CN104064998B - 一种带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，包括漏缆固定系统，漏缆固定系统安装在列车车体下方和钢轨旁的地面上，漏缆固定系统的高度低于钢轨的轨面高度，漏缆固定系统的布置方向与钢轨的延伸方向相同，列车车体的底部安装有车载天线，漏缆固定系统设在车载天线的下方，车载天线的位置与漏缆固定系统的位置相对应；漏缆固定系统包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸连接在第二部分上，第一部分、第二部分均为空壳状，第一部分内设有用于固定漏缆的非金属卡束，第二部分通过膨胀螺栓连接在地面上。本发明是城市轨道交通无线通信系统中隧道漏缆敷设的一种新方法，并可以很好的解决现有城市轨道交通无线通信系统中隧道漏缆覆盖场强低的问题，从而延长漏缆的覆盖距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种同轴电缆敷设装置及方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，国内各大省会城市都在着手大力发展和建设城市轨道交通，城市轨道交通的快速发展，使越来越多的应用对无线通信系统提出了更高的要求。城市轨道交通无线通信系统分为专用无线通信系统和公共无线通信系统。专用无线通信系统包括了无线调度通信系统、列控信息车—地无线传输系统、移动电视系统、公安无线、消防无线应急通信系统、移动电视系统、乘客导乘信息系统等。公共无线通信系统包括了中国移动、联通及电信三大运营商的2G、3G、WIFI及4G无线信号等。城市轨道交通无线通信系统中无线电波在隧道中的传播特性与地面自由空间传播特性有所不同。在隧道中，一方面当隧道弯曲较多时，使用定向天线所辐射的直射电波传播有困难；另一方面隧道内的吸收损耗和多径效应会使电波的极化紊乱，传播损耗加大。因此漏泄电缆(漏缆)是实现无线电波在城市轨道交通领域无线信号覆盖的最佳选择。
目前城市轨道交通的各个无线通信系统均采用漏泄同种电缆进行无线信号覆盖，上、下行隧道区段分别至少需要敷设四根漏泄电缆。
现有的城市轨道交通无线通信系统的隧道内漏缆敷设方式是采用在隧道壁上安装漏缆吊具的方式进行敷设。漏缆吊具安装间距为1.0～1.3米，漏缆吊具安装高度根据不同的无线通信系统而不同，高度距轨面在1.5～5.0米范围内，且相邻漏缆上下间距大于50cm，以避免漏缆之间信号的相互干扰。
漏缆吊具由尼龙卡束、尼龙底座、膨胀螺栓(或不锈钢螺钉与膨胀管组合)组成。其中尼龙卡束主要功能是夹持漏泄电缆，固定其槽口位置；尼龙底座的功能是支撑和固定尼龙卡束，使漏泄电缆与隧道壁保证一定的距离，防止漏泄电缆与隧道壁距离过小时，两者之间形成“双线效应(双线效应会造成由隧道壁反射垂直极化信号而形成水平极化信号)”，从而影响漏泄电缆的无线信号覆盖效果；膨胀螺栓(或不锈钢螺钉与膨胀管组合)的功能是将尼龙卡束、尼龙底座牢固的固定安装在隧道壁上，以防止列车在隧道内快速运行时，产生的空气活塞效应及振动荷载作用在漏缆吊具上，使漏缆松动和脱落，影响列车安全。
目前城市轨道交通无线通信系统漏缆吊具安装的位置距离车载天线或车厢内移动手机的距离在2～6米范围内，漏缆的耦合损耗一般在65dB～70dB左右，根据漏缆的工作频率不同耦合损耗值有所不同。漏缆通过专用吊具固定在隧道壁上，由于隧道的波导效应和多径效应，会产生3dB左右的场强衰落，天线距离漏缆达到6米时，漏缆辐射场强比自由空间2米时的辐射场强要小5dB左右。
以城市轨道交通无线通信系统中的1-1/4″规格漏缆举例说明采用隧道壁敷设漏缆时，对漏缆的辐射信号强度分析如下。
影响1-1/4″规格漏缆辐射信号强度的关键性参数-传输损耗和耦合损耗技术指标如下表1：1/4″漏缆技术指标，
1-1/4″漏缆2400MHz频率和2500MHz频率的耦合损耗测试结果如图1、2所示。
在上下行区间隧道采用漏缆进行覆盖时，需考虑漏缆模式的选取、耦合损耗的取值、大于2m处的耦合损耗、隧道因子的影响等问题。链路影响因素如下
表2：现有漏缆隧道敷设链路影响因素，
