CN106848521B - 一种双极化漏泄波导 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化漏泄波导，包括矩形波导管和一对矩形法兰，矩形法兰分别焊接在矩形波导管的两端，矩形波导管为一体结构，包括两个沿长度方向并列平行设置的矩形腔体，分别为第一波导腔体和第二波导腔体，第一波导腔体包括第一上宽面、第一下宽面和前窄面，第二波导腔体包括第二上宽面、第二下宽面和后窄面，第一波导腔体和第二波导腔体之间通过公共窄面隔离，公共窄面的高度与前窄面的高度相同，且大于等于后窄面的高度，第一上宽面和第二上宽面上分别设有产生垂直极化波和水平极化波的多个漏泄缝隙。本发明实现了多输入多输出技术在一根漏泄波导上的应用，不仅提高了系统信道容量，同时扩大了系统频率范围。

Description

一种双极化漏泄波导
技术领域
本发明涉及城市轨道交通无线通信及信号传输技术领域，尤其涉及一种双极化漏泄波导。
背景技术
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（Communication Based Train Control System ，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，由于目前在该应用频段的电子设备居多，如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。
为了保证车地无线传输信号系统不受外界信号干扰，保障列车安全运行，欧美一些国家城市轨道交通无线信号系统频率已调整到5.1GHz～5.9GHz，并搭载了PIS、Wi-Fi及LTE-U等多种通信系统。为了不增加频谱资源，成倍提高系统信道容量，采用先进的多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO），实现了多载频融合及多系统的互联互通，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。
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。它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，显示出明显的优势，也被视为下一代移动通信的核心技术。
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三种传输媒质：天线、漏泄电缆及漏泄波导。这三种传输媒质中，天线的信号可靠性最差，易受天气和外界电磁环境影响，传输距离最短。漏泄电缆传输信号的可靠性比天线高得多，传输距离也比天线长，不易受外界环境及天气影响，但工作频率受到限制，最高工作频率仅达2.8GHz。漏泄波导传输信号的可靠性最高，传输距离最长，受外界环境影响也最小，工作频率可以根据波导腔体结构尺寸确定，可以高达几十吉赫兹。
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，未来国内城市轨道交通信号系统频率调整到5.1GHz～5.9GHz，并采用MIMO技术是发展的必然趋势。因此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，需要同时敷设两根漏泄波导管，并相距一定的距离来保证信号的传输质量。由于漏泄波导一般敷设于轨道外侧或轨道内侧，敷设空间有限，同时敷设两根漏泄波导管有诸多困难：1、没有充足的敷设空间；2、施工难度较大；3、材料成本和安装成本会大幅度增加，影响系统工程造价；4、维护保养费用也会增加；5、对其他部门的线路施工、维护也会造成诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双极化漏泄波导，能够通过敷设一根漏泄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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种双极化漏泄波导，包括矩形波导管和一对矩形法兰，所述的矩形法兰分别焊接在矩形波导管的两端，所述的矩形波导管为一体结构，包括两个沿长度方向并列平行设置的矩形腔体，分别为第一波导腔体和第二波导腔体，第一波导腔体包括第一上宽面、第一下宽面和前窄面，第二波导腔体包括第二上宽面、第二下宽面和后窄面，第一波导腔体和第二波导腔体之间通过公共窄面隔离，公共窄面的高度与前窄面的高度相同，且大于等于后窄面的高度，第一上宽面和第二上宽面上分别设有产生垂直极化波和水平极化波的多个漏泄缝隙，产生的垂直极化波和水平极化波辐射的场强相差20dB以上，所述的产生垂直极化波的漏泄缝隙包括第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙，各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的调节槽，所述的产生水平极化波的漏泄缝隙包括第三排漏泄缝隙，第三排漏泄缝隙包括沿波导长度方向等距间隔设置的多个缝隙，各个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的两端分别设有与竖直槽连通的调节槽，所述的调节槽的长度和宽度小于等于水平槽或竖直槽的长度的1/4。
所述的第一排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左上方延伸，第二调节槽向水平槽的右上方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，第二排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向水平槽的左下方延伸，第四调节槽向水平槽的右下方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙包括沿波导长度方向等距间隔排列的缝隙M1、缝隙M2、……和缝隙M2n，n为正整数，缝隙M1、缝隙M3、……和缝隙M2n-1包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第五调节槽和第六调节槽，第五调节槽向竖直槽的右上方延伸，第六调节槽向竖直槽的右下方延伸，第五调节槽和第六调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，缝隙M2、缝隙M4、……和缝隙M2n包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第七调节槽和第八调节槽，第七调节槽向竖直槽的左上方延伸，第八调节槽向竖直槽的左下方延伸，第七调节槽和第八调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第五调节槽和第六调节槽，第五调节槽向竖直槽的左上方延伸，第六调节槽向竖直槽的左下方延伸，第五调节槽和第六调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
