CN101710635B - 基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提出的基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，涉及电子科学与技术领域。本发明所提出的漏泄同轴电缆克服了现有辐射型漏泄同轴电缆辐射场周向分布不够均匀、极化单一、以及缝隙处反射较大等不足，通过在漏泄同轴电缆外导体上开周期性的三角形缝隙和三角形组合缝隙以及三角旗形缝隙和三角旗形组合缝隙，使漏泄同轴电缆产生较为平坦的周向场分布，并且由于三角形结构的斜边可使周向场和轴向场分量的相位差在30°～120°范围内，从而实现椭圆极化波的辐射，避免不同极化状态的移动终端处出现大的电波衰落。基于三角形的缝隙的渐变结构同时还使漏泄同轴电缆缝隙处的特性阻抗变化平缓，从而减小反射，降低传输损耗。

Description

基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆

技术领域

本发明涉及电子科学与技术领域，具体涉及到同轴电缆外导体上缝隙辐射的技术、即漏泄同轴电缆技术。

背景技术

在隧道、山区等受限空间和复杂环境中，分立式天线产生的电磁波传播距离较短，并且空间场强的衰落(场强的不均匀性)较大，无线通信系统的通信质量和可靠性降低。在这种情况下，一般采用漏泄同轴电缆代替分立式天线系统，产生比较均匀的场强覆盖，从而提高无线通信系统的质量和可靠性。漏泄同轴电缆已被广泛应用于地下隧道、地铁、高速铁路等复杂环境中的移动通信系统，在中国山区的无线列车调度系统中也大量使用漏泄同轴电缆。

漏泄同轴电缆的结构与普通射频同轴电缆基本一样，不同的是在漏泄同轴电缆的外导体上开有周期性的缝隙，使电缆内部的电磁波能量能够通过这些缝隙耦合或辐射到外部空间，形成较为均匀的场强覆盖通道。

目前比较实用的辐射型漏泄同轴电缆其外导体上所开的缝隙主要有：斜缝隙以及由其构成的八字形缝隙、U形缝隙、L形缝隙等，其中斜缝隙和八字形缝隙漏泄同轴电缆仅考虑了高次模的消去，而没有考虑极化特性，因此这类漏泄同轴电缆产生的辐射场极化比较复杂，沿缆的场强均匀性较差；U形缝隙和L形缝隙漏泄同轴电缆则可产生以垂直极化为主的辐射场，沿缆的场强均匀性较好，一般来说，沿漏泄同轴电缆轴线切开的水平缝隙，由于口面的垂直方向的电场在缝隙的两个边沿大小相等方向相反，其辐射场相互抵消，所以水平缝隙不产生辐射。但如果在水平缝隙的一端或两端沿缆的横向切开一段很小的缝隙，就形成了所谓的L形和U形缝隙漏泄同轴电缆，这种缝隙结构沿漏泄同轴电缆周向具有不对称性，从而破坏了水平缝隙部分口面场的对称性，使得水平缝隙口面形成几乎单一方向的口面场，从而产生辐射。但不管是L形缝隙还是U形缝隙，水平缝隙部分都是其主要辐射的部分，垂直短缝隙虽然可以引入小的轴向辐射场分量，但其主要作用是为了打破结构对称性。它们的设计没有考虑到移动通信终端不同极化状态可能引起的极化失配问题，大多为单一方向极化。然而移动通信终端的天线并不总是保持单一的极化状态，如地铁中的手机，工作时天线可能处于任意极化状态，因此现有漏泄同轴电缆系统可能出现由于漏泄同轴电缆与移动终端极化失配而引起的很大的电波衰落。此外，现有的漏泄同轴电缆的设计没有考虑漏泄同轴电缆上开缝部分对漏泄同轴电缆特性阻抗的影响，因而容易造成由于漏泄同轴电缆特性阻抗突变所带来的开缝处反射较大、谐振点反射强烈、传输损耗增加等问题，如L形和U形缝隙结构中的横向短缝隙都使漏泄同轴电缆的特性阻抗产生跃变，因而该处的反射较强。

