泄漏电缆范文
时间：2023-03-18 21:14:50
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篇1
Abstract: in this paper, the leakage coaxial cable transmission system characteristics, application places and leak coaxial cable structural features and main technical parameters were briefly introduced; And with a subway tunnel leakage cable transmission system design, for example, a detailed description of the link calculation and system design method, at last, this paper introduces the electromagnetic field of the free space of the field test method.
Keywords: leakage coaxial cable, the subway tunnel, link calculation, the field measurement
中图分类号： TM247 文献标识码：A 文章编号：
隧道、地铁、矿井、车站和地下停车场等都是空间狭窄的特殊通信区域，影响无线信号正常传输；此外，由于车体对信号的遮挡，车辆行驶速度快，导至隧道内的通信信号极差，产生通信盲区。采用泄漏同轴电缆分布覆盖解决方案，可以克服常规天线电磁场分布不均匀和频带窄等诸多弊病。泄漏同轴电缆还适用于金属框架结构的建筑物，或者信号需要被限制在一个比较小的范围（几米）内。信号覆盖范围可以被限定在一个特定的区域内，从而可以最大限度降低同频道干扰。
泄漏同轴电缆(Leaky Coaxial Cable)简称为“漏缆”。是一种可以安装在建筑物内及隧道内的无线覆盖设备，它可以解决在室外基站信号无法穿透建筑物的难题。
泄漏同轴电缆的结构与普通同轴电缆基本一致，由内导体、开有周期性槽孔的外导体和绝缘介质三部分组成，如图1所示。电磁波在泄漏同轴电缆中纵向传输的同时，还通过外导体槽孔向外界辐射电磁波；外界移动设备发射的电磁场也可通过外导体槽孔感应到泄漏电缆内，并传送到无线基站(BTS)的接收端。
当今，宽频泄漏电缆已经成为室内无线通讯系统的重要组成部分，包括第二代和第三代商业网络、紧急服务通讯网络、WLAN、WiMAX和移动电视等。
泄漏同轴电缆具有同轴电缆和天线的双重作用。与传统的直放站＋转发天线、馈电系统相比,泄漏电缆分布式天馈系统具有以下特点：
(1) 信号覆盖均匀，尤其适合地下停车场、隧道、矿井等狭小空间；泄漏电缆和传统天线辐射的电磁场分布相比，就像长日光灯管与电灯泡照明的亮度分布相比那样；如图2所示。
(2) 泄漏电缆是一种宽频带系统,其频段覆盖在45MHz－2GHz以上，适应现有各种无线通信体制，即可同时提供多种通信服务覆盖，例如可同时用于：CDMA800、SM900、GSM1800、WCDMA、1/4 1/2 7/8 1-1/4 1-5/8
WLAN等多种不同频段的无线通信系统；图1各种规格的泄漏电缆
(3) 在障碍物多的复杂空间环境下，泄漏电缆通信的信号稳定、性能优异；
(4) 泄漏电缆的始端与末端的场强差异较大；(5) 泄漏电缆价格较贵，但当多系统同时接入时可大大降低总体造价。
图2泄漏电缆与传统天线辐射电磁场分布比较
一. 泄漏电缆的主要技术特性
1.1泄漏电缆分类
根据信号泄漏机理，泄漏电缆可分为：耦合型、辐射型和分段型三种类型。
1. 耦合型泄漏电缆：
耦合型漏缆外导体上的槽孔间距远小于工作波长。电磁波通过槽孔衍射；外导体表面波的二次效应电流，在电缆周围激发出电磁场，电磁场能量以同心圆的方式扩散，它辐射的电磁能量是无方向性的，并随着距离的增加迅速减小。耦合型漏缆适合于宽频谱传输。典型的耦合型漏缆结构是外导体上有轧纹，纹上铣椭圆形孔。由于耦合型漏缆的传输频带宽，因此地铁专网无线通信系统一般都选用耦合型漏缆，在地铁里，一根漏缆可传输多路公网（GSM/CDMA等）信号。
耦合型泄漏电缆一般有两类，一类是耦合损耗小而线路损耗较大，另一类是耦合损耗大而线路损耗小，可根据不同情况和不同用途选取。
2.辐射型泄漏电缆：
辐射型漏缆的典型结构是在外导体上开着周期性变化的一字、八字形槽孔。槽孔间隔约等于1／2工作频率波长，槽孔结构使得在槽孔处的信号产生同相迭加，但只在相应波长的窄频段才会产生同相迭加效应，因此工作频带较窄。
辐射型漏缆电磁能量相对集中在槽孔方向，并与电缆轴心垂直，辐射能量有方向性，并且不会随距离的增加而迅速减小。耦合损耗在某一频段内保持稳定，适用于800－2200MHz频段。
3.分段型泄漏电缆：
分段型漏缆是每隔一定距离在外导体上开槽口(分段槽孔)，分段的距离使电缆的线路损耗在某一频带内最小，并可随着电缆线路损耗的增加而增加开口数量，即不断增加泄漏量，从而增加传输距离。
表1是耦合型漏缆和辐射型漏缆两种泄漏电缆特性的比较。
1.2泄漏电缆的主要技术参数
1. 频率范围：漏缆的工作频带宽度。通过不同的外导体开槽设计，可以使漏缆在不同的工作频带上获得优化。频率分段范围的规定：
L：70 300 MHz T：300 500 MHz C：800 1000 MHz
P：1700 2000 MHzU：2000 2300 MHz S：2300 2400 MHz
2. 耦合损耗Lc：耦合损耗Lc是漏泄电缆区别于普通同轴电缆的一个重要指标，它是指泄漏电缆内的传输功率Pt与自由空间接收到的信号功率Pr之比。是表征泄漏电缆与外界环境之间相互耦合程度的一个特征参数。
耦合损耗的定义和测量方法在 IEC61196-4和GB/Tl7737.4同轴通信电缆第4部分：辐射电缆分规范中有明确规定。
Lc＝10 lg(Pt/Pr)----------------------------------------------------------------- (1)
式中：
Lc――耦合损耗，单位dB；
Pt――漏泄电缆内的传输功率，W；
Pr――标准偶极子天线的接收功率，W。
式(1)表明，当泄漏电缆内传输同样大的功率Pt，自由空间获得的接收功率Pr越大时，耦合损耗Lc就越小；也就是说，耦合损耗Lc越小，自由空间获得的辐射能量越大。耦合损耗Lc与泄漏电缆外导体的槽孔设计和传输频率密切相关。
3. 传输损耗：传输衰减又称线路损耗或插入损耗，是指漏缆传输线路的线性损耗，以dB/100m表示。它随频率而变化，通常传输频率越高，漏缆的传输损耗越大。
4. 漏缆总损耗：漏缆总损耗是指传输损耗＋耦合损耗的总和。是链路设计的依据。
系统链路计算时，漏缆的总损耗不得超过系统允许的最大损耗。例如，如果系统允许的最大损耗的典型值为120dB，应扣除系统共用器、环境屏蔽和其他因素引起约15dB左右的衰减损耗，因此，漏缆的总损耗应不超过105dB。通常长度越短，漏缆总损耗也越小。
