CN114696103B - 适用于mimo技术的漏泄圆波导组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件及其制造方法，漏泄圆波导组件包括两根塑料管、外导体、护套层；两根塑料管内部为中空结构，且沿其长度方向平行设置；外导体包覆在两根塑料管上，且将两根塑料管形成一体结构，外导体的外表面沿外导体的长度方向设有若干第一槽孔及第二槽孔，第一槽孔和第二槽孔一一对应，且第一槽孔与第二槽孔正交设置；护套层包覆在外导体上。利用本发明的技术方案，可以增强适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的信号覆盖强度，增加了信号传输距离，提高生产效率及施工效率。

Description

适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及通信传输技术领域，具体涉及适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件。

背景技术

随着通信技术的不断发展，通信带宽在不断增加，为承载高带宽、高速率的通信需求，通信频率也因此迅速提高。而通信频率提升后，对原本的通信传输电缆的使用，带来了严重影响。通信频率提高引起了电缆高频信号衰减的加大，更严重的是受通信电缆内外导体结构的限制，高频下截止频率的门限严重制约了射频同轴电缆的应用。而波导传输线因具有传输频带宽、传输信号稳定、损耗低而在微波、毫米波段得到了广泛的应用。

在波导传输线结构基础上设计的矩形漏泄波导，已成熟应用在城市轨道交通的自动控制系统中。随着5G毫米波频段的应用被提上日程，对漏泄波导中的漏泄圆波导的研究也不断被聚焦关注，尤其是移动通信领域，用于弯曲、狭长、封闭环境中如：地铁通道、隧道、山洞、矿井等区域的无线信号覆盖。为此，需进行产品结构和生产方式的重新设计，以适应5G移动通信高速率、传输距离长、信号覆盖强的通信要求。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的缺点，本发明所要解决的技术问题在于提供一种信号覆盖强、传输距离长、布放便捷的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明首先提供如下技术方案：适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，包括：

两根塑料管，其内部为中空结构，且所述两根塑料管沿其长度方向平行设置；

外导体，所述外导体包覆在所述两根塑料管上，且将所述两根塑料管形成一体结构，所述外导体的外表面沿所述外导体的长度方向设有若干第一槽孔及第二槽孔，所述第一槽孔和所述第二槽孔一一对应，且所述第一槽孔与所述第二槽孔正交设置；

护套层，所述护套层包覆在所述外导体上。

通过采用上述技术方案，使得从所述两根塑料管内辐射出的电磁波信号实现正交叠加，一方面可以增强信号覆盖强度，另一方面有效减少了单根漏泄圆波导外导体上槽孔数量，降低了单根漏泄圆波导的能量泄露及纵向传输衰减值，提高了所述漏泄圆波导线组件的传输距离，从而降低整体覆盖系统中的中继设备成本、前期敷设和后期维护成本。

在本发明的一实施例中，所述两根塑料管内设有填充物。

在本发明的一实施例中，所述填充物与所述两根塑料管采用材料的相对介电常数及性能相同。

通过采用上述技术方案，所述填充物用于填充所述塑料管内部，一方面可以防止所述塑料管变形，也可以防止长期工作中外界潮气入侵，从而影响所述适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的传输性能；另一方面采用相对介电常数及性能与所述塑料管材料相同，可以减少所述填充物对高频信号传输的影响。

在本发明的一实施例中，所述外导体为双层铜塑复合膜，所述双层铜塑复合膜包括两铜层及一塑料层，所述铜层的厚度范围为0.1mm～0.2mm，所述塑料层的厚度范围为0.08mm～0.2mm。

在本发明的一实施例中，所述第一槽孔及所述第二槽孔为周期性排布的长方形槽孔，且所述第一槽孔与所述第二槽孔之间具有间隔。

在本发明的一实施例中，所述第一槽孔及所述第二槽孔的长度范围为10mm～35mm，宽度范围为3mm～6mm。

通过采用上述技术方案，所述第一槽孔及所述第二槽孔可以使电磁场辐射到所述外导体外部，且槽孔尺寸的设置，可以同时满足传输信号的工作频率、外部环境、用户要求盲区内信号覆盖强度等要求。