发明内容

为了克服现有技术的不足，适应复杂环境和满足高质量通信的要求，本发明提出了缝隙处反射小、辐射场沿周向分布均匀、并且辐射波呈现椭圆极化特征的漏泄同轴电缆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，包括内导体、内外导体间绝缘介质、外导体以及外护套，均采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造。在外导体上开有周期性的三角形缝隙、或三角旗形缝隙、或I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙。缝隙采用同方向排列或交错方向排列。

本发明所采用的三角形缝隙、三角旗形缝隙以及其组合缝隙结构，其口面场分布有以下几个特点：1)三角形结构具有渐变特性，从其中一个顶点开始，宽度逐渐增加，最后到与该顶点相对的那条边为止，并且渐变程度可以由结构参数进行调整，这种渐变特性可以用来设计漏泄同轴电缆渐变的特性阻抗，减小漏泄同轴电缆的反射；2)三角形本身为非对称结构，因此可以在口面激发出周向电场；3)三角形缝隙的斜边在激发出周向电场分量的同时，也激发出电场的轴向分量，并且是沿缝隙斜边边沿分布的，这一特性常用来产生椭圆极化和圆极化波，如在设计圆极化微带天线时，常将方形贴片切去一角或切去两个对角，形成单斜面或相对的双斜面；4)三角形缝隙会形成长短不同的两条周向电场分布线，一条沿着水平直角边，另一条沿着斜边，并且两条线之间有一个夹角，这一特性可以用来调节缝隙口面周向电场分量的分布。利用以上特点可以很容易对漏泄同轴电缆辐射场的周向分量和轴向分量的相对大小和相位差进行调整，可以使两个分量之间的相位差离开0°或180°，甚至可以调整到90°前后，使漏泄同轴电缆在保证主极化场分量平坦的同时，形成一定的椭圆极化轴比，从而实现椭圆极化或圆极化波的辐射，这是现有漏泄同轴电缆结构所难以实现的。

本发明的有益效果：本发明所提出的基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆除了能产生与现有辐射型漏泄同轴电缆相同的轴向平坦的辐射场外，还具有以下三个方面的优点：1)采用基于三角形的组合缝隙制造的漏泄同轴电缆，可以使漏泄同轴电缆外导体上开缝引起的阻抗变化呈渐变型，从而使不连续处产生的反射强度减弱，使漏泄同轴电缆的传输损耗变小；2)组合缝隙漏泄同轴电缆可以沿漏泄同轴电缆的圆周方向产生比较均匀的周向场分布，从而使沿漏泄同轴电缆周向极化的接收天线在漏泄同轴电缆旋转一周时所接收的信号强度变化很小；3)三角形缝隙口面同时存在的垂直和水平电场分量相位相差在30°～120°间变化，从而使辐射波呈现椭圆极化特征，使漏泄同轴电缆与移动终端之间不出现严重的极化失配，避免大电波衰落的出现。

附图说明

图1同方向I型三角形组合缝隙漏泄同轴电缆结构示意图。

图2交错方向I型三角旗形组合缝隙漏泄同轴电缆结构示意图。

图3漏泄同轴电缆结构及耦合损耗测试面示意图。

图4图3中A-A剖面漏泄同轴电缆结构及耦合损耗测试面示意图。

图5三角形缝隙结构。

图6三角旗形缝隙结构。

图7I型三角形组合缝隙结构。

图8II型三角形组合缝隙结构。

图9I型三角旗形组合缝隙结构。

图10II型三角旗形组合缝隙结构。

图11漏泄同轴电缆上水平缝隙口面场分布示意图。

图12现有漏泄同轴电缆上L形缝隙口面场分布示意图。

图13现有漏泄同轴电缆上U形缝隙口面场分布示意图。

图14现有L形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。

图15现有L形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。

图16现有U形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。

图17现有U形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。

图18三角形缝隙口面场分布示意图。

图19三角旗形缝隙口面场分布示意图。

图20三角形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。

图21三角形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。

图22三角旗形缝隙口面场的周向分量的仿真结果。

图23三角旗形缝隙口面场的轴向分量的仿真结果。

图24由I型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P＝20cm，r₀＝2m，f₀＝900MHz，w＝0.05676m，h＝0.0108m。