| 基站→移动手机(下行链路) | 移动手机→基站(上行链路) |
| A.基站设备输出功率 | A.移动手机输出功率 |
| B.分路器损耗 | B.人体损耗(腰部) |
| C.PDI插损 | C.车体损耗 |
| D.射频电缆，跳线及接头损耗 | D.漏泄同轴电缆空间耦合损耗(95％) |
| E.漏泄同轴电缆传输损耗 | E.漏泄同轴电缆空间耦合修正值 |
| F.漏泄同轴电缆空间耦合损耗(95％) | F.漏泄同轴电缆传输损耗 |
| G.漏泄同轴电缆空间耦合修正值 | G.射频电缆，跳线及接头损耗 |
| H.车体损耗 | H.PDI插损 |
| I.人体损耗(腰部) | I.分路器损耗 |
一般情况下，漏缆对耦合损耗的定义为距离漏缆2米处的自由空间的损耗。对漏缆而言，当电波传输距离很小时，其耦合损耗与距离的计算公式为：
Ls(dB)＝L2m+101g (d/2)
考虑移动手机在隧道中，离漏缆的最远距离约为6m，因此我们选择6m以内的耦合损耗修正值。
预算现有隧道内敷设方式敷设漏缆时其末端无线信号覆盖的场强公式如下：
Pend＝Psite-L1-L2-L3-L4-L5-L6-L7-L8-L9
现有隧道内漏缆链路预算如下表3：
现有城市轨道交通无线通信系统隧道内漏缆敷设方式存在的不足之处：从以上现有隧道内漏缆敷设方式的漏缆链路预算分析可知，现有隧道内漏缆使用频率越高，相同覆盖距离(例如500米)下的漏缆辐射场强会越小。漏缆辐射场强小，会造成各类无线通信系统的移动手机通信质量差，误码率高，通信质量和效果达不到覆盖技术要求。
为了满足无线通信系统的技术要求，达到系统所需要场强，保证无线通信质量和效果良好，必须缩短漏缆的覆盖距离。从链路预算来看，当漏缆的覆盖距离从500米降低到250米时，才能满足漏缆系统的覆盖场强技术要求(≥-85dB)，这样会增加漏缆覆盖的中继器的数量，增加设备投资。
在实用新型专利CN201601669U《基于漏缆环线的2.4G直序扩频车地通信系统》中的车地环线为耦合型漏泄电缆，这种漏泄电缆辐射的电磁波为表面波，无方向性，因此漏缆外导体的泄漏槽口位置与接收天线的角度没有关系。50％与95％的时间或地点场强接收概率波动在10dB以上，两者相差在10～15dB左右。
在实用新型专利CN201601669U《基于漏缆环线的2.4G直序扩频车地通信系统》中的车地环线沿轨道的内腰沿敷设，并用卡件固定在所述轨道的内腰沿上。该专利规定的漏缆通过卡件固定在钢轨的内腰沿，距离钢轨近，漏缆辐射的电磁波极易受到钢轨的影响，并且没有考虑列车在高速运行中对漏缆和卡件产生的振动和冲击荷载影响，也没有考虑到这种敷设环境下，漏缆极易受到外力的破坏，如人的踩踏、落体重物的冲击等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置及敷设方法，达到覆盖技术要求的通信质量和效果，达到系统所需要场强。
本发明的技术方案是：
一种带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，包括漏缆固定系统，漏缆固定系统安装在列车车体下方和钢轨旁的地面上，漏缆固定系统的高度低于钢轨的轨面高度，漏缆固定系统的布置方向与钢轨的延伸方向相同，列车车体的底部安装有车载天线，漏缆固定系统设在车载天线的下方，车载天线的位置与漏缆固定系统的位置相对应；漏缆固定系统包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸连接在第二部分上，第一部分、第二部分均为空壳状，第一部分内设有用于固定漏缆的非金属卡束，第二部分通过膨胀螺栓连接在地面上。
所述第一部分包括横截面呈U形的非金属支架、圆弧形的非金属盖板和非金属卡束，非金属支架上侧的左右两端均设有卡槽，非金属盖板的左右两端对应卡槽设有卡块，左右两个卡块对应卡在相应一侧的卡槽内；非金属卡束连接在非金属支架的中部，非金属卡束设有卡口，卡口的截面形状为上侧开口的圆环形，卡口的直径与待安装的漏缆的直径相适配。