在本发明的一实施例中，以所述外导体长度方向从左往右为第一方向，所述第一槽孔与所述第一方向的夹角呈-45゜，所述第二槽孔与所述第一方向的夹角呈45゜。

在本发明的一实施例中，所述第一槽孔及所述第二槽孔的位置分别对应所述两根塑料管所在的位置，且每对所述第一槽孔的中心点与所述第二槽孔的中心点构成平面A，所述平面A与所述第一方向所在的水平面B垂直。

通过采用上述技术方案，可以更好地实现辐射电磁信号的正交叠加，增强了信号覆盖的强度。

在本发明的一实施例中，所述两根塑料管规格相同。

通过采用上述技术方案，可以使得所述漏泄圆波导中传输的信号能量强度保持一致。

为解决上述技术问题，本发明还提供了适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的制造方法，包括以下步骤：

S1：选取规格相同的两根塑料管，并将其并列排布形成“8”字形；

S2：在所述“8”字形排列的两根塑料管外表面涂覆化学药剂，并将外导体以纵包的方式粘覆在所述化学药剂上使所述两根塑料管形成一体，并在所述外导体上开设若干第一槽孔及第二槽孔，所述第一槽孔和所述第二槽孔一一对应，所述第一槽孔及所述第二槽孔正交设置；

S3：调整所述外导体的位置，使得所述第一槽孔及所述第二槽孔分别同时对准所述两根塑料管的同侧，且每对所述第一槽孔的中心点与所述第二槽孔的中心点构成平面A，所述平面A与所述第一方向所在的水平面B垂直；

S4：在所述外导体外侧套上护套层以将所述外导体收紧固定在所述两根塑料管上。

通过采用上述技术方案，实现了所述两根塑料管在信号传输路径上，同一位置的辐射电磁波信号正交叠加，并且使得所述适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件辐射出的叠加的电磁波信号中，两个互相垂直的线极化波E_x和E_y的大小基本相同，当极化轴比(辐射场的瞬时最大值与最小值之比)小于3dB时，可实现圆极化工作模式，此时，辐射场强以圆极化方式工作的所述适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件可以最大程度上收发不同极化方向的信号，进一步增强信号的覆盖能力。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的结构示意图；

图2为本发明提供的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的截面示意图；

图3为本发明提供的双层铜塑复合膜的结构示意图；

图4为本发明提供的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的制造方法的流程图；

图5为本发明提供的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的制造方法的双层铜塑复合膜包覆过程的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至图3所示，本发明提供了适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件由内至外依次设有塑料管1、外导体2及护套层3。塑料管1的数量为两根，两根塑料管1内部为中空结构，且沿其长度方向平行设置。外导体2包覆在两根塑料管1上，且将两根塑料管1形成一体结构，外导体2的外表面沿外导体2的长度方向设有若干第一槽孔21及第二槽孔22，第一槽孔21和第二槽孔22一一对应，且第一槽孔21与第二槽孔22正交设置。护套层3包覆在外导体2上。在本实施例中，两根塑料管1平行排列呈“8”字形，外导体2通过一体化纵包的方式包覆在两根塑料管1上。在本实施例中，外导体2为双层铜塑复合膜，双层铜塑复合膜包括两铜层23及一塑料层24，铜层23为铜带，例如是TU2型无氧铜，铜层23的厚度范围为0.1mm～0.2mm，塑料层24采用乙烯丙烯酸共聚物或者乙烯甲基丙烯酸共聚物制成，塑料层24的厚度范围为0.08mm～0.2mm，两铜层23分别设置在塑料层24的两侧，两铜层23上分别开设有第一槽孔21及第二槽孔22，塑料层24未开设槽孔。铜塑复合膜厚度的选择既能够满足通信要求，也不会影响适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的性能。进一步地，根据高频电磁场在金属导体中传输的趋肤深度计算公式：其中：δ为趋肤深度，ω为角频率，Μ为磁导率，ρ为电阻率，通过计算可得：