图3漏缆总损耗α=传输损耗+耦合损耗Lc
图3是两条尺寸相同，但耦合损耗不同的漏缆总损耗图。漏缆②的耦合损耗(实线)小于漏缆(虚线)①，于是漏缆②的传输衰减就会大于①。随着漏缆长度的增加，漏缆②的总损耗会超过漏缆①。
正常情况下的系统总损耗会随传输距离增加而增大，采用分段型可变衰耗泄漏电缆可显著地增加泄漏电缆的可用长度。
5. 实际环境中的系统总损耗在实际环境中（如隧道、建筑物或地下车库内），需考虑周围环境内导体的反射或界面的吸收损耗。可通过以下途径处理： 安装时使用使用图4所示的非金属支架，因为金属支架会影响漏缆内的驻波。图4泄漏电缆的非金属安装支架
保留15-17dB的衰减损耗储备。
泄漏电缆的安装位置对耦合损耗的影响很大。安装时，漏缆的轴线与墙壁或金属桥架应保持有20cm以上的距离。
不同开放空间的隧道或地下停车场、矿井等安装环境，会产生不同的多径效应，取决于隧道的形状、尺寸和材料等因素。
表2是耦合型泄漏电缆的主要技术特性；表3是辐射型泄漏电缆的主要技术特性；表4是分段型泄漏电缆的主要技术特性。
1.3 耦合损耗的测量
耦合损耗Lc源自电缆内的信号功率Pt与自由空间一个半波偶极子接收天线收到的信号功率Pr的比值：Lc=10lg(Pt/Pr)（单位dB）。依照国际电工技术委员会标准IEC 61196-4《同轴通讯电缆（第4部分:辐射电缆分规范）》和GB/T 17737.4介绍的自由空间测量方法如下：
测量时将一个半波偶极子天线与漏缆保持D＝2m，并沿漏缆方向移动。耦合损耗的采样值随测量位置的变化而变化。测量数据还与半波偶极子天线与漏缆的相互方位（正交、垂直或平行）有关。根据IEC 61196-4规定，耦合损耗值是空间测量数据的平均值。图5是耦合损耗的测试及计算图。
如果接收天线D的距离是6m，测得的耦合损耗会增大5dB(即信号电平减小5dB)。
图5耦合损耗的测试及计算图
Lc＝Pin－[PR(d)－(Pin－Pout)d]--------------------------------------(2)
在 IEC61196-4和GB/Tl7737.4标准中，泄漏电缆的长度至少要10倍于测量频率下的波长，同时为确保测量有效，在95%覆盖接收率时，每半波长需要进行10次测量，才能作为计算耦合损耗的依据。由于要求的测量点太多，因此耦合损耗的测量依靠人工是不可能实现的，必须借助计算机和自动测量系统耒完成。
由于某一处漏泄电缆内的传输功率等于电缆输入功率减去电缆输入端到该处的功率衰减，因此，局部漏缆的耦合损耗ac (z)计算公式如下：
ac(z)=Ne-（a×z）-Nr(z)-------------------------------------------------------------- (3)
式中：
ac (z) ：局部漏缆的耦合损耗，单位dB；
Ne ：漏缆输入端的电平，单位dBm；
Nr (z) ：测量天线处的接收电平，单位dBm；
a ： 漏缆的衰减常数(传输损耗)，单位dB/km；
z ： 漏缆输入端到接收天线的距离，单位km。
耦合损耗Lc可由ac50和ac95两个典型值来表征，
ac50(即50％覆盖率)耦合损耗：是指在50 %覆盖区测得的局部漏缆的耦合损耗平均值；
ac95(即95％覆盖率)耦合损耗：是指在95%覆盖区测得的局部漏缆的耦合损耗平均值。
ac50和ac95之间的差值，可以帮助系统设计员评估并计算连接的可用性。
二. 泄漏电缆传输系统的设计
由于漏泄同轴电缆能保证信号覆盖的连续性和均匀性，因此可以在任何地方、甚至存在电磁波干扰或没有电磁波的地方都可实现无线通信，例如：隧道、矿山、地铁、建筑大楼和大型复杂的地下停车场。
耦合型宽带泄漏同轴电缆可覆盖从900MHz的蜂窝系统到1900MHz的PCS (个人通讯服务) 服务，包括用于应急服务的超高频系统。这些系统可以通过组合器(合波器)或者交叉波段耦合器把信号合成到一根泄漏同轴电缆。能在同一根电缆上完成不同波段的各种服务。
在长达2～3公里的隧道中，应每隔一定距离安装一台双向放大器，把信号放大到合理的程度。原则是电缆信号下降20分贝时，放大器就应介入补偿20分贝的损耗。在装有蜂窝系统的大楼，楼顶天线与楼内放大器连接时，可以把接收信号电平放大25～30分贝。只要足以补偿路径损耗就行。
泄漏同轴电缆的耦合损耗设计一般选择在55～85分贝之间(与漏缆的槽孔参数有关)。对于狭长的隧道系统来说，无线电波在隧道中传播时具有隧道效应，信号传播是墙壁反
射与直射的结果，其中直射为主要分量。因此隧道本身也能帮助提高泄漏同轴电缆的耦合性能，所以耦合损耗设计一般选择为75～85分贝(即辐射量可小一些)，这样有利于增长漏缆的覆盖长度。
对于地下停车场和建筑楼宇内，漏泄同轴电缆的单向长度一般都较短，在50～100米之间，传输衰减(线路损耗)一般都不会大。因此泄漏同轴电缆的耦合损耗设计一般选择在55～65分贝之间(即辐射量可大一些)，让漏泄同轴电缆能尽量多的发射信号功率，并能穿透周围界面。
泄漏同轴电缆系统设计时需要考虑的主要因素有：耦合损耗、传输衰减(线路损耗)、系统总损耗、各种接插件及跳线的插损、环境影响、射频功放的输出功率、中继器的增益以及移动设备的最低工作电平。规格尺寸大的漏泄同轴电缆系统的传输损耗较小，可获得较长的覆盖长度。
2.1 系统设计步骤：
1. 确定移动终端设备参数：
由于移动终端的输出功率较低，因此一般以移动终端的发射功率来确定漏泄同轴电缆的最大覆盖长度。根据设备的最大输出功率电平（手机为2W）和系统要求的最低接收场强（典型值为85dBm～105dBm）确定系统允许的最大总损耗值αmax. 。
2. 选定漏泄同轴电缆的耦合损耗值Lc：
确定选定泄漏同轴电缆在指定工作频率上规定长度L所对应的传输衰减为α×L。
α为该漏泄同轴电缆的线路损耗(dB/100米)。从而可确定该漏泄同轴电缆的系统总损耗值αs=α×L＋Lc 。(α为线路损耗，dB/100米；L为漏缆长度，m ；Lc为耦合损耗，dB。)
3.根据工作环境应留出一定的损耗裕量M：
损耗裕量M涉及的因素一般有以下几点：
漏缆提供的耦合损耗数据为统计平均值，必须考虑其波动性；
按50％覆盖率的耦合损耗值设计时，需留出10dB的裕量；
按95％覆盖率的耦合损耗值设计时，需留出5dB的裕量；
应考虑跳线及接头的插损；
地铁系统车体的屏蔽作用和吸收损耗也要考虑，
上述各项的环境影响，根据经验M的推荐值为15dB到17dB；
4. 确定泄漏同轴电缆的最大覆盖距离：
因为系统允许的最大总损耗为：αmax. ＝αs ＋M＝α×L＋Lc＋M
则漏缆的最大覆盖距离L=(αmax.－Lc－M)÷α-------------------(4)
2.2 某地铁隧道泄漏电缆链路计算
地铁隧道长2800米，传输900MHz波段的GSM移动通信信号；系统覆盖要求：90%的车内覆盖电平应达到-85dBm。采用无线直放站作为GSM信号源。
1. 漏泄同轴电缆选用的依据
漏泄同轴电缆选用的依据是：使用频率、传输距离、传输衰减和耦合损耗。本方案选用HLHTAY-50-42 (1-5/8") 辐射型宽频带异型槽泄漏电缆，技术参数为：..
