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜的耦合損耗沿漏泄同軸電纜軸向的分 布，測試角度不同，其它舉例參數(shù)同圖16。 圖20同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜輻射場的極化軸比沿漏泄同軸電纜軸
向的分布，測試角度不同，其它舉例參數(shù)同圖16。 圖21交疊三角形縫隙對的直角變?yōu)殁g角或銳角示意圖。 圖22三角旗形縫隙對的直角變?yōu)殁g角或銳角示意圖。 圖23交疊三角形縫隙對或三角旗形縫隙對的尖角和直角作圓滑形過渡示意圖。
圖24不同縫隙尺寸的三角形縫隙組成的交疊三角形縫隙對或三角形縫隙和三角 旗形縫隙組成的縫隙對示意圖。 圖25由不同縫隙尺寸的交疊三角形縫隙對按交錯方向排成的陣列示意圖。
圖26由交疊三角形縫隙對和三角旗形縫隙對按交錯方向混合排列成的陣列示意 圖。 圖27由交疊三角形縫隙對按照不同間交錯方向隔交錯方向排列成的陣列示意 圖。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例一 (結(jié)構(gòu)一 ) 本發(fā)明的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，為如圖l所示的同 方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)或為圖2所示交錯方向三角形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)。 同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜的結(jié)構(gòu)包括圖7和圖8中所示的內(nèi)導(dǎo)體1、 內(nèi)外導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)2、外導(dǎo)體3以及外護(hù)套4，除外導(dǎo)體外，均采用與普通射頻同軸電纜 一樣的材料和方法制造，圖中r為圓柱坐標(biāo)系下的徑向坐標(biāo)，小為圓柱坐標(biāo)系下的周向坐 標(biāo)，z為圓柱坐標(biāo)系下的軸向坐標(biāo)，r。為耦合損耗測試面的半徑。圖1和圖3給出了該漏泄 同軸電纜的縫隙周期和縫隙結(jié)構(gòu)示意圖，圖中P為縫隙的周期，該漏泄同軸電纜外導(dǎo)體3采 用如圖l所示的交疊三角形縫隙對結(jié)構(gòu)開縫，其縫隙對結(jié)構(gòu)參數(shù)首先按照公式(一)確定 圖1中交疊三角形縫隙對的縫隙周期P的選取范圍，該范圍可保證漏泄同軸電纜單模輻射。 其中A 。為中心工作波長，由A) = 7確定，c為自由空間電磁波的傳播速度，f。為
漏泄同軸電纜所要設(shè)計的中心工作頻率，、為內(nèi)外導(dǎo)體之間絕緣體2的相對介電常數(shù)。f。 由漏泄同軸電纜的具體應(yīng)用系統(tǒng)確定，不同應(yīng)用系統(tǒng)有不同的中心頻率和相應(yīng)帶寬，因此 所設(shè)計漏泄同軸電纜的中心頻率和外導(dǎo)體上的縫隙周期P也就要根據(jù)公式(一)相應(yīng)地改 變。 確定了 A。后，P的具體值在公式(一)確定的范圍內(nèi)選取，選取主要取決于頻帶 的設(shè)計要求，頻帶的上、下限頻率只要都落在單模輻射區(qū)內(nèi)即可，最簡單的方法是直接取公 式(一)所確定范圍的中間值作為P值。P值的不同對最終的耦合損耗有一定的影響，但不 影響圓極化特性。 其次，根據(jù)公式(二 )確定交疊三角形縫隙對的縫隙的半長度w的取值范圍
<formula>formula see original document page 7</formula>
然后根據(jù)公式(三)計算出交疊三角形縫隙對的縫隙的寬度h<formula>formula see original document page 7</formula> 式中^ 二 ^^Z為漏泄同軸電纜中電磁波的傳播常數(shù)。 式(三)中的r為實現(xiàn)圓極化波輻射的關(guān)鍵參數(shù)，必須在公式(四)的范圍內(nèi)選 取。 <formula>formula see original document page 7</formula> 最后根據(jù)公式(五)確定交疊三角形縫隙對的縫隙最窄處距離d的選取范圍