所述的第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙的每个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽的上部向水平槽的左上方延伸，第一调节槽上部的内边沿与水平槽的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第一调节槽的下部与上部关于水平槽的中线对称，第一调节槽上部的内边沿和下部的内边沿通过外边沿平滑连接，第二调节槽的上部向水平槽的右上方延伸，第二调节槽上部的内边沿与水平槽的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第二调节槽的下部与上部关于水平槽的中线对称，第二调节槽上部的内边沿与下部的内边沿通过外边沿平滑连接；
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽的左部向竖直槽的左上方延伸，第三调节槽左部的内边沿与竖直槽的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第三调节槽的右部与左部关于竖直槽的中线对称，第三调节槽左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接，第四调节槽的左部向竖直槽的左下方延伸，第四调节槽左部的内边沿与竖直槽的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第四调节槽的右部与左部关于竖直槽的中线对称，第四调节槽左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接。
所述的第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙的每个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左下方延伸，第二调节槽向水平槽的右上方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向竖直槽的左上方延伸，第四调节槽向竖直槽的右下方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
所述的第一波导腔体的前窄面的厚度为第一下宽面厚度的1.5倍以上，所述的第二波导腔体的后窄面的厚度为第二下宽面厚度的1.5倍以上，所述的第一波导腔体和第二波导腔体的公共窄面的厚度为第一下宽面和第二下宽面平均厚度的1.5倍以上。
所述的第一排漏泄缝隙与前窄面之间的垂直距离大于前窄面的厚度，第二排漏泄缝隙与第一排漏泄缝隙之间的垂直距离大于2㎜，第三排漏泄缝隙与后窄面之间的垂直距离大于后窄面的厚度。
所述的第一排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2，第三排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。
所述的矩形波导管和矩形法兰为铜、铝或铝合金材质。
本发明通过在矩形波导管内设置相互平行的第一波导腔体和第二波导腔体，并在第一波导腔体和第二波导腔体同一侧的宽面上设置分别产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙，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，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；
本发明产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙分别设置水平槽和竖直槽，实现了两种传输信号之间的隔离，在水平槽和竖直槽的两端设置调节槽，大大降低了信号的波动幅度，提高了通讯质量。
更进一步地，本发明通过合理设置产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的形状、尺寸和位置，可使任意一个波导腔体上缝隙泄漏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1.5dB，非常适用于车地无线信号的传输。
更进一步地，本发明通过将漏泄缝隙形状不同的双极化漏泄波导分段连接成需要的长度，实现了波导腔体传输损耗的分级补偿，使得分级补偿漏泄波导的传输损耗比沿波导长度方向开设单一漏泄缝隙的传输损耗降低15%～30%，也使漏泄波导前端口位置与后端口位置的泄漏缝隙辐射的场强落差减小15%～30%，信号的波动幅度大大降低，信号的平坦度更优，有效提高了信号的传输质量，降低误码率，使误码率达到10-9，非常有利于数字移动通信。
附图说明
图1为本发明实施例一中双极化漏泄波导的结构示意图；
图2为本发明实施例一中双极化漏泄波导的主视图；
图3为本发明实施例一中产生垂直极化波的漏泄缝隙的放大图；
图4为本发明实施例一中产生水平极化波的漏泄缝隙的放大图；
图5为本发明实施例二中双极化漏泄波导的结构示意图；
图6为本发明实施二中双极化漏泄波导的主视图；
图7为本发明实施例二中产生垂直极化波的漏泄缝隙的放大图；
图8为本发明实施例二中产生水平极化波的漏泄缝隙的放大图；
图9为本发明实施例三中双极化漏泄波导的结构示意图；
图10为本发明实施例三中双极化漏泄波导的主视图；