工作频率：900MHz
耦合损耗Lc：该电缆的50%覆盖率的耦合损耗为72dB，在保证90%覆盖概率时，耦合损耗增加9dB，即90%覆盖概率时的耦合损耗为72+9＝81dB。
标称传输衰减α为2.34dB/100m；
2. 移动终端技术参数
手机最大输出功率为2W（33dBm）
90%的车内覆盖电的接收电平为 -85 dBm
3.系统损耗裕量M
耦合损耗的波动裕量为5dB
跳线及接头损耗为2dB
车体影响为10dB
系统损耗裕量M ＝5 dB＋2 dB＋10 dB＝17 dB
4. 系统允许的最大总损耗值αmax.：
系统允许的最大总损耗值：αmax.＝手机发射功率(33 dBm )接收功率电平Pr（-85 dBm）＝118 dB
5. 计算漏缆最大长度：
漏缆最大长度 L＝(αmax.-Lc-M)÷α＝（118 dB－81 dB－17 dB）÷23.4 dB/km
＝0.879km ＝854米。
此结果说明在以上条件下，该种规格泄漏同轴电缆的最大覆盖距离为854米，由于地铁隧道长为2800米，，必须由四段700米泄漏同轴电缆组成，中间需用双向(收、发)中继放大器来完成全部覆盖距离。
6.计算泄漏电缆需要的输入功率Pt：
接收电平Pr＝Pt ―Lc－M－α；
则：Pt＝Pr ＋Lc＋M＋α----------------------------(5)
式中：
Pr：接收电平，-85dBm；
Lc：耦合损耗，81dB；
M：损耗裕量，17dB；
α：传输衰减＝2.34 dB/100m×700m＝16.38dB
Pt＝－85dBm＋81dB＋17dB＋16.38dB＝29.38 dBm (即1w)
考虑到需要抑制上行信号的噪声和抑制下行信号交互调制产生的噪声，实际需要的发射功率还需提高50％，即33 dBm。
如果需转发4路载波信号，4路载波信号用合波器合成一路输入到漏缆，4合1合波器的衰耗为8dB，则每路双向射频功放的功率输出应为33dBm＋8dB＝41 dBm(12w)。
(6) GSM信号源和第一个放大器之间允许的最大纵向衰减为：
LossLong＝33+85-17-81＝20dB。因此，第一个放大器的增益应为20-25dB。
2.3系统设计
图6是由四段700公尺泄漏电缆组成的双轨地铁隧道无线通信系统。宽带双向射频功率放大器的功率增益为25～30分贝。
系统设计还需考虑下面一些问题：
接地的考虑
馈线或漏缆的接地
接地点的选择
隧道的环境影响
产品手册的误差范围
垂直极化方式下的耦合损耗指标
直流阻断器的考虑
功分器选择
合波器/耦合器的选择
泄漏同轴电缆的终端匹配电阻。
三. 泄漏同轴电缆在自由空间电磁波场强的测量
场强是电磁场强度的简称，它是天线在空间某点的感应电信号大小，以表征该点的电磁场强度。单位为微伏/米(μv/m)。
3.1场强测量
接收天线与漏缆的相互方位有：水平、垂直和水平正交三种。场强的测量数据不仅与测量位置的电磁场强弱有关，还与接收方位有关，如果接收天线的方位与被测漏缆轴线平行，可获得最大的感应信号。如图7(C)所示。
图7接收天线的极化方向与漏缆相对的三种测量方位
场强一般可用射频（RF）有效值型电平表（电压表）来测量。图8是场强测量原理图。
当线路匹配良好时，仪表读取的电平值是仪表输入端口（一般50Ω或75Ω）所取得的射频电压Er（dBμv)。Er可用下式表示：
Er=E+Ga+20lgLe-Lf-6---------（6）
式中：
Er：仪表输入口读取的电平（dBμV）；
E；电场强度（dBμV/m）；
Ga：接收天线增益（dB）。
如果采用半波长偶极天线时Ga=0dB；图8 电场强度测量原理
Le：接收天线有效长度（λ/π）；
Lf：接收馈线损耗（dB）；
6：从终端值换算为开放口的校正值（dB）。
而电场强度E（dBμV/m）则可从（6）式求出，即：
E =Er-Ga-20lgLe+Lf+6------------------------------------(7)
举例说明：
测试频率：228.25MHz(λ=1.31m)
则20lgλ/π=20lg1.31/π≈-7.6dB；
接收天线为全向半波长偶极天线，Ga=0dB；Lf选用衰减10dB/100m型电缆，实用长度10m时的衰减为1dB；仪表指示电平为15dBμV。
将上列数据代入（7），即可求得：可求得：
场强E =Er-Ga-20lgle+Lf+6 =15-0-（-7.6）+1+6 =15+7.6+1+6 =29.6dBμV/m。
3.2场强仪
场强仪是由电平表和天线组成的仪器。场强仪的量值是以μV/m作单位。从原理上来说，电平表（或电压表）它量度的是仪表输入端口的压值，而场强仪所量度的是天线在自由空间中某一点感应的电压。
目前市面上的场强仪，是将电平表的技术指标与天线分开。如日本安立公司ML524场强仪主机就是按一个电平表给出技术指标，频率范围、灵敏度、电平测量范围、电平测试精度。天线MP534A、MP666A作为选件，按频段给出技术指标和天线增益。
国内无线领域常用的是南韩生产的PTK3201场强仪，它也是按电平表给出指标，频率范围0.1～2000MHz，灵敏度0.3mV等都是以仪器输入端口给出，有一根鞭装天线，没有天线系数，只能定性地测量信号场强的相对大小，如果要测定dBμV/m 场强，则要选配测量天线。
由此可见，电平表Er (以dBμV作单位)和场强仪E (以dBμV/m作单位)是有很大区别的。可用式(7)换算。请注意：Er(电平)和E(场强)是两个不相同的数值，不能互相替代。
场强仪，它与天线关系非常密切，如果要求一定的测量精度，那么从式（7）可知，它直接与天线增益Ga有关，再则与天线的工作频率范围有关，这是最起码的要求，因此不能随便找一根天线接在电平表上就行了。在实践中，这种天线称为测试天线，它有严格技术指标，如频率范围，天线增益以及阻抗、驻波比、波束的前后比等等。为适应它的频率范围，其形状大有区别，有鞭状天线，半波振子天线，对数周期天线，环行天线等。
3.3谱分析仪与场强仪
以前场强仪总是将天线配套供给。随着电子技术和电子测量技术的发展，特别是20世纪80年代以来，频谱分析仪的大量使用，传统的场强仪已越来越少，它的功能己被频谱仪代替。频谱仪本身就是测量频谱范围内的信号电平，如果在频谱仪上加上标准测试天线不就是可测量场强了吗！比较好的频谱仪，可以将天线系数存在机内，使用时直接显示场强数值μV/m。如安捷伦公司、安立公司的频谱仪大都有天线系数存储功能。
结束语：
在山区隧道和地铁、矿井等场合进行无线通信，无线电波传播会受到阻碍，尤其是短波和超短波受到的传输衰减更大。测试表明，一台在中等开阔地、有效通信距离为5千米的无线电台，放到矿井下或坑道里，它的有效通信距离只能为20来米。增大无线电台的发射功率固然可以增大通信距离，但通信效果并不明显。有专家作过试验，即使将无线电台的发射功率加大100倍，在矿井下或隧道中，它的传播距离也不过只能增加1/5罢了。何况，在矿井下是不允许随意增大发射功率的，不然容易因电火花引发爆炸事故。那么，在隧道、矿井内实现无线电通信，路在何方？经过科学家们的研究，终于找到了利用泄漏同轴电缆进行无线电通信的良方。泄漏电缆隧道无线通信覆盖系统主要得益在于：
(1) 可减少信号阴影和遮挡区域。在复杂的隧道中如果采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好。
(2) 信号波动范围减少。与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖连续、均匀。
(3) 可对多种服务同时提供覆盖。泄漏电缆本质上是一种宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一套泄漏电缆系统。
(4) 泄漏电缆覆盖设计是一项非常成熟的技术，其设计方案相对简单。
篇2
【关键词】漏泄电缆实时监测
一、概述
漏泄同轴是在同轴管外导体上开设一系列的槽孔或隙缝，使电缆中传输的电磁波部分能量从槽孔中漏泄到沿线空间，具有频段宽、场强分布均匀稳定、可控性高、对外界干扰小、多系统兼容性好等优点，在铁路应用广泛。漏泄电缆配合直放站或中继器，用于铁路隧道、山区、弯道、路堑、地铁等无线信号传播受限的弱场区间，是无线信号弱区间信号覆盖的有效手段。