因此，铜塑复合膜的铜层23厚度可以满足高频下的通信要求，可以作为适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的外导体，且不会影响适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的高频电气性能。本发明将两根塑料管1进行“8”字形排列，采用同一外导体2包覆，且在外导体2上正交设置第一槽孔21及第二槽孔22，使得从两根塑料管1内辐射出的电磁波信号实现正交叠加，适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件向外的辐射信号工作呈圆极化模式，增强了覆盖范围内信号的强度以及纵向传输的长度。

如图1至图2所示，在本实施例中，两根塑料管1内均设有填充物4，填充物4可以采用相对介电常数及性能与塑料管1相同或接近的材料，例如是发泡低密度聚烯烃材料。本实施例中实用填充物4对塑料管1的内部进行填充可以防止塑料管变形，同时阻挡外界潮气入侵，避免影响漏泄圆波导的传输性能。而采用相对介电常数及性能相同或接近的材料进行填充是为了减小填充物对适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件内部传输的高频信号的影响。在本实施例中，塑料管1为介电常数性能优良的低密度聚烯烃，但不限于此，也可以是其它塑料材质。塑料管1的外径可以根据通信工作频率及漏泄圆波导的截止频率，按照公式来选取。例如，漏泄圆波导中高频信号传输受截止波长的限制，也就是当漏泄圆波导中传输主模分别为TE₁₁时和TM₀₁时，对应的截止波长，漏泄圆波导的直径可根据以下公式进行推导:λc＝3.412*D/2，λc＝2.61*D/2，其中，λc为截止波长；D为漏泄圆波导的直径，也就是本实施例中塑料管1的外径，塑料管1的外径应控制在偏差小于±0.05mm、椭圆率为0.001、直度每米不大于3mm。当然，在实际应用中，对于漏泄圆波导而言，其波导信号的传输和漏泄还需要区分漏泄圆波导的等效介电常数ε_g大于等于和小于1这两种情形，而ε_g由填充物4的介电常数、波导工作频率、波导截止波长等参数决定。因此，要确定漏泄圆波导的外径尺寸，需同时考虑塑料管内填充物的等效介电常数、波导管的工作辐射模式、工作频率、波导截止波长、用于漏泄信号的槽孔大小和周期等等。在本实施例中，护套层3为聚烯烃，但不限于此，也可以是阻燃聚烯烃、聚氯乙烯等材质，只要能够达到保护波导组件不受机械损伤的目的，同时在有要求时具备阻燃性能即可。在本实施例中，两根塑料管1规格相同，例如可以是同一根塑料管芯裁剪而成，或者选用同批次、同工艺、同设备生产的两根规格相同的塑料管，这样便于适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件传输的电磁信号能量的强度保持一致，有效实现辐射电磁信号的正交叠加，增强了信号覆盖的强度。

如图1至图2所示，在本实施例中，第一槽孔21为周期性排布的长方形槽孔，一个周期内可以有1-4个第一槽孔21，此处不做限制，可以根据实际需求进行设置。第二槽孔22也为周期性排布的长方形槽孔，一个周期内可以有1-4个第一槽孔202，此处不做限制，可以根据实际需求进行设置，第一槽孔21与第二槽孔22之间具有间隔。在本实施例中，第一槽孔21及第二槽孔22的位置分别对应两根塑料管1所在的位置，第一槽孔21及第二槽孔22的长度范围为10mm～35mm，宽度范围为3mm～6mm。第一槽孔21及第二槽孔22可以使电磁场辐射到外导体2外部，且槽孔尺寸的设置，可以同时满足传输信号的工作频率、外部环境、用户要求盲区内信号覆盖强度等要求。在本实施例中，周期性设置的第一槽孔21与第二槽孔22沿外导体2长度方向平行排列设置，并且第一槽孔21与第二槽孔22正交，例如，以外导体2长度方向从左往右为第一方向，第一槽孔21与第一方向的夹角呈-45゜，第二槽孔22与第一方向的夹角呈45゜，并且每对第一槽孔21的中心点与第二槽孔22的中心点构成平面A，平面A与第一方向所在的水平面B垂直，这样可以增加适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件传输的总能量，并使两根塑料管中辐射的电磁波以45゜与-45゜的方向更好地正交叠加，不仅可以消除两根塑料管间的信号干扰，而且可以增强信号的相干增益，同时也可以充分利用5G传输系统的多输入多输出(MIMO)技术，实现信号的空分复用增益。在本实施例中，两根塑料管1采用同一外导体2进行包覆，可以使得外导体2上的槽孔能够整齐、一致的排列在适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的同一侧，从而实现两根塑料管1辐射出电磁波的电场矢量的两个分量的相位差为90゜，且大小相等。当叠加的椭圆极化波(i E_x+j E_y)分解出的两个互相垂直的线极化波E_x和E_y的大小相近，极化轴比(辐射场的瞬时最大值与最小值之比)小于3dB时，可以实现椭圆极化转化为圆极化，而辐射场强以圆极化方式工作的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件可以最大程度上收发不同极化方向的信号，进一步增强信号的覆盖能力。