图11为本发明实施例三中产生垂直极化波的漏泄缝隙的放大图；
图12为本发明实施例三中产生水平极化波的漏泄缝隙的放大图；
图13为本发明实施例四中双极化漏泄波导的结构示意图；
图14为本发明实施例四中双极化漏泄波导的主视图；
图15为本发明实施例四中产生垂直极化波的漏泄缝隙的放大图；
图16为本发明实施例四中产生水平极化波的漏泄缝隙的放大图；
图17为本发明实施例五中双极化漏泄波导的结构示意图；
图18为本发明实施例五中双极化漏泄波导的主视图；
图19为本发明实施例五中产生垂直极化波的漏泄缝隙的放大图；
图20为本发明实施例五中产生水平极化波的漏泄缝隙的放大图；
图21为本发明实施例六中双极化漏泄波导的结构示意图；
图22为本发明所述的单一泄漏缝隙双极化漏泄波导场强测试图；
图23为本发明所述的分级补偿双极化漏泄波导场强测试图。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示，本发明所述的双极化漏泄波导，包括矩形波导管1和一对矩形法兰2，矩形法兰2通过氩弧焊或钎焊工艺分别与矩形波导管1两端的外表面焊接为一体，多个相同或不同长度的矩形波导管1通过矩形法兰2和紧固螺栓连接形成需要的长度，敷设在轨道内侧或外侧进行车地无线信号的传输。
本发明的矩形波导管1采用高导电率的铜、铝或铝合金材质，通过拉制或挤压工艺一次加工成型，矩形波导管1包括两个沿长度方向平行设置的矩形腔体，分别为第一波导腔体3和第二波导腔体4，第一波导腔体3包括第一上宽面301、第一下宽面302和前窄面303，第二波导腔体4包括第二上宽面401、第二下宽面402和后窄面403，第一波导腔体3和第二波导腔体4之间通过公共窄面5隔离，公共窄面5的高度与前窄面303和后窄面403的高度相同，车地无线信号分别在两个波导腔体内传输。第一波导腔体3的前窄面303的厚度为第一下宽面302厚度的1.5倍以上，第二波导腔体4的后窄面403的厚度为第二下宽面402厚度的1.5倍以上，第一波导腔体3和第二波导腔体4的公共窄面5的厚度为第一下宽面302和第二下宽面402平均厚度的1.5倍以上，第一上宽面301和第二上宽面401的厚度为1.5~2.2㎜。
本发明第一波导腔体3的第一上宽面301上设有产生垂直极化波的漏泄缝隙，包括第一排漏泄缝隙6和第二排漏泄缝隙7，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙。第一排漏泄缝隙6与前窄面303之间的垂直距离大于前窄面303的厚度，第二排漏泄缝隙7与第一排漏泄缝隙6之间的垂直距离大于2㎜，第一排漏泄缝隙6的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙7的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙7的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙6的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2。P的取值与波导腔体输入信号的频率相关，频率越高，P值越小。
第一排漏泄缝隙6的各个缝隙均包括水平槽601，水平槽601的左右两端分别设有与水平槽601连通的第一调节槽602和第二调节槽603，第一调节槽602向水平槽601的左上方延伸，第二调节槽603向水平槽601的右上方延伸，第一调节槽602和第二调节槽603的中线与水平槽601的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；第二排漏泄缝隙7的各个缝隙均包括水平槽701，水平槽701的左右两端分别设有与水平槽701连通的第三调节槽702和第四调节槽703，第三调节槽702向水平槽701的左下方延伸，第四调节槽703向水平槽701的右下方延伸，第三调节槽702和第四调节槽703的中线与水平槽701的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与水平槽等宽，长度为水平槽的1/4，如图3所示，当θ=90°时，第一排漏泄缝隙6和第二排漏泄缝隙7分别呈开口相背的正U型和倒U型。
由第一排漏泄缝隙6和第二排漏泄波导7包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第一排漏泄缝隙6和第二排漏泄缝隙7的缝隙尺寸、θ角度或第一排漏泄缝隙6与第二排漏泄缝隙7之间的垂直距离，能够改变第一排漏泄缝隙6和第二排漏泄缝隙7向外辐射垂直极化波幅度与相位的大小，使得第一波导腔体3具有较小的传输损耗与耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效改善传输信号的平坦度。
本发明第二波导腔体4的第二上宽面401上设有产生水平极化波的漏泄缝隙，包括第三排漏泄缝隙8，第三排漏泄缝隙8与后窄面403之间的垂直距离大于后窄面403的厚度。第三排漏泄缝隙8包括沿波导长度方向等距间隔排列的缝隙M1、缝隙M2、……和缝隙M2n，n为正整数，相邻两个缝隙的左端之间的距离为p/2。缝隙M1、缝隙M3、……和缝隙M2n-1包括竖直槽801，竖直槽801的上下两端分别设有与竖直槽801相通的第五调节槽802和第六调节槽803，第五调节槽802向竖直槽801的右上方延伸，第六调节槽803向竖直槽801的右下方延伸，第五调节槽802和第六调节槽803的中线与竖直槽801的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，缝隙M2、缝隙M4、……和缝隙M2n包括竖直槽811，竖直槽811的上下两端分别设有与竖直槽811相通的第七调节槽812和第八调节槽813，第七调节槽812向竖直槽811的左上方延伸，第八调节槽813向竖直槽81的左下方延伸，第七调节槽812和第八调节槽813的中线与竖直槽811的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与竖直槽等宽，长度为竖直槽的1/4，如图4所示，当θ=90°时，缝隙M1和M2、缝隙M3和M4、……、缝隙M2n-1和M2n呈开口相对的侧U型。