二、功能特点
1、检测漏缆的完好性；2、根据漏缆的传输损耗判断漏缆的工作状态；3、漏缆故障监测报警；4、远程监测漏缆状态；5、数据管理及分析功能；6、检测系统独立射频通道，对直放站射频及监控链路不产生影响。
三、设计方案
1.工作原理。按监测软件的上行或下行漏缆损耗“查询”后，由远端机处发出一查询命令通过RS232串口线到达漏泄电缆监测主机，主机把查询数据调制在载频的FSK信号上并经漏泄电缆发送给从机。从机收到主机查询命令后发两次信号，第一次发射时检测自已的发射功率，第二次发射把检测到的主机功率经漏泄电缆送回主机。主机接收到从机信号后经功率检测电路检出接收电平，再把这个接收电平的大小同从机传过来的发射功率数值相比，得出漏泄电缆传到远端机的损耗值，经光纤直放站链路传到网管的上位机界面上并以dB为单位显示出来，如图2。
当漏缆的损耗值高于设定门限值时上位机自动告警，如图3。
2、轮询时间设置。在网管界面上可设自动轮询时间，设置范围1～255分钟。如果只用到一路的话，可以只设置一路。考虑到内部继电器使用寿命，轮询时间不宜设置太短，调试时可以设置较短，正常工作时一般设置为240m，即4小时。此时，每隔设置的时间自动查询一次，如果成功查询到数据，则根据设置的门限值来决定是否告警。如果此次未能查询到数据，即则过5分钟再进行一次查询。如果连续3次查询不到数据，则判定线路故障（电缆断路或者主/从机停电），向网管中心发出告警信息。手动点击查询不受轮询时间影响，点击查询会返回查询到的值，此时轮询时间清0，从新开始计时。如果出现异常（损耗值过大或线路故障）则会以告警信息发送到网管。
3、告警门限设置。根据实际漏泄电缆的工作情况，故障告警门限进行相应的设置。信号衰减5dB，20dB：可能由于漏缆严重损坏，接头接触不良等因素造成。信号接收不到：可能由于漏缆有断点，或者接头未接触等因素造成。
四、工程应用（双漏泄电缆应用）
上图是当光纤直放站远端机（或中继器）接双漏泄电缆的应用方式，远程人工或者定时发起查询命令时，从机在收到命令后，确认主机发起的检测命令是检测本机，并打开通道对漏泄电缆损耗情况进行检测。从机输出端可接天线也可接50欧负载。
五、小结
本文主要对漏泄电缆监测设备工作链路工作中的一些关键部份进行分析和探讨，并给出来了指标和工程应用方案。该产品已在西安铁路局的部分铁路线上应用。
篇3
一、勘察
1.1隧道模型
隧道模型归纳分为两大类：一类是窄隧道模型，包括单线铁路、地铁隧道，这类隧道车辆距离隧道两侧或顶部较近；另一类是宽隧道模型，包括复线铁路、公路隧道、人行隧道、矿山巷道，这类隧道车辆或者行人距离隧道两侧或顶部较远。
1.2机房勘察
隧道机房勘察与普通宏蜂窝或者微蜂窝勘察基本相同，但如果机房位于地下或者山体中，需要特别注意机房的防水、湿度等环境因素。
1.3隧道勘察
1、隧道构造核查：主要内容包括隧道长度、隧道宽度、隧道结构（金属结构还是混凝土结构）。2、天线和泄漏电缆安装位置核查：主要核查天线和泄漏电缆可以安装的位置，应确保无强电、强磁和其它通信系统的干扰。3、有源设备安装位置核查：确定设备安装位置，安装位置应便于施工、调测、维护需要以及运行的安全性；确保无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰以及符合防水、湿度的要求。4、主干路由核查：主要核查机房与RRU等有源设备和RRU等有源设备之间的路由。5、电力系统核查：主要核查电力系统的位置、容量，有源设备引电的路由等。
二、规划
2.1信源选择
隧道无线网络覆盖系统的信源常用方式主要有三种：宏蜂窝+relay（直放站）、微蜂窝（分布基站）、微蜂窝（分布基站）+直放站。
2.2分布系统选择
隧道无线网络覆盖系统的分布方式主要有同轴电缆分布方式和泄漏电缆分布方式。1、同轴电缆分布方式采用同轴电缆分布方式进行覆盖是室内覆盖常用的方式，这种覆盖方案设计比较灵活、价格相对要低些、安装较为方便。同轴电缆的馈线衰减较小，天线的增益的选择主要是取决于安装条件的限制，在条件许可时，可选用增益相对高些的天线，覆盖范围会更大。2、泄漏电缆分布方式泄漏电缆像连续的横向天线，因此它提供的覆盖基本取决于它的路由。它是在同轴电缆上开有许多小窗，让信号辐射出来对近处进行覆盖。
三、设计
3.1隧道分布系统改造类方案的设计
目前大部分隧道已经完成2G或者3G的覆盖，LTE隧道无线网络覆盖系统最快捷、最节约成本的方式就是将LTE信号馈入原有分布系统。但是由于LTE频段较高，衰减损耗较大，需要对原有分布系统进行改造。1、天线系统的改造天线工作频率范围建议要求为800～2500MHz。若原天线位置或密度不合理，则需进行改造，增加或调整天线布放点，保证TD-LTE的网络覆盖。2、泄漏电缆的改造若原泄漏电缆支持LTE频段，但是满足覆盖要求，可以增加断点，使满足覆盖。若原泄漏电缆不支持LTE频段，需要更换覆盖要求型号的泄漏电缆，工作频率范围建议要求建议要求为800～2500MHz。3、同轴电缆的改造原有分布系统平层馈线中长度超过50m的1/2馈线均需更换为7/8馈线；主干馈线中长度超过30m的1/2馈线均需更换为7/8馈线。4、无源器件的改造根据工作频率范围、驻波比、损耗需求选取合适的功分器、耦合器等，要求工作频率范围建议要求为800～2500MHz。5、合路方式的改造主要有两种方式，第一种更换原有合路器，采用符合要求的合路器或者采用POI，如采用POI，应为共享共建预留端口。第二种为在原有合路器后边再增加一级合路器。
3.2新建短隧道分布系统方案的设计
这里定义长度在400米以下的隧道为短隧道。1、短窄隧道分布系统方案的设计、窄短隧道先通过模拟模拟测试，测试同轴电缆分布方式是否存在活塞效应。如存在活塞效应，通过链路预算和模拟测试确定泄漏电缆的规格，采用图3所示的覆盖方式；如不存在活塞效应，通过链路预算和模拟测试确定天线覆盖距离，采用图1、图2、图3所示的覆盖方式。定向天线、全向天线和泄漏电缆覆盖方式的区别主要区别是：2、短宽隧道分布系统方案的设计。短宽隧道基本上不会要到活塞效应，或者活塞效应不明显。故设计短宽隧道分布系统的时候，基于控制投资，选择同轴电缆分布方式；基于覆盖效果，选择泄漏电缆分布方式。其它方面的要求和短窄隧道分布系统方案的设计的要求相同。
3.3新建长隧道分布系统方案的设计
这里定义长度在400米以上的隧道为长隧道。1、长窄隧道分布系统方案的设计长窄隧道考虑覆盖效果，基本上采用泄漏电缆分布方式。方案设计时，特别注意泄漏电缆规格的选取和断点位置的选择。一般情况下，选择断点间隔在800-1000米，泄漏电缆规格选择采用E频段或者更高频段能够满足覆盖为宜。但最合理泄漏电缆规格和断点位置的选择，还需要根据隧道的长度和有源设备可以安装的位置综合确定。其它方面的要求和短窄隧道分布系统方案的设计的要求相同。2、长宽隧道分布系统方案的设计长宽隧道考虑覆盖效果，可以采用采用泄漏电缆分布方式，泄漏电缆规格和断点位置和长窄隧道基本相同；考虑投资，可以采用同轴电缆分布方式。其它方面的要求和短窄隧道分布系统方案的设计的要求相同。
四、注意事项
4.1活塞效应
隧道无线网络覆盖系统的活塞效应（PistonEffect）指在隧道中高速运行的列车，会带动隧道中天线发射的无线电波产生高速流动，类似汽缸内活塞压缩气体的现象。活塞效应会严重影响无线网络的覆盖效果，列车运行速度越快，天线与列车距离越近，活塞相应越明显；克服活塞效应最好的办法是隧道无线网络覆盖系统采用泄漏电缆分布方式。
4.2互调干扰
目前，已经查明严重的无线网络覆盖系统的互调干扰是GSM900M下行二次谐波对F频段的干扰。具体情况是：GSM900M下行：930MHz-960MHz,其二次谐波：1860MHz-1920MHz，F频段：1880MHz-1920MHz，故GSM900M下行二次谐波会干扰F频段。有两种解决办法，第一种，GSM900M下行采用930MHz-940MHz之间的频点；第二种，采用F频段的TD-SCDMA或者TD-LTE避免和GSM900M下行共用分布系统。