<formula>formula see original document page 7</formula>
以上各參數(shù)的選取原則是縫隙半寬度W在所確定范圍內(nèi)選取，不同W對圓極化特 性影響不大，但對漏泄同軸電纜的耦合損耗有影響，設(shè)計較小耦合損耗的漏泄同軸電纜時 要選取較大的W值，設(shè)計較大耦合損耗的漏泄同軸電纜時則要選取較小的W值。Y值也可 以在所確定的范圍內(nèi)選取，但不同的Y值會使圓極化波覆蓋區(qū)域有所改變，即輻射區(qū)域中 心所對的方向(朝向)與縫隙口面所對的方向(朝向)之間的夾角有所不同，這在架設(shè)漏 泄同軸電纜時只需要將漏泄同軸電纜稍微旋轉(zhuǎn)一個角度即可，當(dāng)然公式(四)確定的Y值的變化范圍所引起的角度的變化并不大?？p隙最窄處距離d表示兩個三角形交疊的程度， 可在公式(五)確定的范圍內(nèi)選取，對圓極化特性影響不大。 [OO55] 實施例二 (結(jié)構(gòu)二 ) 本發(fā)明的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，為如圖4所示的同 方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)，或為圖5所示交錯方向三角旗形縫隙對漏泄同軸 電纜結(jié)構(gòu)。 同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜結(jié)構(gòu)包括圖7和圖8中所示的內(nèi)導(dǎo)體1、內(nèi)外 導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)2、外導(dǎo)體3以及外護(hù)套4，除外導(dǎo)體外，均采用與普通射頻同軸電纜一樣 的材料和方法制造。 圖4和圖6給出了該漏泄同軸電纜的縫隙周期和縫隙結(jié)構(gòu)示意圖，其三角旗形縫 隙對結(jié)構(gòu)參數(shù)為首先按照公式(六)確定圖4中三角旗形縫隙對的縫隙周期P的選取范 圍，同樣，該范圍是為了保證漏泄同軸電纜單模輻射。 其中A 。為中心工作波長，由A) = 7"確定，c為自由空間電磁波的傳播速度，f。為
漏泄同軸電纜所要設(shè)計的中心工作頻率，、為內(nèi)外導(dǎo)體之間絕緣體2的相對介電常數(shù)。P 值的選取原則與圖1所示漏泄同軸電纜相同。 其次，根據(jù)公式(七)確定三角旗形縫隙對的縫隙半長度w的選取范圍
0. 125P《w《0. 375P (七) 然后根據(jù)公式(八)計算出三角旗形縫隙對的縫隙寬度h
2 一, /z = ^sin- ("in，) (八)(八) 式中"=2;Z" A為漏泄同軸電纜中電磁波的傳播常數(shù)。
義0 式(八)中的Y同樣為實現(xiàn)圓極化輻射的關(guān)鍵參數(shù)，必須在公式(九)的范圍內(nèi) 選取。 0. 142《Y《0. 162 (九) 再根據(jù)公式(十)和(十一 )確定底邊水平縫隙寬度t和三角旗縫隙對間的距離 g的選取范圍 0. lh《t《0. 3h (十)
0《g《0. 2h ( ^^— ) 最后根據(jù)(十二 )確定三角旗縫隙的頂角(如圖6所示)a的取值范圍
一i W
0.087 S a S tan—'(^~~)弧度 (十二) 公式中w、 h和Y的選取原則與圖1所示漏泄同軸電纜各對應(yīng)參數(shù)的選取原則相 同，t的選取原則與圖1所示漏泄同軸電纜中d的選取原則相同，g值表示兩個三角旗形縫
(六)(六)隙之間的距離，可在公式(十一)確定的范圍內(nèi)選取，對結(jié)果影響不大。 上述實施方案中，漏泄同軸電纜外導(dǎo)體(3)上所開縫隙的周期和尺寸也可進(jìn)行如
下變化 外導(dǎo)體(3)上所開交疊三角形縫隙對的直角改變?yōu)殁g角或銳角，如圖21所示，或 所開三角旗形縫隙對的直角改變?yōu)殁g角或銳角，如圖22所示。 外導(dǎo)體(3)上所開交疊三角形縫隙對或三角旗形縫隙對的尖角和直角也可以改 變成圓滑形過渡角，形成圓滑過渡角的三角形縫隙對或三角旗形縫隙對，如圖23所示。
