孔令寬

【摘要】通過漏泄波導(dǎo)傳輸CBTC車地信息可以提高信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩?。本文基于漏泄波?dǎo)理論，利用磁偶極子法研究了漏泄波導(dǎo)的傳輸特性，并將仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。同時(shí)，論文給出了積雪覆蓋條件下，波導(dǎo)傳輸性能的測(cè)試數(shù)據(jù)，由此針對(duì)積雪覆蓋的不同情況對(duì)傳輸信號(hào)的影響進(jìn)行分析

一、引言

當(dāng)前，我國(guó)城市軌道交通已經(jīng)步入高速發(fā)展的時(shí)期，而隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，基于通信的列車控制（CBTC）已成為地鐵列車控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。車地實(shí)時(shí)通信作為CBTC的基礎(chǔ)，是通過無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過無(wú)線傳輸WLAN信號(hào)的途徑有以下幾種：天線自由波、漏泄波導(dǎo)、漏泄電纜。其中漏泄電纜尚未在CBTC中應(yīng)用。

相較于天線傳播，漏泄波導(dǎo)有傳輸性能平穩(wěn)和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，它逐漸應(yīng)用到CBTC中。隨著漏泄波導(dǎo)在CBTC中的廣泛應(yīng)用，對(duì)其傳播特性的研究成為一個(gè)重要課題。本文在矩形波導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)2.4GHz漏泄波導(dǎo)的傳輸性能進(jìn)行研究。

本文采用的研究方法是仿真與實(shí)測(cè)相結(jié)合：分別進(jìn)行仿真和實(shí)際測(cè)試，對(duì)仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，得到漏泄波導(dǎo)的接收高度范圍。其中，仿真采用專業(yè)仿真軟件Ansoft HFSS，而實(shí)際測(cè)試的地點(diǎn)是某條運(yùn)營(yíng)線路兩站間的一段隧道。

二、漏泄波導(dǎo)介紹

漏泄波導(dǎo)即是對(duì)矩形波導(dǎo)進(jìn)行處理，使其表面縫隙化。

圖1中，長(zhǎng)度為a的稱為寬邊，長(zhǎng)度為b的稱為窄邊，且a逸b，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的尺寸滿足a=2b。

規(guī)則波導(dǎo)的常用參數(shù)有：截止波長(zhǎng)姿c（截止頻率fc）和波導(dǎo)波長(zhǎng)姿g。而CBTC中使用的是工作在2.4GHz的漏泄波導(dǎo)，其波長(zhǎng)為姿=125mm約姿c。

矩形波導(dǎo)表面的縫隙之間的間隔為L(zhǎng)。由于波導(dǎo)表面的縫隙都較小，且它們之間的間隔比它們的尺寸要大幾倍，因此每個(gè)縫隙的輻射都較小，且相互之間基本沒有影響。所以，連續(xù)縫隙的輻射可等價(jià)為用相同電源供電的連

圖2中，AP為發(fā)送端，WGB（Workgroup Bridge）為接收端。在不考慮RF放大器的情況下，即發(fā)送信號(hào)未經(jīng)過射頻放大，按照?qǐng)D3對(duì)CBTC車地通信進(jìn)行鏈路運(yùn)算。

依照表2的參數(shù)，可得漏泄波導(dǎo)始端接收信號(hào)強(qiáng)度為（同軸電纜按照5m計(jì)算）：

-49.53dBm=14.77-6.3-0.2×5-0.2-65+11.5-0.3-3

距離漏泄波導(dǎo)始端600m處的接收信號(hào)強(qiáng)度為：

②實(shí)測(cè)結(jié)果

我們進(jìn)行了不同接收天線高度下接收信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)試，其中接收天線分別位于波導(dǎo)上方320mm、400mm和500mm位置處，采用定點(diǎn)測(cè)試，每4m測(cè)試一次，共300m。其接收信號(hào)強(qiáng)度如圖5所示。從不同高度的實(shí)測(cè)結(jié)果比較圖可看出，實(shí)測(cè)結(jié)果分析與仿真結(jié)果分析得到的結(jié)論相同：接收天線高度越高，接收信號(hào)強(qiáng)度越小，且接收天線高度不應(yīng)超過500mm。而考慮到實(shí)驗(yàn)環(huán)境等實(shí)際情況，進(jìn)一步實(shí)測(cè)時(shí)將接收天線放置于波導(dǎo)上方320mm處。

五、結(jié)論

CBTC中可以使用漏泄波導(dǎo)作為車地通信的傳播媒介，本文從2.4GHz漏泄波導(dǎo)的基本原理出發(fā)，將漏泄波導(dǎo)的一系列縫隙等價(jià)為一系列偶極子，并利用該思想在仿真軟件的輔助下對(duì)漏泄波導(dǎo)的傳播特性進(jìn)行仿真，得到不同接收高度下，及積雪覆蓋漏泄波導(dǎo)時(shí)的仿真接收信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試實(shí)測(cè)結(jié)果分析對(duì)比，得到漏泄波導(dǎo)的傳輸特性如下：接收天線高度越高，接收信號(hào)強(qiáng)度越小。通過仿真與實(shí)測(cè)，可得接收天線高度不應(yīng)超過500mm，本文實(shí)測(cè)時(shí)采用接收天線高于距漏泄波導(dǎo)320mm。

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