由第三排漏泄缝隙8包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第三排漏泄缝隙8的缝隙尺寸、θ角度或第三排漏泄缝隙8与后窄面403之间的垂直距离，能够改变第三排漏泄缝隙8向外辐射水平极化波幅度与相位的大小，使得第二波导腔体4具有较小的传输损耗和耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，改善信号的平坦度。
本发明第一波导腔体3产生的垂直极化波和第二波导腔体4产生的水平极化波辐射的场强相差20dB以上，具有良好的信号隔离度。
实施例二
如图5和图6所示，本实施例的矩形波导管1和矩形法兰2的结构与实施例一完全相同，因此相同部位采用实施例一中的编号，其不同之处在于产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的形状。
本发明第一波导腔体3的第一上宽面301上设有产生垂直极化波的漏泄缝隙，包括第一排漏泄缝隙9和第二排漏泄缝隙10，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙。第一排漏泄缝隙9与前窄面303之间的垂直距离大于前窄面303的厚度，第二排漏泄缝隙10与第一排漏泄缝隙9之间的垂直距离大于2㎜，第一排漏泄缝隙9的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙10的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙10的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙9的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2。P的取值与波导腔体输入信号的频率相关，频率越高，P值越小。
第一排漏泄缝隙9的各个缝隙均包括水平槽901，水平槽901的左右两端分别设有与水平槽901连通的第一调节槽902和第二调节槽903，第一调节槽902向水平槽901的左上方延伸，第二调节槽903向水平槽901的右上方延伸，第一调节槽902和第二调节槽903的中线与水平槽901的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；第二排漏泄缝隙10的各个缝隙均包括水平槽101，水平槽101的左右两端分别设有与水平槽101连通的第三调节槽102和第四调节槽103，第三调节槽102向水平槽101的左下方延伸，第四调节槽103向水平槽101的右下方延伸，第三调节槽102和第四调节槽103的中线与水平槽101的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与水平槽等宽，长度为水平槽的1/4，如图7所示，当θ=90°时，第一排漏泄缝隙9和第二排漏泄缝隙10分别呈开口相背的正U型和倒U型。
由第一排漏泄缝隙9和第二排漏泄波导10包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第一排漏泄缝隙9和第二排漏泄缝隙10的缝隙尺寸、θ角度或第一排漏泄缝隙9与第二排漏泄缝隙10之间的垂直距离，能够改变第一排漏泄缝隙9和第二排漏泄缝隙10向外辐射垂直极化波幅度与相位的大小，使得第一波导腔体3具有较小的传输损耗与耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效改善传输信号的平坦度。
本发明第二波导腔体4的第二上宽面401上设有产生水平极化波的漏泄缝隙，包括第三排漏泄缝隙11，第三排漏泄缝隙11与后窄面403之间的垂直距离大于后窄面403的厚度。第三排漏泄缝隙11包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙，相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。每个缝隙均包括竖直槽111，竖直槽111的上下两端分别设有与竖直槽111相通的第五调节槽112和第六调节槽113，第五调节槽112向竖直槽111的左上方延伸，第六调节槽113向竖直槽111的左下方延伸，第五调节槽112和第六调节槽113的中线与竖直槽111的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与竖直槽等宽，长度为竖直槽的1/4，如图8所示，当θ=90°时，第三排漏泄缝隙11的各个缝隙呈开口向左的侧U型。
由第三排漏泄缝隙11包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第三排漏泄缝隙11的缝隙尺寸、θ角度或第三排漏泄缝隙11与后窄面403之间的垂直距离，能够改变第三排漏泄缝隙11向外辐射水平极化波幅度与相位的大小，使得第二波导腔体4具有较小的传输损耗和耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，改善信号的平坦度。
本发明第一波导腔体3产生的垂直极化波和第二波导腔体4产生的水平极化波辐射的场强相差20dB以上，具有良好的信号隔离度。
实施例三
如图9和图10所示，本实施例的矩形波导管1和矩形法兰2的结构与实施例一完全相同，因此相同部位采用实施例一中的编号，其不同之处在于产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的形状。
本发明第一波导腔体3的第一上宽面301上设有产生垂直极化波的漏泄缝隙，包括第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄缝隙12-2，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙。第一排漏泄缝隙12-1与前窄面303之间的垂直距离大于前窄面303的厚度，第二排漏泄缝隙12-2与第一排漏泄缝隙12-1之间的垂直距离大于2㎜，第一排漏泄缝隙12-1的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙12-2的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙12-2的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙12-1的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2。P的取值与波导腔体输入信号的频率相关，频率越高，P值越小。