如图4所示，本发明还提供了适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的制造方法，包括以下步骤:

S1：选取规格相同的两根塑料管，并将其并列排布形成“8”字形；

S2：在所述“8”字形排列的两根塑料管外表面涂覆化学药剂，并将外导体以纵包的方式粘覆在所述化学药剂上使所述两根塑料管形成一体，并在所述外导体上开设若干第一槽孔及第二槽孔，所述第一槽孔和所述第二槽孔一一对应，所述第一槽孔及所述第二槽孔正交设置；

S3：调整所述外导体的位置，使得所述第一槽孔及所述第二槽孔分别同时对准所述两根塑料管的同侧，且每对所述第一槽孔的中心点与所述第二槽孔的中心点构成平面A，所述平面A与所述第一方向所在的水平面B垂直；

S4：在所述外导体外侧套上护套层以将所述外导体收紧固定在所述两根塑料管上。

需要说明的是，步骤S1中规格相同的两根塑料管可以通过将同一根塑料管裁剪而成，也可以是同批次、同工艺、同设备生产的两根同规格的塑料管，这样可以实现两根塑料管在信号传输路径上，同一位置的辐射电磁波信号的场强大小基本相同。步骤S2中外导体选用双层铜塑复合膜，即包括两铜层及一塑料层，两根塑料管分别放置在双层铜塑复合膜的两侧(如图5所示)，然后采用渐近式的成形模及喇叭型模的方式逐步收紧，将铜塑复合膜的铜层及塑料层分别纵包在两根塑料管的外表面上，两铜层分别设有第一槽孔及第二槽孔。本方法可以实现两根塑料管在信号传输路径上，同一位置的辐射电磁波信号正交叠加。步骤S3中对第一槽孔及第二槽孔的朝向进行微调，可以实现适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件辐射出的叠加的电磁波信号中，两个互相垂直的线极化波E _x和E _y的大小基本相同，当极化轴比(辐射场的瞬时最大值与最小值之比)小于3dB时，可实现圆极化工作模式，此时，辐射场强以圆极化方式工作的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件可以最大程度上收发不同极化方向的信号，进一步增强信号的覆盖能力。本方法通过采用将带有槽孔的铜塑复合膜粘附在作为圆波导内衬层的塑料管上，直接形成圆形漏泄波导，极大提高了工艺生产的可实现性。

综上所述，本发明提供了适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件及其制造方法，将两根塑料管通过同一外导体包覆实现漏泄圆波导以组件形式传输，一方面可以增强信号覆盖强度，另一方面有效减少了单根漏泄圆波导外导体上槽孔数量，降低了单根漏泄圆波导的能量泄露及纵向传输衰减值，提高了漏泄圆波导线组件的传输距离，从而降低整体覆盖系统中的中继设备成本、前期敷设和后期维护成本。

通过设置外导体上的第一槽孔及第二槽孔分别与第一方向呈-45°与45°的长方形槽孔，且空间位置对齐，可以使得适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件中辐射的电磁波可以正交叠加，消除两根漏泄圆波导间的信号干扰，增强信号的相干增益。同时，两根塑料管采用同规格的塑料管，这样既可以保证漏泄圆波导线对中传输的电磁信号能量强度保持均匀一致，也可实现辐射电磁信号的正交叠加，且当极化轴比小于3dB时形成圆极化信号覆盖，极大的增强了信号覆盖强度。