图25I型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量与轴向分量相位差沿缆周向的分布，举例参数同图24。

图26I型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的耦合损耗沿缆轴向的分布，举例参数同图24。

图27由II型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P＝20cm，r₀＝2m，f₀＝900MHz，w＝0.05406m，h＝0.0108m。

图28II型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量与轴向分量相位差沿缆周向的分布，举例参数同图27。

图29II型三角形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的耦合损耗沿缆轴向的分布，举例参数同图27。

图30由I型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P＝20cm，r₀＝2m，f₀＝900MHz，w＝0.05406m，t＝0.0041m，h＝0.0108m，α＝63.43°。

图31I型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量与轴向分量相位差沿缆周向的分布，举例参数同图30。

图32I型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的耦合损耗沿缆轴向的分布，举例参数同图30。

图33由II型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量、轴向分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，举例参数为P＝20cm，r₀＝2m，f₀＝900MHz，w＝0.05406m，t＝0.0041m，h＝0.0108m，α＝63.43°。

图34II型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的辐射场的周向分量与轴向分量相位差沿缆周向的分布，举例参数同图33。

图35II型三角旗形组合缝隙呈交错方向排列成的漏泄同轴电缆的耦合损耗沿缆轴向的分布，举例参数同图33。

图36三角形缝隙的直角变为钝角或锐角示意图。

图37三角旗形缝隙的直角变为钝角或锐角示意图。

图38三角形缝隙或三角旗形缝隙的尖角作圆滑形过渡示意图。

图39不同尺寸三角形缝隙组成的组合缝隙、三角形缝隙和三角旗形缝隙组成的组合缝隙示意图。

图40由不同比例尺寸的I型三角形组合缝隙排成的阵列示意图。

图41由I型三角形组合缝隙和I型三角旗形组合缝隙混合排列成的阵列示意图。

图42由I型三角形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

图1至图4给出了漏泄同轴电缆的结构参数示意图，漏泄同轴电缆结构包括内导体1、内外导体间绝缘介质2、外导体3以及外护套4，除外导体外，均可采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造，这里不再叙述，图中P为缝隙的周期，r为圆柱坐标系下的径向坐标，φ为圆柱坐标系下的周向坐标，z为圆柱坐标系下的轴向坐标，b为漏泄同轴电缆外导体的内半径，r₀为耦合损耗测试面的半径。

在外导体3上开周期性的三角形缝隙或三角旗形缝隙、或I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙；所述缝隙采用同方向排列或交错方向排列。

首先按照公式(一)确定上述缝隙周期P的选取范围，该范围可保证漏泄同轴电缆实现单模辐射。

$\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}+1}\≤P\≤\frac{2{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}+1}$ (一)

其中λ₀为中心工作波长，由 ${\mathrm{\λ}}_0=\frac{c}{f_0}$ 确定，c为自由空间电磁波的传播速度，f₀为漏泄同轴电缆所要设计的中心工作频率，ε_r为内外导体之间绝缘体2的相对介电常数。f₀由漏泄同轴电缆的具体应用系统确定，不同应用系统有不同的中心频率和相应带宽。

确定了λ₀后，P的具体值可在公式(一)确定的范围内选取，选取主要取决于频带的设计要求，频带的上、下限频率只要都落在单模辐射区内即可，最简单的方法是直接取公式(一)所确定范围的中间值作为P值。P值的不同对最终的耦合损耗有一定的影响，但不显著。

下面主要讨论三角形缝隙、三角旗形缝隙、I型三角形组合缝隙、II型三角形组合缝隙、I型三角旗形组合缝隙、以及II型三角旗形组合缝隙的结构参数的确定：

1.对于图5所示三角形缝隙结构参数的确定：

根据公式(二)确定缝隙长度S的选取范围

0.25P≤S≤0.75P    (二)

再根据公式(三)计算出缝隙宽度h的取值范围

0.4b≤h≤1.0b      (三)