第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄缝隙12-2的各个缝隙形状相同，均包括水平槽121，水平槽121的左右两端分别设有与水平槽连通121的第一调节槽122和第二调节槽123，第一调节槽122的上部向水平121槽的左上方延伸，第一调节槽122上部的内边沿与水平槽121的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第一调节槽122的下部与上部关于水平槽121的中线对称，第一调节槽122上部的内边沿和下部的内边沿通过外边沿平滑连接，第二调节槽123的上部向水平槽121的右上方延伸，第二调节槽123上部的内边沿与水平槽121的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第二调节槽123的下部与上部关于水平槽121的中线对称，第二调节槽123上部的内边沿与下部的内边沿通过外边沿平滑连接。调节槽与水平槽等宽，长度为水平槽的1/4，如图11所示，当θ=90°时，第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄缝隙12-2的各个缝隙呈H型。
由第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄波导12-2包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄缝隙12-2的缝隙尺寸、θ角度或第一排漏泄缝隙12-1与第二排漏泄缝隙12-2之间的垂直距离，能够改变第一排漏泄缝隙12-1和第二排漏泄缝隙12-2向外辐射垂直极化波幅度与相位的大小，使得第一波导腔体3具有较小的传输损耗与耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效改善传输信号的平坦度。
本发明第二波导腔体4的第二上宽面401上设有产生水平极化波的漏泄缝隙，包括第三排漏泄缝隙13，第三排漏泄缝隙13与后窄面403之间的垂直距离大于后窄面403的厚度。第三排漏泄缝隙13包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙，相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。每个缝隙均包括竖直槽131，竖直槽131的上下两端分别设有与竖直槽131相通的第三调节槽132和第四调节槽133，第三调节槽132的左部向竖直槽131的左上方延伸，第三调节槽132左部的内边沿与竖直槽131的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第三调节槽132的右部与左部关于竖直槽131的中线对称，第三调节槽132左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接，第四调节槽133的左部向竖直槽131的左下方延伸，第四调节槽133左部的内边沿与竖直槽131的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第四调节槽133的右部与左部关于竖直槽131的中线对称，第四调节槽133左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接。调节槽与竖直槽等宽，长度为竖直槽的1/4，如图12所示，当θ=90°时，第三排漏泄缝隙13的各个缝隙呈工字型。
由第三排漏泄缝隙13包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第三排漏泄缝隙13的缝隙尺寸、θ角度或第三排漏泄缝隙13与后窄面403之间的垂直距离，能够改变第三排漏泄缝隙13向外辐射水平极化波幅度与相位的大小，使得第二波导腔体4具有较小的传输损耗和耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，改善信号的平坦度。
本发明第一波导腔体3产生的垂直极化波和第二波导腔体4产生的水平极化波辐射的场强相差20dB以上，具有良好的信号隔离度。
实施例四
如图13和图14所示，本实施例的矩形波导管1和矩形法兰2的结构与实施例一完全相同，因此相同部位采用实施例一中的编号，其不同之处在于产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的形状。
本发明第一波导腔体3的第一上宽面301上设有产生垂直极化波的漏泄缝隙，包括第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄缝隙14-2，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙。第一排漏泄缝隙14-1与前窄面303之间的垂直距离大于前窄面303的厚度，第二排漏泄缝隙14-2与第一排漏泄缝隙14-1之间的垂直距离大于2㎜，第一排漏泄缝隙14-1的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙14-2的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙14-2的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙14-1的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2。P的取值与波导腔体输入信号的频率相关，频率越高，P值越小。
第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄缝隙14-2的各个缝隙形状相同，均包括水平槽141，水平槽141的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽142和第二调节槽143，第一调节槽142向水平槽141的左下方延伸，第二调节槽143向水平槽141的右上方延伸，第一调节槽142和第二调节槽143的中线与水平槽141的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与水平槽等宽，长度为水平槽的1/4，如图15所示，当θ=90°时，第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄缝隙14-2的各个缝隙呈Z字型。