外导体以双层铜塑复合膜代替了传统的铜箔带，可以减少外导体铜材的消耗，降低了生产成本，并且采用一体化纵包粘附铜塑复合膜的方式生产，代替了传统铜箔带上先冲槽孔，再轧纹，然后纵包的方式，可以一次性完成两根漏泄圆波导的生产，并直接构成适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，简化了生产步骤。

适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的使用，避免了传统上需两根漏泄圆波导分别进行布放，可以一次施工布放就解决安装问题，且适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的外导体第一槽孔及第二槽孔位置相对固定，实现了第一槽孔及第二槽孔与信号覆盖区域正对，提高了施工效率，且由于原材料使用的减少，适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件整体重量减轻，方便了布放施工，也节约了布放空间。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，包括：

两根塑料管（1），其内部为中空结构，且所述两根塑料管（1）沿其长度方向平行设置；所述两根塑料管（1）内设有填充物（4）；所述填充物（4）为发泡低密度聚烯烃材料；

外导体（2），所述外导体（2）包覆在所述两根塑料管（1）上，且将所述两根塑料管（1）形成一体结构，所述外导体（2）的外表面沿所述外导体（2）的长度方向设有若干第一槽孔（21）及第二槽孔（22），所述第一槽孔（21）和所述第二槽孔（22）一一对应，且所述第一槽孔（21）与所述第二槽孔（22）正交设置；所述外导体（2）通过一体化纵包的方式包覆在两根塑料管（1）上；

护套层（3），所述护套层（3）包覆在所述外导体（2）上。

2.根据权利要求1所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述填充物（4）与所述两根塑料管（1）采用材料的相对介电常数及性能相同。

3.根据权利要求1所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述外导体（2）为双层铜塑复合膜，所述双层铜塑复合膜包括两铜层（23）及一塑料层（24），所述铜层（23）的厚度范围为0.1mm~0.2mm，所述塑料层（24）的厚度范围为0.08 mm～0.2mm。

4.根据权利要求1所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述第一槽孔（21）及所述第二槽孔（22）为周期性排布的长方形槽孔，且所述第一槽孔（21）与所述第二槽孔（22）之间具有间隔。

5.根据权利要求4所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述第一槽孔（21）及所述第二槽孔（22）的长度范围为10 mm～35mm，宽度范围为3 mm～6mm。

6.根据权利要求1所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，以所述外导体（2）长度方向从左往右为第一方向，所述第一槽孔（21）与所述第一方向的夹角呈-45゜，所述第二槽孔（22）与所述第一方向的夹角呈45゜。

7.根据权利要求6所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述第一槽孔（21）及所述第二槽孔（22）的位置分别对应所述两根塑料管（2）所在的位置，且每对所述第一槽孔（21）的中心点与所述第二槽孔（22）的中心点构成平面A，所述平面A与所述第一方向所在的水平面B垂直。

8.根据权利要求1所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件，其特征在于，所述两根塑料管（1）规格相同。

9.一种制作根据权利要求1-8任一项所述的适用于MIMO技术的漏泄圆波导组件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选取规格相同的两根塑料管，并将其并列排布形成“8”字形；

S2：在所述“8”字形排列的两根塑料管外表面涂覆化学药剂，并将外导体以纵包的方式粘覆在所述化学药剂上使所述两根塑料管形成一体，并在所述外导体上开设若干第一槽孔及第二槽孔，所述第一槽孔和所述第二槽孔一一对应，所述第一槽孔及所述第二槽孔正交设置；

S3：调整所述外导体的位置，使得所述第一槽孔及所述第二槽孔分别同时对准所述两根塑料管的同侧，且每对所述第一槽孔的中心点与所述第二槽孔的中心点构成平面A，所述平面A与所述第一方向所在的水平面B垂直；

S4：在所述外导体外侧套上护套层以将所述外导体收紧固定在所述两根塑料管上。