外導(dǎo)體(3)上所開縫隙為不同長度和寬度的三角形縫隙組成的交疊三角形縫隙 對；或為三角形縫隙和三角旗形縫隙組合成對，如圖24所示；或為不同長度和寬度的三角 旗形縫隙組成的三角旗形縫隙對；或為不同長度和寬度的三角形縫隙和三角旗形縫隙組合 成對；縫隙按同向方式排列或按交錯方向排列都可以。 外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由不同縫隙尺寸的交疊三角形縫隙對排成的周期性縫 隙陣列，如圖25所示；或由不同縫隙尺寸的三角旗形縫隙對排成的周期性縫隙陣列；縫隙 按同向方式排列或按交錯方向排列都可以。 外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由交疊三角形縫隙對和三角旗形縫隙對混合排列成的 周期性縫隙陣列，如圖26所示； 外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由交疊三角形縫隙對按照不同間隔排列成的縫隙陣 列，如圖27所示；或由三角旗形縫隙對按照不同間隔排列成的縫隙陣列，或由三角形縫隙 對和三角旗形縫隙對兩者的組合按照不同間隔排列成的縫隙陣列；縫隙按同向方式排列或 按交錯方向排列都可以。
數(shù)值計算例一 圖1所示同方向交疊三角形縫隙對漏泄同軸電纜的設(shè)計 這里舉例只是為了演示將上述實施方法應(yīng)用到一根漏泄同軸電纜的設(shè)計，以便供
設(shè)計人員參考，并不表示上述實施方案只適用于以下所列出的舉例數(shù)據(jù)。 選擇外導(dǎo)體內(nèi)徑為42mm的同軸電纜，內(nèi)外導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)2采用發(fā)泡聚乙烯，
其、=1.26，在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的中心工作頻率設(shè)為f。
=900MHz。 按公式(一)確定的交疊三角形縫隙對的縫隙周期P值選取范圍，為O. 157m至 0. 314m，可保證單模輻射，本例中選取P = 0. 2m。 確定具體P值后，按公式(二)確定交疊三角形縫隙對半長度w的范圍，為0.025m 至0. 075m，本例中選擇w = 0. 04595m。 接著是由關(guān)鍵參數(shù)Y確定交疊三角形縫隙對的寬度h，公式(四)確定的Y值均 可使最終的漏泄同軸電纜產(chǎn)生圓極化，但圓極化波的輻射區(qū)域(見圖9)會有所變化(在上 述實施方法一種已經(jīng)說明)，本例中選取中間點Y = 0. 1765，然后由公式(三)得到h = 0.01622m。 最后由公式(五)確定交疊三角形縫隙對最窄處距離d的選取范圍，為0.001622m 至0. 004866m，本例中選取d = 0. 2h = 0. 003244m。 通過對以上參數(shù)確定的在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜進(jìn)行 全波電磁仿真得到由其小分量(電場矢量沿周向的分量)和z分量(電場矢量沿軸向的分 量)確定的耦合損耗沿漏泄同軸電纜周向(小方向，見圖8)的分布，如圖IO所示，從中可以發(fā)現(xiàn)，兩個分量在小=75°左右接近相等，這是產(chǎn)生圓極化波的條件之一，條件之二就 是兩個分量的相位差要在90。左右，圖ll給出的是兩個分量的相位差沿周向的分布，可見 在小=75°左右兩個分量的相位差接近90。。圖12給出的是測試半徑r。(見圖8)分別 為lm、2m、4m時，極化軸比沿漏泄同軸電纜周向的變化情況，從中可見極化軸比在小=75° 左右接近0dB，也就是實現(xiàn)了圓極化，圖12中顯示的以極化軸比小于3dB定義的圓極化(通 常采用的定義)所對應(yīng)的周向張角范圍為45。 50°的地面區(qū)域的覆蓋，如圖9所示。圖 12還表明，測試距離r。變化時，圓極化波的極化軸比、覆蓋方向以及覆蓋范圍基本不變。以 上是漏泄同軸電纜周向的情況，圖13和圖14給出的分別是測試半徑r。為lm、2m、4m時小 =75°方向漏泄同軸電纜的總耦合損耗和極化軸比沿軸向的變化情況，從中可見，在圓極 化波輻射方向上，耦合損耗沿漏泄同軸電纜的波動小于2dB，極化軸比的波動基本在ldB以 內(nèi)，形成了很好的圓極化波輻射通道。圖15給出的是r。 = 2m時、小=50° 、75° 、95°時 極化軸比沿軸向的變化情況，從中可見，在小=50° 95°周向角度范圍內(nèi)變化時，沿漏 泄同軸電纜的極化軸比基本保持在3dB內(nèi)，因而可以在一條較寬的空間通道內(nèi)實現(xiàn)圓極化 波的覆蓋。 數(shù)值計算例二 圖4所示同方向三角旗形縫隙對漏泄同軸電纜的設(shè)計 這里舉例同樣只是為了演示將上述實施方法應(yīng)用到一根漏泄同軸電纜的設(shè)計，以