由第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄波导14-2包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄缝隙14-2的缝隙尺寸、θ角度或第一排漏泄缝隙14-1与第二排漏泄缝隙14-2之间的垂直距离，能够改变第一排漏泄缝隙14-1和第二排漏泄缝隙14-2向外辐射垂直极化波幅度与相位的大小，使得第一波导腔体3具有较小的传输损耗与耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效改善传输信号的平坦度。
本发明第二波导腔体4的第二上宽面401上设有产生水平极化波的漏泄缝隙，包括第三排漏泄缝隙15，第三排漏泄缝隙15与后窄面403之间的垂直距离大于后窄面403的厚度。第三排漏泄缝隙15包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙，相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。每个缝隙均包括竖直槽151，竖直槽151的上下两端分别设有与竖直槽151相通的第三调节槽152和第四调节槽153，第三调节槽152向竖直槽151的左上方延伸，第四调节槽153向竖直槽151的右下方延伸，第三调节槽152和第四调节槽153的中线与竖直槽151的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与竖直槽等宽，长度为竖直槽的1/4，如图16所示，当θ=90°时，第三排漏泄缝隙15的各个缝隙呈Z字型。
由第三排漏泄缝隙15包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第三排漏泄缝隙15的缝隙尺寸、θ角度或第三排漏泄缝隙15与后窄面403之间的垂直距离，能够改变第三排漏泄缝隙15向外辐射水平极化波幅度与相位的大小，使得第二波导腔体4具有较小的传输损耗和耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，改善信号的平坦度。
本发明第一波导腔体3产生的垂直极化波和第二波导腔体4产生的水平极化波辐射的场强相差20dB以上，具有良好的信号隔离度。
实施例五
如图17和图18所示，本实施例的矩形波导管1和矩形法兰2的结构与实施例一完全相同，因此相同部位采用实施例一中的编号，其不同之处在于产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的形状。
本发明第一波导腔体3的第一上宽面301上设有产生垂直极化波的漏泄缝隙，包括第一排漏泄缝隙16和第二排漏泄缝隙17，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙。第一排漏泄缝隙16与前窄面303之间的垂直距离大于前窄面303的厚度，第二排漏泄缝隙17与第一排漏泄缝隙16之间的垂直距离大于2㎜，第一排漏泄缝隙16的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙17的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙17的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙16的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2。P的取值与波导腔体输入信号的频率相关，频率越高，P值越小。
第一排漏泄缝隙16的各个缝隙均包括水平槽161，水平槽161的左右两端分别设有与水平槽161连通的第一调节槽162和第二调节槽163，第一调节槽162向水平槽161的左上方延伸，第二调节槽163向水平槽161的右下方延伸，第一调节槽162和第二调节槽163的中线与水平槽161的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，第二排漏泄缝隙17的各个缝隙均包括水平槽171，水平槽171的左右两端分别设有与水平槽171连通的第三调节槽172和第四调节槽173，第三调节槽172向水平槽171的左下方延伸，第四调节槽173向水平槽171的右上方延伸，第三调节槽172和第四调节槽173的中线与水平槽171的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与水平槽等宽，长度为水平槽的1/4，如图19所示，当θ=90°时，第一排漏泄缝隙16和第二排漏泄缝隙17的各个缝隙呈Z字型。
由第一排漏泄缝隙16和第二排漏泄波导17包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第一排漏泄缝隙16和第二排漏泄缝隙17的缝隙尺寸、θ角度或第一排漏泄缝隙16与第二排漏泄缝隙17之间的垂直距离，能够改变第一排漏泄缝隙16和第二排漏泄缝隙17向外辐射垂直极化波幅度与相位的大小，使得第一波导腔体3具有较小的传输损耗与耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效改善传输信号的平坦度。