五、结束语
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【关键词】地铁无线系统 无线覆盖 链路计算影响因素 接地安全
一、前言
近年来，城市交通压力越来越大，各大城市开始快速建造地铁来缓解交通压力。地铁交通作为一种高效、快捷、安全的交通方式，正在为缓解城市交通压力做出巨大的贡献。地铁专用无线通信是地铁内部固定人员（如中心操作员、车站值班员等）与流动人员（如司机、运营人员、流动工作人员等）之间进行高效通信联络的最为重要的手段。地铁专用无线通信除了应满足运营本身所需的列车无线调度通信和车辆段无线通信外，根据地铁运营管理的实际情况，还满足管理所需的必要的调度通信，如日常维修的维修调度无线通信，紧急情况下防灾调度无线通信以及必要的站务无线通信等。其中运营线路无线通信系统用于运营线路控制中心调度员对相应的无线用户实施调度专用无线通信，车辆段无线通信系统用于车辆段值班员实施调度作业专用无线通信。无线场强的覆盖直接影响到无线通信系统的可靠性，为了切实保证列车调度通信的正常运行与行车安全，必须保证地铁运行全区段内的无线系统信号无缝覆盖。
二、地铁内各种环境下的覆盖方案
（一）车站站厅覆盖。在车站站厅内的信号覆盖可用两种方式进行信号覆盖，一种方式是采用泄漏电缆方式进行信号传递与覆盖，由于泄漏电缆有着很好的信号传输特性和信号耦合特性，因此用泄漏电缆来进行信号覆盖可以使信号传递时较为稳定，但由于在站厅内各个区域分布较为复杂，给施工及安装带来了一定的困难，而且使用泄漏电缆成本较高，因此在站厅的信号覆盖时，也可以采用吸顶天线的方式进行信号的覆盖。一是吸顶天线组网灵活，可在不同的区域内安装天线，而且施工方便，成本较低。
（二）车站站台覆盖。站台公共区和设备区一般情况下不考虑设置天线，利用区间漏泄电缆的漏泄信号覆盖。但如遇站台有外挂设备区域，应考虑设置吸顶天线覆盖。
（三）较长型出入通道和换乘通道。较长型出入通道及换乘通道的结构复杂，弯曲、交叉并可能存在高低落差，采用天线场强分布难以掌控，最后实施的造价不比漏泄同轴电缆方式低。所以对于弯道及坡道较多的通道，运用漏泄同轴电缆比天线覆盖质量好，并且节省投资，故在出入通道及换乘通道采用漏泄同轴电缆比较合理。但在乘客通过的出入通道及换乘通道可否敷设漏泄同轴电缆最好取得相关部门对建筑美观影响的许可，同时考虑通道弯曲对漏泄同轴电缆最小弯曲半径的限制。
（四）地面车辆段覆盖。地面车辆段无线覆盖分为两部分，一部分是车辆段室外场区采用铁塔室外天线覆盖，各检修工区及信号楼采用光纤直放站加吸顶天线覆盖。
（五）隧道出入口覆盖。在隧道出入口考虑到隧道内信号与隧道外的信号能合理对信号进行顺利切换，可以在隧道出入口处加装定向天线，也可以使在隧道口处的泄漏电缆往隧道外再延伸150米左右，以使信号延伸至隧道外以保证信号的正常切换。如果使用定向天线，可能要加装两套定向天线，为防止信号间的干扰，最理想的方式是将信号用泄漏电缆在隧道口处往外再延伸至150米处，这样信号在隧道外就已经可以与隧道内的信号完成了越区切换，保证了列车在高速行驶时能进行正常通信。
（六）隧道内覆盖。来自基站的信号自基站天线口出来后，为一路信号，再经过分配器后分至上、下行两条隧道，由于专用无线通信系统无线通信载频数量较少，当中并无其它过多的干扰信号，因此可将上、下行信号共用一根泄漏电缆在隧道内进行传输覆盖。隧道区间内主要考虑车载台的覆盖，因此应考虑所用泄漏电缆安装在与隧道内行驶车辆的车顶为准，尽量使泄漏电缆安装位置与车顶天线处于平行状态。对于隧道内使用漏泄电缆覆盖还应考虑隧道区间的长度问题，一般通过链路计算来明确漏泄电缆传递无线信号的长度，来明确某些较长区间需要增设中继器的位置，也就是单段漏缆覆盖最长长度。
链路计算需要考虑如下因素：无线信号车体穿透损耗；从基站至隧道处漏缆需馈线长度的损耗；耦合器、功分器损耗；在隧道内不可避免的会出现由于其它原因或不可未知的信号对系统的干扰损耗余量；车速；基站输出信号的输出功率；基站系统的切换时间；车载台发射功率；手持台发射功率；上行信噪比；车载台最低接收电平等。
三、无线信号覆盖系统的接地安全考虑
为了保证无线信号的覆盖质量，漏泄电缆的节点安全也至关重要，主要有如下三种方式：
（一）通常连接漏缆的跳线或电缆需要接地，安装接地卡。
（二）天馈线系统，因为它有遭雷击的危险，需要接地，安装避雷器。
（三）一根长电缆的两端都接地，需要在连接到设备之前接一个直流隔断器，避免产生由铁路隧道中高感应、高反向寄生电流造成的电流闭合回路。此外，直流隔断器有助于隔离各接地点，这些接地点因为接入隧道内不同的接地系统有势差的危险（隧道接地，水接地，建筑物接地等）
四、结论
地铁专用无线通信系统对于地铁的安全运营有着至关重要的作用，要做到无线信号的无缝覆盖是一个比较复杂和综合性的工作。既要考虑到采用的无线系统设备的具体技术参数，也要考虑到采用的漏泄电缆和无源器件等的技术参数，还要考虑到地铁车站各类环境因素的影响。通过各种计算，因地制宜采用不同的覆盖方案，既要节约成本更要满足实际需求，达到保证地铁专用无线系统信号无缝覆盖，保证地铁安全运营的目的。
参考文献：
[1]徐济中.漏泄电缆在高铁公网覆盖中的应用[J].信息通信技术.2012，2：69-71
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设计阶段的质量控制
隧道调频广播无线覆盖系统设计选用材料、设备除了要经济实用、成熟稳定、性价比高外，还必须质量安全可靠。并综合考虑施工、维护等重要因素，同时要为今后的发展、扩建、改造等留有余地。
1配电系统设计的质量控制
配电系统为隧道调频广播无线覆盖系统提供正常运行的能量，其设计合理与否影响到系统的正常稳定运行。隧道较长，物理距离相对较远的系统设备用电分配电箱进线取电点，建议就近在隧道公共配电柜空余回路取电，可以避免采用集中供配电时因供电设备故障引起相对独立工作的各直放站同时因失电停止工作，整个隧道覆盖信号消失的缺陷，同时可以节约有色金属导线。分配电箱进线电缆绝缘体材料应满足隧道防火要求，选择阻燃电缆，要满足隧道环境条件下的耐腐蚀性。导体的截面积选择，除了满足电缆敷设方式不同应满足的机械强度的截面积要求、导体发热条件选择导线截面积要求外，同时要满足在送电距离较远时，导线末端电压必须满足设备正常运行最低电压要求的导体截面积要求以及将来扩建设备用电负荷用电对导体截面积的要求。设计时选择分配电箱，避免多台设备共用一个供电回路，要一个供电回路控制一台设备。同时要预留扩建、扩展设备的备用回路。
2光缆系统设计的质量控制
光缆系统设计要安全、可靠、简洁合理，路由走向便于施工。光缆护套材料应满足隧道防火要求，宜选择防火阻燃光缆。光缆芯数选择要考虑扩建增加设备的余量，并留有足够的备用芯数。光缆系统图见图1。
3泄漏电缆系统设计质量控制
1)远端机直放站能量覆盖距离验算检查:翔安隧道调频广播无线覆盖系统工程实际最长段泄漏电缆长度为720m(见图2)，87MHz～108MHz频段对应的传输衰减损耗为0．80dB/100m;本工程远端机功率20W，输出43dBm，每路泄漏电缆注入的功率为:20/2=10W=40dBm;馈线长度:70m，馈线损耗为:0．04dB/m;功分器插损耗3dB;最长段泄漏同轴电缆信号最不利点末端信号覆盖强度:40－(7．2×0．8+70×0．04+3)=28．44dBm≥22dBm。2)泄漏同轴电缆末端车体内信号覆盖强度估算:车体及隧道效应损失6dB，衰落余量5dB，87MHz～108MHz频段对应的泄漏电缆耦合损耗75dB。
施工阶段质量控制
在工程建设过程中施工质量控制的好坏不仅影响到工程产品的各项设计指标的实现，还会影响到企业经济效益，在施工过程中控制好施工质量对实现工程质量目标起着重要的作用。施工质量控制重点要控制好各个工序的施工质量。
1供电系统施工质量控制
电源线必须采用整条阻燃电缆线，严禁中间接头。电源线敷设应自然顺直无扭绞，不得溢出槽道。富余电缆线应截除，减少电压线损。经桥架布放的电缆线绑扎整齐，松紧适度，绑扎间距均匀。电缆、电源线转弯处应放松，均匀圆滑。电源线进入开关处及开关应标识清楚，指明电源线连接的设备，施工完毕的电源线末端必须用绝缘物封头，电缆剖头必须用胶带和护套封扎。