S可在所确定的范围内选取，不同S对漏泄同轴电缆的耦合损耗有影响，设计较小耦合损耗的漏泄同轴电缆时要选取较大的S值，设计较大耦合损耗的漏泄同轴电缆时则要选取较小的S值；如果需要较小的椭圆极化轴比，可选取较大的h值，反之，选取较小的h值。

2.对于图6所示三角旗形缝隙结构参数的确定：

根据公式(四)确定三角旗形缝隙长度S的选取范围

0.25P≤S≤0.75P    (四)

根据公式(五)确定图6中三角旗形缝隙底边水平部分宽度t的选取范围

0.19b≤t≤0.28b    (五)

再根据公式(六)计算出图6中三角旗形缝隙高度h的取值范围

0.4b≤h≤1.0b      (六)

最后根据公式(七)计算出图6中三角旗形缝隙顶角α的取值范围

S和h选取的原则与图5所示三角形缝隙相同；t值较小可使耦合损耗增加，可取公式(五)所确定范围的中间值作为t值；α值的选取对椭圆极化轴比有一定的影响，极化轴比较小时选取较小的α值，反之选取较大的α值。

3.对于图7和图8所示的I型和II型三角形组合缝隙结构参数的确定：

根据公式(八)确定缝隙半长度w的选取范围

0.125P≤w≤0.375P  (八)

再根据公式(九)计算出缝隙宽度h的取值范围

0.4b≤h≤1.0b      (九)

w和h选取的原则与图5所示三角形缝隙的S和h相同。

4.对于图9和图10所示的I型和II型三角旗形组合缝隙结构参数的确定：根据公式(十)确定缝隙半长度w的选取范围

0.125P≤w≤0.375P  (十)

根据公式(十一)确定缝隙底边水平部分宽度t的取值范围

0.19b≤t≤0.28b    (十一)

再根据公式(十二)计算出缝隙高度h的取值范围

0.4b≤h≤1.0b      (十二)

最后根据公式(十三)计算出三角旗形组合缝隙顶角α的取值范围

w、h、t、α的选取原则与图6所示三角旗形缝隙的S、h、t、α相同。

上述实施方案中，漏泄同轴电缆外导体(3)上所开缝隙的周期和尺寸也可进行如下变化：

外导体3上所开三角形缝隙的直角改变为钝角或锐角，如图36所示，或所开三角旗形缝隙的直角改变为钝角或锐角，如图37所示。外导体(3)上所开缝隙为直角改变为钝角或锐角后的三角形缝隙组合而成的I型或II型三角形组合缝隙，或为直角改变为钝角或锐角后的三角旗形缝隙组合而成的I型或II型三角旗形组合缝隙。

外导体3上所开三角形缝隙或三角旗形缝隙的尖角和直角也可以改变成圆滑形过渡角，形成圆滑过渡角的三角形缝隙或三角旗形缝隙，如图38所示。

外导体3上所开缝隙为不同长度和宽度的三角形缝隙组成的I型三角形组合缝隙；或为不同长度和宽度的三角形缝隙和三角旗形缝隙组成的组合缝隙，如图39所示；或为不同长度和宽度的三角形缝隙组成的II型三角形组合缝隙；或为不同长度和宽度的三角旗形缝隙组成的II型三角旗形缝隙组合；或为不同长度和宽度的三角旗形缝隙组成的II型三角旗形组合缝隙；或为不同长度和宽度的三角形缝隙和三角旗形缝隙组成的组合缝隙。

外导体3上所开缝隙，为由不同缝隙尺寸的I型三角形组合缝隙排成的阵列，如图40所示；或由不同缝隙尺寸的三角形缝隙或II型三角形组合缝隙排成的周期性阵列；或由不同缝隙尺寸的三角旗形缝隙或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙排成的周期性阵列；缝隙按同向方式排列或按交错方向排列都可以。

外导体3上所开缝隙阵列，为由I型三角形组合缝隙和I型三角旗形组合缝隙混合排列成的周期性阵列，如图41所示；外导体(3)上所开缝隙为由三角形缝隙及II型三角形组合缝隙与三角旗缝隙及II型三角旗组合缝隙混合排列成的周期性阵列。