第二部分的截面形状为矩形的壳状，第二部分包括下金属支架、上金属支架、第一紧固螺栓、第二紧固螺栓和膨胀螺栓；下金属支架、上金属支架的截面形状均呈U形，下金属支架、上金属支架相对扣合在一起，下金属支架、上金属支架在左右两侧各构成一个扣合处，左右两个扣合处各通过第二紧固螺栓螺栓连接；
膨胀螺栓的分布方向沿下金属支架的延伸方向分布；第一紧固螺栓穿过上金属支架以及非金属支架，也沿上金属支架的延伸方向分布；非金属卡束通过第一紧固螺栓连接在非金属支架底部。
非金属支架、非金属盖板和非金属卡束均采用高强度、具有良好透波性能的非金属材质。
下金属支架、上金属支架的材质为金属材质或非金属材质。
敷设后的漏缆的轴线距离地面高度8～12cm，车载天线与漏缆的距离保持在50cm以下。
漏缆和漏缆固定系统位于钢轨的同一侧，漏缆与钢轨的水平距离等于漏缆固定系统与钢轨的水平距离。
漏缆固定系统安装在某一侧钢轨外侧的地面上或两个钢轨之间的地面上。
采用所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置的敷设方法，其特征在于：第一步：首先在两钢轨的外部或者内部安装漏缆固定系统，漏缆固定系统与钢轨的延伸方向一致，漏缆固定系统的高度应低于铁轨的轨面高度；
第二步：在列车的底部安装车载天线，车载天线的延伸方向同样与钢轨的延伸方向一致，车载天线位于漏缆固定系统的上方位置。
本发明是城市轨道交通无线通信系统中隧道漏缆敷设的一种新方法，并可以很好的解决现有城市轨道交通无线通信系统中隧道漏缆覆盖场强低的问题，从而延长漏缆的覆盖距离。
本发明的敷设漏泄电缆为辐射型漏泄电缆，辐射场强大，波动小，50％与95％的时间或地点场强接收概率波动在3dB左右，两者相差在3～5dB左右，方向性强，因此在本发明的敷设方法中具有漏泄电缆外导体槽口定向和定位功能。
本发明充分考虑辐射型漏泄电缆的辐射电波特性以及借鉴城市轨道交通领域无线通信系统中漏缆的敷设技术要求，采用了在轨旁地面敷设辐射型漏泄电缆的方法，并且要求辐射型漏泄电缆必须距离地面高度在8～12cm，以避免漏泄电缆距离地面过近，对漏泄电缆辐射电磁波影响，并且考虑到漏泄电缆外部的防护，以保证列车在运行时，产生的振动和冲击载荷对漏缆及固定系统影响，防止其松动影响列车安全运行。
本发明的优点：
1、采用轨旁敷设漏缆方法，车载天线接收场强比隧道壁敷设和隧道外敷设高18dB以上，从而延长了漏缆的传输距离，减少了中继设备的投入数量，同时轨旁敷设漏缆，安装快捷、简易、方便，该装置能承受沿漏缆轴向1000N/10cm的外部压力。
2、避免了采用隧道安装漏缆后，电磁波辐射的多径效应，误码率低。
3、采用本专利的方法敷设漏缆后，漏缆辐射场强不受漏缆距天线距离6米修正值(4.8dB)、列车屏蔽(6dB)和隧道效应(3dB)的影响。
4、该装置能够承受沿漏缆轴向1000N/10cm的外部压力，可以有效避免人体的踩踏和重物下落对漏缆的破坏。
5、使用该装置的敷设方法也可以有效地解决高速铁路无线通信系统由于动车车体屏蔽衰减大(达24dB)、速度高造成的无线信号场强覆盖弱，越区切换及通话质量差的技术难题，市场应用前景广阔。
附图说明
图1是1-1/4〞漏缆2400MHz频率的耦合损耗测试图；
图2是1-1/4〞漏缆2500MHz频率的耦合损耗测试图；
图3是本发明采用实施方式一时的结构示意图；
图4是本发明的漏缆固定系统的结构示意图；
图5是实施方式一的结构示意图；
图6是实施方式二的结构示意图；
图7是采用实施方式一时1-1/4〞漏缆2400MHz频率的耦合损耗测试图；
图8是采用实施方式一时1-1/4〞漏缆2500MHz频率的耦合损耗测试图。
具体实施方式
如图3所示，本发明包括漏缆固定系统14。如图4所示，漏缆固定系统14由两部分组成：第一部分A和第二部分B，第一部分A通过螺栓固定连接在第二部分B的上方。
第一部分A是漏缆的夹持和承重部分，包括横截面呈U形的非金属支架1、圆弧形的非金属盖板2和非金属卡束3；U形的非金属支架1上侧的左右两端均设有卡槽1-1，非金属盖板2的左右两端对应设有卡块2-1，左右两个卡块2-1对应卡在相应一侧的卡槽1-1内。非金属卡束3设有卡口3-1，卡口3-1的截面形状为上侧开口的圆环形，卡口3-1的直径与待安装的辐射型漏泄电缆5直径相适配，能卡紧辐射型漏泄电缆5，防止其转动甚至脱开。辐射型漏泄电缆5简称漏缆。