2光缆施工质量控制
光缆施工时要注意光缆施放时的拉力一般不超过允许张力的80%，瞬间最大牵引力不得超过光缆允许张力的100%，以免拉断光缆。光缆施工时弯曲半径不得小于光缆直径的20倍。光缆敷设完毕，应保证缆线或光纤良好，缆端头应作密封防潮处理，不得浸水。光缆熔接应满足有关规范、标准要求，热熔接束状光缆单芯双向熔接点衰减平均值应不大于0．08dB/(芯•点)，带状光缆单芯双向熔接点衰减平均值应不大于0．13dB/(芯•点)。用OT-DR进行全链路双向测试时，光纤衰减的标准应满足:在1310nm波长上，衰减平均值应不大于0．4dB/km;在1550nm波长上，衰减平均值应不大于0．25dB/km。光跳线应保持自然顺直，无扭绞现象，并绑扎至横架上。尾纤在ODF和设备侧的预留应分别不超过200mm，并在其两端分别固定一永久性标签。
3泄漏同轴电缆施工质量控制
泄漏同轴电缆安装固定时应使泄漏同轴电缆开槽位置标识即场强泄漏最大方向朝向信号移动接收方向，使泄漏扇口泄漏的无线电波能完全覆盖行车道。安装泄漏同轴电缆施工时，电缆盘不得卡阻，载运轨道车不得猛启动或急刹车以免电缆受损，或发生其他安全事故，布放电缆不得拉得过紧，吊挂电缆应平直，不得出现过松、扭曲现象，漏缆两端头使用防火吊夹，并且在距离此防火夹具20cm～25cm处安装漏缆连接器。固定泄漏同轴电缆夹具的安装要牢固可靠，各种电缆连接件接头、终端电阻等的制作安装可参照相近专业施工标准执行。电缆与器件、连接件连接处应做密封防潮处理。
4设备安装施工质量控制
设备安装前应开箱检查设备的规格、型号、数量、产品合格证书及外观质量，安装前仔细阅读设备安装说明书。设备应安装在设备间，没有设备间的应安装在隧道内通风、干燥、没有滴漏和积水的安全地方。设备应与隧道壁保持规定的距离，以利于设备的防水、防潮、散热。设备的连接线、跳线按安装说明书要求连接，设备各种接地与接地母线的连接要可靠。
调试阶段的质量控制
设备安装完毕并经检查后，先进行单机设备调试，检查设备的状态指示灯是否正常，输入、输出信号是否正常，并记录。单机设备调试完成并且正常后，可以进行系统调试，通过仪器仪表检查系统各质量关键点的信号测量值是否与理论计算值相符合，同时通过收听感受检验隧道调频广播听觉效果。对工程中出现的工艺、指标质量问题，属于施工问题的通过检测、检查、分析、整改加以解决，属于设备问题的，联系厂家对设备进行重新调试、整定解决。
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【关键词】共建共享大型交通枢纽地铁无线通信
一、前言
随着经济社会的迅速发展，交通运输行业也迎来了一个新的发展高峰，各种大型交通枢纽开始出现在人们的日常生活中，并成为生产生活中不可或缺的一部分。本文以地铁枢纽的无线通信覆盖为例，对其覆盖方案、小区的划分及切换等关键技术问题进行了探讨，以期为我国的交通行业通信系统建设提供参考。
二、地铁无线覆盖网络构架
1、总体结构设计。地铁的应用场景是通信基础设施实行共建共享的最典型应用场景之一，由于地铁施工条件十分恶劣，可供通信系统布局的空间十分有限，其无线网络覆盖不可能让每家运营商都独立进行建设，因此采用共建共享是必然的要求。与一般的无线通信系统类似，地铁覆盖网络包含了无线、电源和传输等子系统，通过一定的拓扑形式构成一个复杂的无线综合覆盖网络[3]。2、无线模块设计。中国移动、中国联通和中国电信三家运营商的无线网络是相互独立的，它们之间很容易形成相互干扰，因而需要通过无线模块进行区分。本文认为，三家运营商可以通过PIO或多频分合路设备来完成上行和下行链路的合路，从而实现无线主设备的共享，然后再结合室内分布设计、泄漏电缆应用等技术对地铁枢纽的站台、隧道、出入口等位置进行全面无线覆盖。3、电源模块设备。地铁枢纽的布局比较复杂，其空间也十分有限，这给通信系统的供电带来了很大的困难。一般来说，目前较多采用两种方式来实现供电：一种是采用组合开关电源作为无线和传输模块的电源设备，另一种是通过直流远程供电的方式来为无线设备提供电力。这两种方式均有应用，考虑到设计难度和系统的简洁性，本文采用了第二种方式。4、传输模块设计。信号的传输需要借助物理介质来完成，各机房之间由于距离较远，因此一般采用光纤传输技术，通过在不同的主设备开断点之间布设光缆，完成设备之间的级联和小区划分。光缆采用48芯光纤，三家运营商共建共享，资源平均分配。对于地铁站的通信机房之间的数据传输，则采用144芯光缆，并以共建共享的形式平均分配使用。
三、大型交通枢纽无线通信关键技术
1、无线覆盖策略。地铁覆盖场景十分复杂，涉及到站厅、站台、区间隧道等不同的场景。对于站台和站厅的覆盖可采用面覆盖方式，通过布设天线阵列来实现大面积覆盖，但系统边缘场强不得低于-80dBm。当POI合路后，上下行分布可用于无线覆盖，其半径一般约为15m，为简单起见，信号的传播规律可以通过自由空间传播损耗模型来描述，尤其需要关注各频段下天线入口的是小功率。区间隧道是地铁车辆运行的线路，乘客除了进站候车的时间外，其主要时间都是在区间隧道中度过的，因此区间隧道是无线通信系统设计的重中之重。考虑到区间隧道的布局特点，因此采用泄漏电缆来完成全程覆盖，但系统边缘场强不得低于-85dBm。由于TD-SCDMA系统信源输出功率较其它系统要低得多，因此泄漏电缆的开断点设计要着重关注TD-SCDMA系统，其他系统可参照执行。2、无线网小区切换策略。对于交通线路的信号覆盖而言，小区切换的可靠性直接影响到数据传输质量，尤其是区间隧道的小区切换，更是需要采用特殊的切换策略才能保证其可靠性。对于地铁站出入口、站台和站厅之间的切换，可直接采用天花板吸顶天线即可完成。而对于区间隧道的小区切换则要复杂得多，其切换主要是在不同小区之间的交会点进行的，并且需要开断点之间有足够的功率余量。通过在隧道口泄漏电缆末端安装定向平板天线，可以扩大隧道口的覆盖面积，使隧道内外之间的重叠区更大，增加切换的可靠性。3、POI和泄漏电缆的应用。由于采用了共建共享的模式，因此同时接入的无线通信系统可能较多，这需要POI进行融合处理，并通过泄漏电缆完成区间隧道的覆盖。其中POI和泄漏电缆的选型至关重要，前者主要指标为频率范围、插损、端口隔离度、带外抑制等，后者需要重点关注传输损耗和耦合损耗，根据实际需要进行选用。
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井下作业常受到塌方、瓦斯爆炸以及迷失方向等威胁，井下通信对提高工效、保证安全是非常重要的。然而，井下通讯是封闭在地下局部环境中，地形复杂，因而电波传播极其困难。主要原因是：矿井巷道的狭窄空间完全破坏了无线电波在地面自由空间的传播规律，且巷道断面多变、表面粗糙，巷道内存在各种电缆线、金属管路和各种金属体机械设备等，进一步改变了无线电波的传播规律，致使无线电波在井巷中自由传播的距离极为有限。以往的系统在使用中都存在不同程度的缺点和不足，主要表现为通信距离有限、噪音大、系统传输参数不稳定等。采用无线电泄漏方式进行通信的系统可以大大改善通信状况。使用时持机人通过感应电线通话，对讲机与感应线之间属于无线通讯，感应线感应到的已调频载波信号在感应线中进行有线传输，可以使通信距离达到3km以上。
系统原理与设计