便供設(shè)計人員參考，并不表示上述實施方案只適用于以下所列出的舉例數(shù)據(jù)。 同樣選擇外導(dǎo)體內(nèi)徑為42mm的同軸電纜，內(nèi)外導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)2采用發(fā)泡聚乙
烯，其、=1.26，在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的中心工作頻率設(shè)
為f。 = 900MHz。按公式(六)確定的三角旗形縫隙對的縫隙周期P值選取范圍為0. 157m
至0. 314m，本例中同樣選取P = 0. 2m。 確定具體P值后，按公式(七)確定三角旗形縫隙對縫隙半長度w的范圍為O. 025m 至O. 075m，本例中選擇w = 0. 05271m。 接著由參數(shù)Y確定三角旗形縫隙對的縫隙的寬度h，本例中選取公式(九)中Y 變化范圍的中間點Y = 0. 152，然后由公式(八)得到h = 0.01602m。
由公式(十)和(十一 )確定三角旗形縫隙對的底邊水平縫隙寬度t和三角旗形 縫隙對間的距離g的選取范圍分別為0. 003204m至0. 004806m和0至0. 003204m，本例中選 取t = 0. 004806m和g = 0. 002884m。 最后由公式(十二)確定三角旗形縫隙的頂角a的取值范圍為5。至78° ，本例 中取a = 45° 。 通過對以上參數(shù)確定的漏泄同軸電纜進(jìn)行全波電磁仿真得到由其小分量和z分 量確定的耦合損耗沿漏泄同軸電纜周向的分布，如圖16所示，從中可以發(fā)現(xiàn)，相互垂直的 兩個分量在小=88°左右接近相等。 圖17給出的是兩個分量的相位差沿漏泄同軸電纜周向的分布情況，可見，在小= 80°左右時兩個分量的相位差接近90。。 圖18給出的是測試半徑r。(見圖8所示)為2m時極化軸比沿漏泄同軸電纜周向 的變化，從中可見，極化軸比在小=85°左右小于ldB，圖18中顯示的以軸比小于3dB定 義的圓極化波的周向角度變化范圍為45° ，可以實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的圓極化波覆蓋。
圖19和圖20分別給出了是測試半徑r。為2m時小=60° 、85°以及105°方向的總耦合損耗和極化軸比沿漏泄同軸電纜軸向的變化情況，從中可見，漏泄同軸電纜的耦 合損耗沿軸向波動小于2dB，并且在45。周向張角范圍內(nèi)，沿漏泄同軸電纜的平均極化軸 比在3dB以內(nèi)。
權(quán)利要求
在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，包括內(nèi)導(dǎo)體(1)、內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)(2)、外導(dǎo)體(3)以及外護(hù)套(4)，采用與普通射頻同軸電纜一樣的材料和方法制造；其特征在于，所述漏泄同軸電纜外導(dǎo)體(3)上開有周期性的交疊三角形縫隙對或三角旗形縫隙對；所述縫隙采用同方向排列或交錯方向排列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，其特征 在于，外導(dǎo)體(3)上所開縫隙為周期性交疊三角形縫隙對，交疊三角形縫隙對的縫隙周期P 和交疊三角形縫隙對的縫隙尺寸縫隙半長度w和縫隙寬度h以及縫隙最窄處距離d按照 下面公式確定；<formula>formula see original document page 2</formula>公式中、為內(nèi)外導(dǎo)體之間絕緣體(2)的相對介電常數(shù)，其中入。