第一部分A起到固定漏泄电缆槽口方向和承受外部压力的作用，沿长度方向能承受1000N/10cm的外部压力。
第二部分B是漏缆的支撑部分，包括下金属支架6、上金属支架7、第一紧固螺栓4、第二紧固螺栓8和膨胀螺栓9；下金属支架6、上金属支架7的截面形状均呈U形，下金属支架6、上金属支架7相对扣合在一起，左右两个扣合处10各通过一个第二紧固螺栓8螺栓连接。膨胀螺栓9的分布方向沿下金属支架6的延伸方向分布。第一紧固螺栓4穿过上金属支架7以及非金属支架1，同样沿上金属支架7的延伸方向分布。非金属卡束3通过第一紧固螺栓4连接在非金属支架1底部的中间位置，第一紧固螺栓4穿过第二部分B上上预设的孔。
实际上，各部件均是以辐射型漏泄电缆5的延伸方向设置或分布。
第二部分B起到支撑第一部分构件的作用，可按间隔一定距离敷设也可连续无间隔敷设。
下金属支架6通过膨胀螺栓9与轨道混凝土地面15连接，膨胀螺栓9为两组；上金属支架7与下金属支架7通过第二紧固螺栓8牢固连接；非金属支架1和非金属卡束3通过第一紧固螺栓4与上金属支架7牢固连接；非金属盖板2的两边缘通过非金属支架1上的滑道牢固连接。非金属卡束3用于夹持漏泄电缆，且具有定位漏泄电缆槽口位置的功能，漏泄电缆槽口用护套表面的两条标识线11指示，一般情况下标识线11与漏缆槽口成180度角。
下金属支架6、上金属支架7可用金属材质也可用非金属材质制成；第一紧固螺栓4、第二紧固螺栓8和膨胀螺栓9均用碳钢热浸锌或不锈钢制成；非金属支架1、非金属盖板2和非金属卡束3均采用高强度、耐腐蚀、耐太阳辐射的非金属材料加工而成，并能承受1000N/10cm的外部压力，对漏缆起到一定的保护作用。
本发明采用两种方法敷设漏缆，如图5所示，一种是在两钢轨之间区域(内侧)沿钢轨方向敷设漏缆的方法，如图6所示，另一种是在两钢轨外部沿轨道方向敷设漏缆的方法。
实施方式一：
如图5所示，将本发明的漏缆固定系统14固定在两钢轨12之间区域(钢轨12内侧)，并沿钢轨12方向敷设漏缆(即辐射型漏泄电缆5)。
实施方式二：
如图6所示，将本发明的漏缆固定系统14固定在两钢轨12外部，并沿轨道方向敷设漏缆。
漏缆固定系统14具有定向漏缆槽口的功能，保证了漏缆的槽口朝向车载天线方向，车载天线13安装在列车的车体底部。本发明的漏缆固定系统14敷设高度应低于钢轨12的轨面高度，敷设后漏缆轴线距离轨道混凝土地面15高度8～12cm，车载天线与漏缆的距离保持在50cm以下。
本发明的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设方法：
第一步：首先在两钢轨12的外部或者内部安装漏缆固定系统14，漏缆固定系统14与钢轨12的延伸方向一致，漏缆固定系统14的高度应低于铁轨12的轨面高度；
第二步：在列车的底部安装车载天线13，车载天线13的延伸方向也与钢轨12的延伸方向一致，车载天线13位于漏缆固定系统14的正上方位置的附近；漏缆固定系统14到某一侧钢轨12的水平距离等于车载天线13到该侧钢轨12的水平距离。即：如果漏缆固定系统14位于某一侧钢轨12的外部，则车载天线13也位于该侧钢轨12的外部；如果漏缆固定系统14位于两钢轨12的内部，则车载天线13也安装在列车车体的两钢轨12之间的位置，一般是安装在列车两列轮毂之间的车架上。
正上方的位置可使接受信号的强度达到最大。
对于采用实施方式一敷设1-1/4〞规格漏缆后，对漏缆的辐射信号强度分析如下：
影响1-1/4〞规格漏缆辐射信号强度的关键性参数—传输损耗和耦合损耗技术指标如下表4：
如图7、8所示，1-1/4〞漏缆2400MHz频率的耦合损耗测试结果。
预算本发明的敷设方式敷设漏缆后漏缆的末端无线信号覆盖的场强公式如下：
Pend＝Psite-L1-L2-L3-L4-L5-L6-L7-L8-L9
采用实施方式一时隧道内漏缆链路预算如下表5：