实现井下通信的关键是解决电波传播问题。理论分析和试验表明：在中短波频段，矿井隧道对电波的衰减最大，通信距离最近。在超短波频段，通信距离随着频率升高而增加，电波传播衰减逐渐减小，这是因为在该频段隧道可认为是其波导型通道。而低频段，由于频率低，电缆的传输损耗小（2～4dB/km），因而通信距离大。如果加接中继器，通信距离可继续扩大，因此，低频导引通信系统简单实用、造价最低。综合各种因素，我们把工作频率设定在455kHz。电波借助敷设在井下的泄漏通信电缆在矿井中非自由空间进行传播。也就是说，利用这种泄漏电磁场的存在，通过沿巷道敷设的泄漏电缆使无线电收发信机实现信息交换。因而泄漏电缆为矿井巷道等非自由空间的无线电传播提供了一种类似长天线作用的专用媒介，构成高传输质量的矿井无线电传输通道，是矿井无线电泄漏通信系统的关键组成部分，也是我们设计的井下通信系统的主要特点。系统采用单频半双工体制，收发天线共用。由于调频比调幅具有抗干扰性能好、传送信息保真度高、机器设备简单等优点，因而在我们的系统设计中采用调频工作方式。该系统的另一个特点是：455kHz中频载波发生器和调频调制器并不是由通常单一的振荡器、调制器组成，而是利用MC2833单片FM(调频)发射机子系统中的压控振荡器与10.7MHz晶体及相应电感、电容组成的电路产生10.7MHz的话音已调信号，送到MC3359射频输入端，而MC3359内置振荡器与10.245MHz晶体及相应电容组成的电路产生10.245MHz的信号，于是这两个信号在MC3359内置混频器作用下产生以中频（455kHz）为载波的已调信号。考虑到系统中其它部分电路的功能与一般半双工工作方式的电路基本类似，故不赘述。整个系统的功能框图如图1所示。
系统实现
系统设计上的主要技术考虑：工作频率选定455kHz；通信体制为调频半双工方式；信号传输方式为无线（手持机与井下泄漏电缆间）与有线（井下泄漏电缆传输）混合工作；发射机输出功率不小于2W；手持机相互间能随意通话；接收效果尽量减少噪声；采用0.5～0.8Ah、12V电源供电；对讲机通过井下铺设的泄漏电缆作为感应传输线，使通讯距离能够达到3km。
由于集成元件与分立器件比较起来具有性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻，而且价格比较便宜，因此在系统的实现方法上我们首先选用集成元件。所选用的集成元件主要有：MC2833、MC3359、MC34119、455kHz陶瓷滤波器、10.7MHz晶体、10.245MHz晶体；选用的分立元件主要有：低噪声晶体放大管3DG30G、晶体驱动放大管3DK9H、晶体末级功放管C4382A、TTF-2-1中周、电位器、电阻电容，以及拾音器、扬声器等电声转换器。
MC2833是单片FM(调频)发射机子系统，它包含一个话筒放大器、一个压控振荡器和两个辅助晶体管。在其典型应用电路中，我们将其进行改造，使之产生10.7MHz的话音调制信号输送给MC3359的混频输入端；MC3359是低功率的FM（调频）/IF(中频)接收机芯片，它包含振荡器、混频器、限幅放大器、AFC（自动频率控制）、正交鉴频器、运算放大器、静噪电路、搜索控制和沉默开关。同样，我们对其电路进行改造，使它产生经过初步放大的话音已调信号（载波455kHz），然后送给下一级功放电路进行放大。此外，系统设计中采用了收发共用MC3359，不仅节省成本和减小体积，而且试验效果也不错；MC34119是主要用于电话（例如扬声器话机）上的低功率音频放大器集成电路，具有可以在低电源电压的条件（最低为2.0V）以最大的输出摆动差动扬声器输出，以及并不需要和扬声器相联的耦合电容等一系列优点。
考虑到末级功放输出的功率可达2W以上，两个末级功放管C4382A产生的热量较多，所以需要对两个管子散热。为了有效散热，我们特意制作了一个大铝板，将两个C4382A功放管安装在这个大铝板上，对其进行散热。同时，这个铝板还起到了将两个收发部分隔开的目的。整个系统的电路原理图如图2所示。
试验结果
试验表明，该系统输出功率达2.4W，效率达50%以上。接收机灵敏度可达2.2mV（-100dBm），而且在无信号输入时，扬声器输出的电流噪声很小。在地面自由空间的通信距离可达100m，井下借助沿隧道铺设的泄漏感应电缆进行通信，距离可达3km。
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【关键词】消防；隧道；应急通信保障
0.引言
当前，随着社会经济和道路运输的高速发展，带来道路交通建设的日新月异。隧道交通进入迅猛发展时期，有穿山越岭的公路、铁路隧道，有穿越江河湖海的各类水下隧道，由于隧道事故的多发性，隧道的消防安全问题也日益为人们所关注。隧道一旦发生火灾，烟雾大、温度高、能见度低，且由于山体结构等因素，大部分隧道均呈弯曲状态，战斗员进入隧道深处后，隧道内外指战员之间的联络无法正常进行，导致灭火救援现场指挥脱节，给扑救工作造成困难，易造成人员伤亡，笔者就消防应急通信保障在隧道火灾及抢险救援事故的应用进行初步探索，并给出几种可行的解决方案，希望提高隧道内的消防应急通信保障水平，准确、迅速指导完成各类灾害事故处置工作，最大限度的保护人民生命安全和减少各类财产损失。
1.隧道灾害事故的类型
据统计，我国隧道发生灾害事故的频率为：4-10次/百米隧道/年。隧道灾害事故主要包括火灾、碰撞事故、危险气体泄露、塌方埋压等，其中大部分事故是由车辆碰撞、列车脱轨等交通事故引起的，隧道灾害事故类型复杂，经常发生一个现场，多种事故并发的现象，现场环境十分复杂，处置难度较大，易造成大量人员伤亡和财产损失。如1999年3月24日发生于法国与意大利间的勃朗峰隧道火灾导致41人死亡；2008年5月12日14时28分，由宝鸡开往成都的21043次货车行至甘肃省徽县境内109隧道南口时，因地震引发山体塌方，列车与滚落的巨石相撞，导致机车头部起火，并引燃油罐和货物车厢，致使宝成铁路在甘肃境内行车中断；2011年4月8日，一辆装有溶剂油的罐车行驶至七里河区兰临高速公路新七道梁隧道上行处，与一辆装有有机溶剂的罐车发生追尾，引起爆炸并燃烧起火，造成4人死亡，1人受伤，路面形成约1.5米高、近200米长的碎石，兰临高速公路中断；2011年4月20日凌晨4时，兰新铁路第二双线山丹军马场境内小平羌隧道发生坍塌事故，造成负责施工的中铁二局12名现场工作人员被困，2人死亡，10人失踪；2012年6月28日，连霍高速天水境内太阳山隧道，一辆油罐车与一辆装载20吨岩石乳化炸药货车相撞，造成该路段近300辆车滞留，交通中断6小时。
2.隧道无线通信的现状
由于各类隧道的长度、结构及前期附属设施建设的不同，公网基站建设不统一，大部分隧道基本未设置消防专网无线中继设备，封闭空间通信覆盖没有的到解决，在较长隧道内，消防350M无线通信设备基本无法使用，受隧道内浓烟、高温的影响，微波图传设备的使用也受到很大限制，现场音、视频等信息无法及时、准确传输，导致灭火救援现场指挥脱节，给灭火救援工作的组织实施造成很大困难。
3.消防灭火救援对隧道通信的要求
3.1及时准确高质量传输
由于隧道灾害事故现场情况复杂，通常多种类型灾害事故同时发生，现场情况瞬息万变，每个环节和因素的变化都可能引起爆炸、坍塌等连锁事故的发生，这就要求隧道应急通信要及时、准确，第一时间将现场情况反馈至现场指挥部，为正确的决策提供有力保障。
3.2安全可靠不间断传输
隧道灾害事故除了具有高温、浓烟等因素的影响外，通常还伴有化学危险品泄漏等情况，现场情况十分复杂和危险，各类应急通信保障电子设备应综合考虑防爆、防烟及防高温辐射等因素的影响，采用耐高温材料，严格按照防爆标准设计，做到安全可靠不间断传输。
3.3协调配合全面传输
由于现场参战力量较多，不同部门之间的联动通信极为重要，因此，隧道灾害事故应急通信保障应综合考虑与协同作战单位之间的通信，做到协调配合全面传输。
4.主要方法
4.1建立有线通信信号覆盖网
根据防消结合的要求，在隧道建设初期，根据不同隧道的宽度、结构及功用等特点，可分别采用光线分布式电缆系统或泄漏电缆系统或完成隧道无线通信信号的全覆盖，对于长度在20KM以下的隧道，可以安装光纤基站信号增强器来有效地解决隧道内网络覆盖不到的问题，由于光纤具有成本低、损耗小的特点，最远可拉20公里，这样可以无需考虑隔离度问题。对于特长的隧道可以用一个近端机带多个远端机的方式来实现覆盖，这种覆盖方式主要是针对距离长、路线弯曲的隧道。在隧道口架设信号增强器近端机，将空间波能量放大后转送入泄漏同轴电缆，泄漏同轴电缆通过自身的槽孔将收到的信号辐射出去，在其周围形成泄漏电磁场，来实现移动台之间的通信。如果隧道距离很远，沿着泄漏电缆将会存在非均匀的能量泄漏现象。大量的能量可能从首先到达的槽口泄漏出去，为了补偿电缆内电平在传递过程中不断下降造成的泄漏电平的下降，几种泄漏电缆路线可用几种不同耦合损耗的电缆依次串联而成，从而可以减小沿线接收信号电平的波动。