本发明第二波导腔体4的第二上宽面401上设有产生水平极化波的漏泄缝隙，包括第三排漏泄缝18，第三排漏泄缝隙18与后窄面403之间的垂直距离大于后窄面403的厚度。第三排漏泄缝隙18包括沿波导长度方向等距间隔排列的缝隙M1、缝隙M2、……和缝隙M2n，n为正整数，相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。缝隙M1、缝隙M3、……和缝隙M2n-1包括竖直槽181，竖直槽181的上下两端分别设有与竖直槽181相通的第五调节槽182和第六调节槽183，第五调节槽182向竖直槽181的右上方延伸，第六调节槽向竖直槽181的左下方延伸，第五调节槽182和第六调节槽183的中线与竖直槽181的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，缝隙M2、缝隙M4、……和缝隙M2n包括竖直槽184，竖直槽184的上下两端分别设有与竖直槽184相通的第七调节槽185和第八调节槽186，第七调节槽185向竖直槽184的左上方延伸，第八调节槽186向竖直槽184的右下方延伸，第七调节槽185和第八调节槽186的中线与竖直槽184的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。调节槽与竖直槽等宽，长度为竖直槽的1/4，如图20所示，当θ=90°时，第三排漏泄缝隙18的各个缝隙呈Z字型。
由第三排漏泄缝隙18包含的各个缝隙的形状，以及波导电磁场理论可知，通过调整第三排漏泄缝隙18的缝隙尺寸、θ角度或第三排漏泄缝隙18与后窄面403之间的垂直距离，能够改变第三排漏泄缝隙18向外辐射水平极化波幅度与相位的大小，使得第二波导腔体4具有较小的传输损耗和耦合损耗，并使50%概率的耦合损耗与95%概率的耦合损耗差值在1.5dB以内，有效地改善了信号传输质量,使得误码率达到10-9，非常有利于数字移动通信。
本发明第一波导腔体3产生的垂直极化波和第二波导腔体4产生的水平极化波辐射的场强相差20dB以上，具有良好的信号隔离度。
实施例六
如图21所示，本实施例中产生垂直极化波和水平极化波的漏泄缝隙的设置方式与实施例一完全相同，其不同之处在于矩形波导管1包括两个沿长度方向平行设置的矩形腔体，分别为第一波导腔体19和第二波导腔体20，第一波导腔体19包括第一上宽面191、第一下宽面192和前窄面193，第二波导腔体20包括第二上宽面201、第二下宽面202和后窄面203，第一波导腔体19和第二波导腔体20之间通过公共窄面21隔离，公共窄面21的高度与前窄面193相同，但大于后窄面203的高度，车地无线信号分别在两个波导腔体内传输。
本发明采用多个矩形波导管1连接成需要的长度进行车地无线信号传输时，在不同的传输距离处使用漏泄缝隙形状、尺寸不同或漏泄缝隙设置位置不同的双极化漏泄波导能够实现波导腔体传输损耗的分级补偿。如图22所示，全长使用单一漏泄缝隙的双极化漏泄波导场强衰减情况较为严重，信号传输距离较短。如图23所示，当在不同的传输距离内适当调整漏泄缝隙的形状、尺寸或漏泄缝隙的位置时，能够有效降低传输损耗。使用分级补偿漏泄波导的传输损耗比沿波导长度方向开设单一漏泄缝隙的传输损耗降低15%～30%，也使漏泄波导前端口位置与后端口位置的泄漏缝隙辐射的场强落差减小15%～30%，使得信号的波动幅度大大降低，信号的平坦度更优，有效地提高信号的传输质量，误码率达到10-9，非常有利于数字移动通信。
最后需要说明的是，以上实施例仅为本发明的部分实施方式，即第一排漏泄缝隙、第二排漏泄缝隙及第三排漏泄缝隙的槽型组合不限于上述几种方式，本领域技术人员任意选择本发明公开的能够产生垂直极化波的槽型的漏泄缝隙形成第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙、任意选择本发明公开的能够产生水平极化波的槽型的漏泄缝隙形成第三排漏泄缝隙构成的实施方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极化漏泄波导，其特征在于：包括矩形波导管和一对矩形法兰，所述的矩形法兰分别焊接在矩形波导管的两端，所述的矩形波导管为一体结构，包括两个沿长度方向并列平行设置的矩形腔体，分别为第一波导腔体和第二波导腔体，第一波导腔体包括第一上宽面、第一下宽面和前窄面，第二波导腔体包括第二上宽面、第二下宽面和后窄面，第一波导腔体和第二波导腔体之间通过公共窄面隔离，公共窄面的高度与前窄面的高度相同，且大于等于后窄面的高度，第一上宽面和第二上宽面上分别设有产生垂直极化波和水平极化波的多个漏泄缝隙，产生的垂直极化波和水平极化波辐射的场强相差20dB以上，所述的产生垂直极化波的漏泄缝隙包括第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙，每排漏泄缝隙均包括沿波导长度方向等距间隔排列的多个缝隙，各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的调节槽，所述的产生水平极化波的漏泄缝隙包括第三排漏泄缝隙，第三排漏泄缝隙包括沿波导长度方向等距间隔设置的多个缝隙，各个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的两端分别设有与竖直槽连通的调节槽，所述的调节槽的长度和宽度小于等于水平槽或竖直槽的长度的1/4。
2.如权利要求1所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左上方延伸，第二调节槽向水平槽的右上方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，第二排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向水平槽的左下方延伸，第四调节槽向水平槽的右下方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙包括沿波导长度方向等距间隔排列的缝隙M1、缝隙M2、……和缝隙M2n，n为正整数，缝隙M1、缝隙M3、……和缝隙M2n-1包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第五调节槽和第六调节槽，第五调节槽向竖直槽的右上方延伸，第六调节槽向竖直槽的右下方延伸，第五调节槽和第六调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，缝隙M2、缝隙M4、……和缝隙M2n包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第七调节槽和第八调节槽，第七调节槽向竖直槽的左上方延伸，第八调节槽向竖直槽的左下方延伸，第七调节槽和第八调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