外导体3上所开缝隙，为由I型三角形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列，如图42所示；或由三角形缝隙或II型三角形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列；或由三角旗形缝隙或I型或II型三角旗形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列；或由三角形缝隙或I型或II型三角形组合缝隙与三角旗形缝隙或I型或II型三角旗形组合缝隙按照不同间隔混合排列成的阵列；缝隙按同向方式排列或按交错方向排列都可以。

三角形及三角旗形缝隙口面场分布的示意图及仿真结果：

图11至图13给出了水平缝隙、L形和U形缝隙口面电场分布示意图，后两种缝隙结构沿漏泄同轴电缆周向具有不对称性，破坏了水平缝隙部分口面场的对称性，使得水平缝隙口面形成几乎单一方向的口面场，从而产生辐射。图14和图15以及图16和图17分别为漏泄同轴电缆上开L形和U形缝隙时缝隙口面场分布的仿真结果。图18至图23为三角形和三角旗形缝隙口面场分布的示意图和仿真结果，从中可见其中的斜边在激发出周向电场分量的同时，也激发出电场的轴向分量，并且是沿缝隙斜边边沿分布的，并且三角形和三角旗形缝隙会形成长短不同的两条周向电场分布线，一条沿着水平直角边，另一条沿着斜边，并且两条线之间有一个夹角，如图20和图22所示。

数值计算例一：采用图7所示I型三角形组合缝隙的漏泄同轴电缆的设计

这里给出的算例只是为了演示将上述实施方法应用到一根漏泄同轴电缆的设计，以供设计人员参考，并不表示上述实施方案只适用于以下所列出的举例数据。

选择外导体内径为42mm的同轴电缆，内外导体介质采用发泡聚乙烯，其ε_r＝1.26，中心工作频率由漏泄同轴电缆的具体应用系统确定，本例中设为f₀＝900MHz。外导体缝隙采用图2所示的交错方向排列。按公式(一)确定的P值选取范围为0.157m至0.314m，可保证单模辐射，本例中选取P＝0.2m。确定具体P值后，按公式(八)确定缝隙半长度w的范围为0.025m至0.075m，本例中选取w＝0.05676m。接着确定缝隙的宽度h，由公式(九)得到h的取值范围为0.0084m至0.021m，本例中选取h＝0.0108m。通过对以上参数确定的漏泄同轴电缆进行全波电磁仿真得到其由φ分量(电场矢量沿周向的分量)和z分量(电场矢量沿轴向的分量)以及总场(周向分量和z分量相加后取模值)所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，如图24所示，从中可以发现，垂直极化分量沿缆的周向分布比较均匀，最大波动不超过7.5dB，在φ＝0～200°的周向范围内，垂直极化分量的最大波动不超过4dB，这是很好的结果。图25给出了z分量和φ分量的相位差沿周向的分布，从中可见，在φ＝0～200°的周向范围内、两分量相位差在30°～120°范围内变化，形成椭圆极化波，从而可避免移动终端天线极化变动时出现信号大的衰落。图26给出的是φ＝0°时由电场φ分量、z分量以及总电场所计算得到耦合损耗沿缆轴向的变化情况，可见漏泄同轴电缆轴向耦合损耗的波动较小，在1.5dB以内。

数值计算例二：采用图8所示II型三角形组合缝隙的漏泄同轴电缆的设计

同样，这里举例只是为了演示将上述实施方法应用到一根漏泄同轴电缆的设计，并不表示上述实施方案只适用于以下所列出的举例数据。

同样选择外导体内径为42mm的同轴电缆，内外导体介质采用发泡聚乙烯，其ε_r＝1.26，中心工作频率由漏泄同轴电缆的具体应用系统确定，中心工作频率设为f₀＝900MHz。外导体缝隙采用如图2所示交错方向排列。同样选取P＝0.2m。确定具体P值后，按公式(八)确定缝隙半长度w的范围为0.025m至0.075m，本例中选择w＝0.05406m。接着由公式(九)得到h的取值范围为0.0084m至0.021m，本例中选取h＝0.0108m。通过对以上参数确定的漏泄同轴电缆进行全波电磁仿真得到其由φ分量和z分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，如图27所示，从中可见，垂直极化分量沿缆的周向比较均匀，最大波动不超过10.3dB，在φ＝0～100°的周向范围内，垂直极化分量的最大波动不超过4dB，平坦特性很好。图28给出了z分量和φ分量相位差沿周向的分布，可见在大部分周向角度范围内、两分量相位差都离开0°或180°，辐射椭圆极化波。图29给出的是φ＝0°时、由电场φ分量、z分量以及总电场所计算得到的耦合损耗沿缆轴向的变化情况，可见漏泄同轴电缆轴向耦合损耗的波动较小，在2dB以内。