从本发明实施方式之一在隧道内敷设漏缆后，500米漏缆末端信号覆盖场强在2400MHz频率时达到-73dBm，2500MHz频率时达到-74dBm，而现有的敷设方式敷设漏缆在2400MHz频率时达到-96.8dBm，2500MHz频率时达到-97.8dBm。本发明比现有隧道内敷设方式敷设漏缆后的场强在2400MHz和2500MHz频率时提高了24.8dB(-73dBm-(-97.8dBm)、-74dBm-(-97.8dBm))。
本发明与现有的隧道外敷设漏缆方式对比：
因隧道外敷设漏缆场强链路预算是不考虑隧道效应(3dB)，因此本发明比现有隧道外敷设方式敷设漏缆后的场强在2400MHz和2500MHz频率时提高了20.8dB(-73dBm-(-93.8dBm)、-74dBm-(-94.8dBm))。
最后需要说明的是：也可以取消下金属支架6、上金属支架7、第二紧固螺栓8，将下金属支架6、上金属支架7近似变化为一个空心的壳体，壳体的截面形状为矩形，壳体的底部通过螺栓连接在地面上。这样的近似变化也属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：包括漏缆固定系统，漏缆固定系统安装在列车车体下方和钢轨旁的地面上，漏缆固定系统的高度低于钢轨的轨面高度，漏缆固定系统的布置方向与钢轨的延伸方向相同，列车车体的底部安装有车载天线，漏缆固定系统设在车载天线的下方，车载天线的位置与漏缆固定系统的位置相对应；漏缆固定系统包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸连接在第二部分上，第一部分、第二部分均为空壳状，第一部分内设有用于固定漏缆的非金属卡束，第二部分通过膨胀螺栓连接在地面上；
所述第一部分包括横截面呈U形的非金属支架、圆弧形的非金属盖板和非金属卡束，非金属支架上侧的左右两端均设有卡槽，非金属盖板的左右两端对应卡槽设有卡块，左右两个卡块对应卡在相应一侧的卡槽内；非金属卡束连接在非金属支架的中部，非金属卡束设有卡口，卡口的截面形状为上侧开口的圆环形，卡口的直径与待安装的漏缆的直径相适配；
所述第二部分的截面形状为矩形的壳状，第二部分包括下金属支架、上金属支架、第一紧固螺栓、第二紧固螺栓和膨胀螺栓；下金属支架、上金属支架的截面形状均呈U形，下金属支架、上金属支架相对扣合在一起，下金属支架、上金属支架在左右两侧各构成一个扣合处，左右两个扣合处各通过第二紧固螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：膨胀螺栓的分布方向沿下金属支架的延伸方向分布；第一紧固螺栓穿过上金属支架以及非金属支架，也沿上金属支架的延伸方向分布；非金属卡束通过第一紧固螺栓连接在非金属支架底部。
3.根据权利要求1所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：非金属支架、非金属盖板和非金属卡束均采用高强度、具有良好透波性能的非金属材质。
4.根据权利要求1所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：敷设后的漏缆的轴线距离地面高度8～12cm，车载天线与漏缆的距离保持在50cm以下。
5.根据权利要求1所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：漏缆和漏缆固定系统位于钢轨的同一侧，漏缆与钢轨的水平距离等于漏缆固定系统与钢轨的水平距离。
6.根据权利要求1所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置，其特征在于：漏缆固定系统安装在某一侧钢轨外侧的地面上或两个钢轨之间的地面上。
7.采用权利要求1~6任一条所述的带有防护装置的辐射型漏泄电缆敷设装置的敷设方法，其特征在于：第一步：首先在两钢轨的外部或者内部安装漏缆固定系统，漏缆固定系统与钢轨的延伸方向一致，漏缆固定系统的高度应低于铁轨的轨面高度；
第二步：在列车的底部安装车载天线，车载天线的延伸方向同样与钢轨的延伸方向一致，车载天线位于漏缆固定系统的上方位置。
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