3.如权利要求1所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左上方延伸，第二调节槽向水平槽的右上方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，第二排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向水平槽的左下方延伸，第四调节槽向水平槽的右下方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第五调节槽和第六调节槽，第五调节槽向竖直槽的左上方延伸，第六调节槽向竖直槽的左下方延伸，第五调节槽和第六调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
4.如权利要求1所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙的每个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽的上部向水平槽的左上方延伸，第一调节槽上部的内边沿与水平槽的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第一调节槽的下部与上部关于水平槽的中线对称，第一调节槽上部的内边沿和下部的内边沿通过外边沿平滑连接，第二调节槽的上部向水平槽的右上方延伸，第二调节槽上部的内边沿与水平槽的上边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第二调节槽的下部与上部关于水平槽的中线对称，第二调节槽上部的内边沿与下部的内边沿通过外边沿平滑连接；
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽的左部向竖直槽的左上方延伸，第三调节槽左部的内边沿与竖直槽的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第三调节槽的右部与左部关于竖直槽的中线对称，第三调节槽左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接，第四调节槽的左部向竖直槽的左下方延伸，第四调节槽左部的内边沿与竖直槽的左边沿之间的夹角θ范围为90°～180°，第四调节槽的右部与左部关于竖直槽的中线对称，第四调节槽左部的内边沿和右部的内边沿通过外边沿平滑连接。
5.如权利要求1所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙和第二排漏泄缝隙的每个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左下方延伸，第二调节槽向水平槽的右上方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙的每个缝隙均包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向竖直槽的左上方延伸，第四调节槽向竖直槽的右下方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
6.如权利要求1所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第一调节槽和第二调节槽，第一调节槽向水平槽的左上方延伸，第二调节槽向水平槽的右下方延伸，第一调节槽和第二调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，第二排漏泄缝隙的各个缝隙均包括水平槽，水平槽的左右两端分别设有与水平槽连通的第三调节槽和第四调节槽，第三调节槽向水平槽的左下方延伸，第四调节槽向水平槽的右上方延伸，第三调节槽和第四调节槽的中线与水平槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°；
所述的第三排漏泄缝隙包括沿波导长度方向等距间隔排列的缝隙M1、缝隙M2、……和缝隙M2n，n为正整数，缝隙M1、缝隙M3、……和缝隙M2n-1包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第五调节槽和第六调节槽，第五调节槽向竖直槽的右上方延伸，第六调节槽向竖直槽的左下方延伸，第五调节槽和第六调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°，缝隙M2、缝隙M4、……和缝隙M2n包括竖直槽，竖直槽的上下两端分别设有与竖直槽相通的第七调节槽和第八调节槽，第七调节槽向竖直槽的左上方延伸，第八调节槽向竖直槽的右下方延伸，第七调节槽和第八调节槽的中线与竖直槽的中线之间的夹角θ范围为90°～180°。
7.如权利要求1~6中任一项所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一波导腔体的前窄面的厚度为第一下宽面厚度的1.5倍以上，所述的第二波导腔体的后窄面的厚度为第二下宽面厚度的1.5倍以上，所述的第一波导腔体和第二波导腔体的公共窄面的厚度为第一下宽面和第二下宽面平均厚度的1.5倍以上。
8.如权利要求1~6中任一项所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙与前窄面之间的垂直距离大于前窄面的厚度，第二排漏泄缝隙与第一排漏泄缝隙之间的垂直距离大于2㎜，第三排漏泄缝隙与后窄面之间的垂直距离大于后窄面的厚度。
9.如权利要求1~6中任一项所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的第一排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离和第二排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离均为P，第二排漏泄缝隙的第一个缝隙的左端与第一排漏泄缝隙的第一个缝隙的左端之间的水平距离为P/2，第三排漏泄缝隙的相邻两个缝隙的左端之间的距离为P/2。
10.如权利要求1~6中任一项所述的双极化漏泄波导，其特征在于：所述的矩形波导管和矩形法兰为铜、铝或铝合金材质。
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