数值计算例三：采用图9所示I型三角旗形组合缝隙的漏泄同轴电缆的设计

这里举例同样只是为了演示将上述实施方法应用到一根漏泄同轴电缆的设计，并不表示上述实施方案只适用于以下所列出的举例数据。

同样选择外导体内径为42mm的同轴电缆，内外导体介质采用发泡聚乙烯，其ε_r＝1.26，中心工作频率设为f₀＝900MHz。外导体缝隙采用如图1所示同方向排列。同样选取P＝0.2m。确定具体P值后，按公式(十)确定缝隙半长度w的范围为0.025m至0.075m，本例中选择w＝0.05406m。接着由公式(十一)得到缝隙底边水平部分宽度t的取值范围为0.0039m至0.0058m，本例中选取t＝0.0041m。再由公式(十二)确定h的取值范围为0.0083m至0.0207m，本例中选取h＝0.0108m。最后通过公式(十三)确定三角旗形缝隙顶角α的取值范围为5°至83°，本例中选取α＝63.43°。通过对以上参数确定的漏泄同轴电缆进行全波电磁仿真得到其由φ分量和z分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，如图30所示，从中可见，垂直极化分量沿缆的周向比较均匀，最大波动不超过10dB，平坦特性很好。图31给出了z分量和φ分量相位差沿周向的分布，可见在大部分周向角度范围内、两分量相位差都在120°至150°间，辐射椭圆极化波。图32给出的是φ＝0°时、由电场φ分量、z分量以及总电场所计算得到的耦合损耗沿缆轴向的变化情况，漏泄同轴电缆轴向耦合损耗的波动较小，在0.6dB以内。

数值计算例四：采用图10所示II型三角旗形组合缝隙的漏泄同轴电缆的设计

这里举例同样只是为了演示将上述实施方法应用到一根漏泄同轴电缆的设计，并不表示上述实施方案只适用于以下所列出的举例数据。

同样选择外导体内径为42mm的同轴电缆，内外导体介质采用发泡聚乙烯，其ε_r＝1.26，中心工作频率设为f₀＝900MHz。外导体缝隙采用如图2所示交错方向排列。同样选取P＝0.2m。确定具体P值后，按公式(十)确定缝隙半长度w的范围为0.025m至0.075m，本例中选择w＝0.05406m。接着由公式(十一)得到缝隙底边水平部分宽度t的取值范围为0.0039m至0.0058m，本例中选取t＝0.0041m。再由公式(十二)确定h的取值范围为0.0083m至0.0207m，本例中选取h＝0.0108m。最后通过公式(十三)确定三角旗形缝隙顶角α的取值范围为5°至83°，本例中选取α＝63.43°。通过对以上参数确定的漏泄同轴电缆进行全波电磁仿真得到其由φ分量和z分量以及总场所确定的耦合损耗沿缆周向的分布，如图33所示，从中可见，垂直极化分量沿缆的周向比较均匀，最大波动不超过7.5dB，在φ＝0～100°的周向范围内，垂直极化分量的最大波动不超过4dB，平坦特性很好。图34给出了z分量和φ分量相位差沿周向的分布，可见在大部分周向角度范围内、两分量相位差都在120°至150°间，辐射椭圆极化波。图35给出的是φ＝0°时、由电场φ分量、z分量以及总电场所计算得到的耦合损耗沿缆轴向的变化情况，可见漏泄同轴电缆轴向耦合损耗的波动较小，在2dB以内。

Claims (5)