為中心工作波長，由 人=7確定，f。為需要設(shè)計的在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的中心工作頻率，c為自由空間電磁波的傳播速度= _1_^，為在周向45°角范圍內(nèi)周向輻義o射圓極化波的漏泄同軸電纜中電磁波的傳播常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，其特征 在于，外導(dǎo)體(3)上所開縫隙為周期性三角旗形縫隙對，三角旗形縫隙對縫隙的周期P和三 角旗形縫隙對的縫隙尺寸縫隙半長度w、縫隙寬度h、底邊水平縫隙寬度t、三角旗形縫隙 對間的距離g以及三角旗形縫隙的頂角a按照下面公式確定；<formula>formula see original document page 2</formula>(弧度)A-f公式中、為內(nèi)外導(dǎo)體之間絕緣體(2)的相對介電常數(shù)，其中入。為中心工作波長，由人=7~確定，f。為需要設(shè)計的周向輻射圓極化波的漏泄同軸電纜的中心工作頻率，c為自由空間電磁波的傳播速度= ~~^"^，為周向輻射圓極化波的漏泄同軸電纜中電磁波義o的傳播常數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，其特征 在于，外導(dǎo)體(3)上所開周期性交疊三角形縫隙對的直角改變?yōu)殁g角或銳角，或所開周期 性三角旗形縫隙對的直角改變?yōu)殁g角或銳角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸 電纜，其特征在于，外導(dǎo)體(3)上所開周期性交疊三角形縫隙對或三角旗形縫隙對縫隙的 尖角和直角改變成圓滑形過渡角而形成的縫隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，其特征 在于，外導(dǎo)體上(3)所開周期性縫隙為以上所述縫隙進(jìn)行長度和寬度改變后形成的交疊三 角形縫隙對或三角旗形縫隙對、或由三角形和三角旗形兩種縫隙組合成的組合縫隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在周向45。角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，其特征 在于，外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由不同縫隙尺寸的交疊三角形縫隙對排成的陣列，或由不 同縫隙尺寸的三角旗形縫隙對排成的陣列；外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由交疊三角形縫隙 對和三角旗形縫隙對混合排列成的陣列；外導(dǎo)體(3)上所開縫隙，為由交疊三角形縫隙對 或三角旗形縫隙對、或兩者的組合按照不同間隔排列成的陣列；縫隙按同向方式排列或按 交錯方向排列。
全文摘要
本發(fā)明提出的在周向45°角范圍內(nèi)輻射圓極化波的漏泄同軸電纜，涉及電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提出的漏泄同軸電纜克服了現(xiàn)有漏泄同軸電纜不能輻射圓極化波的不足，采用了交疊三角形縫隙對和三角旗形縫隙對作為外導(dǎo)體上的縫隙結(jié)構(gòu)，這兩種縫隙結(jié)構(gòu)能夠使漏泄同軸電纜在其周向張角為45°至50°的范圍內(nèi)實現(xiàn)極化軸比小于3dB的圓極化波的輻射，在其余區(qū)域內(nèi)則可以實現(xiàn)與現(xiàn)有輻射型漏泄同軸電纜相同的極化軸比較大的橢圓極化或線極化波覆蓋。這種圓極化型漏泄同軸電纜能夠與處于不同極化狀態(tài)的移動終端、如地鐵中的多媒體手機(jī)實現(xiàn)極化匹配，使通信質(zhì)量得到保證，數(shù)據(jù)傳輸速率得到提高，適用于復(fù)雜環(huán)境中的公共移動通信系統(tǒng)的電波覆蓋。
文檔編號H01Q13/20GK101710636SQ20091024233
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者王均宏 申請人:北京交通大學(xué)