1.基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，包括内导体（1）、内外导体间绝缘介质（2）、外导体（3）以及外护套（4），均采用与普通射频同轴电缆一样的材料和方法制造，其特征在于，所述漏泄同轴电缆的外导体（3）上开有周期性的三角形缝隙或三角旗形缝隙、或 I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙；所述缝隙采用同方向排列或交错方向排列；

外导体（3）上所开三角形缝隙或三角旗形缝隙的缝隙周期P和三角形缝隙或三角旗形缝隙的缝隙尺寸：缝隙长度S，缝隙宽度h按照下面公式确定；

$\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}\≤P\≤\frac{2{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}$

0.25P ≤ S ≤ 0.75P

0.4b ≤ h ≤ 1.0b

其中λ₀为中心工作波长，由

确定，c为自由空间电磁波的传播速度，f₀为漏泄同轴电缆所要设计的中心工作频率，ε_r为内外导体之间绝缘体（2）的相对介电常数，b为漏泄同轴电缆外导体的内半径；

三角旗形缝隙的缝隙底边水平部分的宽度t，以及三角旗形缝隙的顶角α按照下面公式确定；

0.19b ≤ t ≤ 0.28b

外导体（3）上所开缝隙为I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙时，组合缝隙的缝隙周期P和缝隙尺寸：缝隙半长度w，缝隙宽度h按照下面公式确定；

$\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}\≤P\≤\frac{2{\mathrm{\λ}}_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}$

0.125P ≤ w ≤ 0.375P

0.4b ≤ h ≤ 1.0b

其中λ₀为中心工作波长，由

确定，c为自由空间电磁波的传播速度，f₀为漏泄同轴电缆所要设计的中心工作频率， ε_r为内外导体之间绝缘体（2）的相对介电常数，b为漏泄同轴电缆外导体的内半径；

I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙的缝隙底边水平部分的宽度t，以及三角旗形组合缝隙的顶角α按照下面公式确定；

0.19b ≤ t ≤ 0.28b

2.根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导体（3）上所开三角形缝隙的直角改变为钝角或锐角或所开三角旗形缝隙的直角改变为钝角或锐角；外导体（3）上所开缝隙为直角改变为钝角或锐角后的三角形缝隙组合而成的I型或II型三角形组合缝隙，或为直角改变为钝角或锐角后的三角旗形缝隙组合而成的I型或II型三角旗形组合缝隙。

3.根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导体（3）上所开的周期性的三角形缝隙或三角旗形缝隙、或I型三角形组合缝隙或II型三角形组合缝隙、或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙，其缝隙的尖角改变成圆滑形过渡角。

4.根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导体（3）上所开的周期性的缝隙为三角形缝隙或三角旗形缝隙的长度和宽度改变后形成的三角形缝隙和三角形组合缝隙、或三角形与三角旗形的组合缝隙、或三角旗形与三角旗形的组合缝隙。

5.根据权利要求1所述基于三角形及其组合缝隙的漏泄同轴电缆，其特征在于，外导体（3）上所开缝隙，为由不同缝隙尺寸的I型三角形组合缝隙排成的周期性缝隙阵列，或由不同缝隙尺寸的三角形缝隙或II型三角形组合缝隙排成的周期性缝隙阵列，或由不同缝隙尺寸的三角旗形缝隙或I型三角旗形组合缝隙或II型三角旗形组合缝隙排成的周期性缝隙阵列；

或者外导体（3）上所开缝隙，为由I型三角形组合缝隙与I型三角旗形组合缝隙混合排列成的周期性缝隙阵列；

或者外导体（3）上所开缝隙，为由三角形缝隙及II型三角形组合缝隙与三角旗缝隙及II型三角旗组合缝隙混合排列成的周期性缝隙阵列，缝隙按同向方式排列或按交错方向排列；

或者外导体（3）上所开缝隙，为由I型三角形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列，或由三角形缝隙或II型三角形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列，或由三角旗形缝隙或I型或II型三角旗形组合缝隙按照不同间隔排列成的阵列，或由三角形缝隙或I型或II型三角形组合缝隙与三角旗形缝隙或I型或II型三角旗形组合缝隙按照不同间隔混合排列成的阵列，缝隙按同向方式排列或按交错方向排列。

Images