4.2配置便携式无线微波中继通信系统
该系统由单兵信息采集器、便携中继器及中继信号接收器组成，当隧道发生灾害事故时，由现场战斗小组携带单兵信息采集器（集成摄像头、红外热成像仪及语音通信装备）、若干便携中继器进入灾害事故现场，每隔5KM放置1个便携中继器，利用单兵信息采集器在灾害发生点采集现场信息，所有信息数据通过微波接力中继的方式传输至后方中继信号接收器，完成前后方信息通信任务，整个系统采取无线微波方式进行传输，抗干扰性好，具有防爆、防浓烟及架设速度快的特点。
4.3利用语音综合集成设备实现现场多部门之间的通信
在现场指挥部架设车载中继台及车载多媒体语音互联调度台，通过SIP网络接口单元、无线控制单元、环路中继单元和RoIP接口单元，将SIP电话、STP交换机、超短波电台、短波电台、集群电台、有线电话、GSM通信网络等全部接入网络，实现现场多种有无线通信终端的互联互通，从而实现现场多部门之间的协同通信。
参考文献：
[1] 唐雄燕，李建宇.宽带无线接入及应用[J].北京：电子工业出版社2006，5（1）
[2] 杨玉修.2007年铁路通信、信号、信息专业工程设计年会论文集2007
[3] 薛维虎.地铁隧道火灾消防救援问题探讨.消防科学与技术2008，12（09）
篇9
关键词：电力电缆；绝缘电阻；兆欧表
前言：电缆的绝缘并非纯粹的绝缘体，其内部和表面均有少量束缚很弱的离子或自由离子，当绝缘层加上直流电压后，沿绝缘表面和内部均有微弱的电流通过，对应这两种电流的电阻被称为表面绝缘电阻和体积绝缘电阻。一般在不加特别说明的绝缘电阻均指体积绝缘电阻。
1.四种电流
1.1 充电电流
充电电流是由介质极化而产生的电流，实际上就是以电缆导体和外电极（金属护套或屏蔽层）作为一对电极，构成一个电容器的充电电流。该电流在初加电压时，较大，其数值所构成电容器的电容量大小决定，随加压时间按指数规律很快衰减，一般在数毫秒内即可消失。
1.2 不可逆吸收电流
不可逆吸收电流时由绝缘体内部的电解电导而产生，约经过数秒钟衰减至零。
1.3 可逆吸收电流
可逆吸收电流时绝缘材料的位移电流，在施加电压的瞬间达到最大值，然后，慢慢趋向于位移稳定，可逆吸收电流约经数十秒至数分钟后趋于消失。
1.4 电导电流
电导电流是绝缘材料中自由离子及混杂的导电杂质所产生，与施加电压的时间无关，在电场强度不太高时符合欧姆定律，其值决定于介质在直流电场内的电导率，且随温度的增高而快速增加。电导电流又称泄漏电流，它的大小反映了绝缘质量的优劣。严格地讲，只有恒定的电导电流所对应的电阻才是体积绝缘电阻，它是测试的主要对象，所谓绝缘电阻试验，就是通过仪器测量出与时间无关的电导电流，并将这一电流用绝缘电阻来表示。当绝缘体受潮、脏污或开裂以后，由于绝缘体内自由离子增加，电导电流剧增，绝缘电阻值下降，所以通过测量绝缘电阻值得大小，可以初步了解绝缘的情况。
如上所述，绝缘电阻是反映电力电缆绝缘特性的重要指标，它与电缆能够承受电或热击穿的能力、绝缘层中的介质损耗和绝缘材料在工作状态下的逐步劣化等存在着极为密切的相互依赖关系。因此，测量绝缘电阻的试验就成为检查电缆绝缘情况最简单的方法，而绝缘电阻值是判断其性能变化的重要依据之一。
2 兆欧表测试电缆绝缘电阻
2.1 兆欧表的使用方法
切除电缆的电源及一切对外联系，将电缆接地放电，放电时间一般不小于2min，以保证安全与试验结构的准确；用干燥、清洁的柔软布擦去电缆终端头表面的污垢，以减少表面泄漏，同时还应该检查电缆终端头有无缺陷；将摇表放在水平位置，并在额定转速下调整指针到无穷大，有的型号摇表还必须作零位效验；对于多芯电缆，应分别测试每相线芯的绝缘电阻。测试时将被测线芯引出线接于摇表的接线端子，其余线芯与金属屏蔽和铠装层短接后一并接到摇表的接地端子，并把摇表的“接地”柱接地。为了避免电缆绝缘表面泄漏电流的影响，应利用摇表上的屏蔽端子，把表面泄漏完全撇开到摇表的指示之外。对于尚未敷设的电缆，可在被测线芯两端绝缘上加绕保护环，并把两个保护环接到摇表的屏蔽端子上。对于已敷设完毕或已投入运行的电缆，可在被测线芯两端绝缘上用金属软线加绕保护环，将两端保护环与摇表的屏蔽端子相接，而利用另一电缆线芯作为屏蔽线的回路；以恒定速度转动摇表把手，摇表指针逐渐上升，读取1min的绝缘电阻值，在停止转动摇表把手前，应先把电缆和摇表断开，以防止电缆向回充电损坏摇表。用摇表测绝缘电阻时，之所以有额定转速及标准读数时刻的规定，是因为考虑到电缆绝缘层中存在着三种随时间而衰减的电流，从理论上将应该等三种电流全部衰减完以后，读取电导电流（泄漏电流），以计算其绝缘电阻。但因衰减时间太长等因素，在测试方法的标准中明确规定，在接通电流后达到1min的时刻读取数据，这个规定既保证了非电导电流大部分已衰减为零，又使测试时间有了统一，使读数具有重复性和可比性，同时提高了测试效率；电缆绝缘电阻测试完毕或重复试验之前，必须将被试电缆进行对地充分放电；由于电缆线路的绝缘电阻受许多外界条件的影响。所以在试验中应认真填写记录表格，以利于分析试验结构。
2.2 使用兆欧表的注意事项
第一点是平行双回路架空输电线或母线，当一路带电时，不得测另一回路的绝缘电阻，以防感应高压损坏仪表和危及人身安全；第二点是摇表接线端及接地端地引出线不要靠在一起，如接线端引出线必须经其他支持物才能和被试物接触，则支持物必须绝缘良好；第三点是摇表转动速度必须尽可能保持额定值，并维持均匀转速，其转速不得低于额定转速的80%，否则测得结构误差太大；第四点是电缆的电容较大，特别是对较长电缆线路及多跟电缆并联测试时，开始充电电流很大，因而摇表的指示数很小，但这并不表示被试物绝缘不良，待经过较长时间后才能测出正确结果；第五点是如果多路电缆并联试验时，若绝缘电阻过低，应考虑分开试验。
另外，电缆所用的有机绝缘材料，如塑料、橡皮、纤维、矿物油等，其绝缘电阻受温度变化的影响很大。一般来说，当温度上升时，电导增强，绝缘电阻下降，电缆绝缘电阻与温度的关系符合指数规律。
3.试验结构的分析与判断
电缆主绝缘层地绝缘电阻较低时，一般应根据以往的测试记录来综合判断，如果绝缘电阻降低的速度突然加快，应查明原因并加以消除，必要时可通过直流耐压来确定是否可以投入运行。电缆内衬层和外护套绝缘电阻低于标准，可能是内衬层和外护套破损进水，这是可利用不同金属在电解质中形成原电池的原理来确定是否进水。当外护套或内衬层破损进水后，用万用表的“正”“负”表笔轮换测量铠装层对地或铜屏蔽层地绝缘电阻。此时，在测量回路内由于形成的原电池与万用表内干电池相串联，当极性组合使电压相加时，测得的电阻值较小；反之，较大。因此，上诉两次测得的绝缘电阻值相差较大时，表明已形成原电池，从而可判断外护套和内衬层是否已破损进水。
结束语：
总而言之，外护套破损不一定要立即修理，但内衬层破损进水后，水分直接与电缆芯接触并可能会腐蚀铜屏蔽层，一般应尽快检修。
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关键词：电缆维修 直流耐压试验 交流耐压试验
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0115-01
在电场作用下，绝缘体漏电是常有的事情，针对其问题，往往进行交流耐压试验和直流耐压试验，在交流耐压试验中，必须将导致泄漏电流的三种电流，即为电导电流、吸收电流以及电容充放电电流全部包括，而直流耐压试验中，只有电导电流贯彻始终，而其余两者只存在于试验之初，因此，两者并不能进行互换使用，现在我们就电缆维修中直流耐压问题进行分析。
1 直流耐压试验的效能性
交流耐压和直流耐压是鉴定鉴定电力设备绝缘强度的重要方法，其被运用到电气设备绝缘试验之中，并发挥着不同的作用性，而就直流耐压所表现出的优点来看，主要集中在以下几点。
1.1 试验设备轻便
一般来说，电缆的漏电电流量较小，最大为1～2 A，而直流耐压试验所需要的设备容量较小，这就要求质量轻盈，容量较小的设备给以支持，若进行交流耐压试验，则需要提升电缆电容电流量至几百安培，这就使得设备容量远远高于直流耐压试验仪器容量，因此，从这一方面来说，直流耐压试验的应用空间较广，尤其对于那些实验设备空间有限的试验来说，可采用直流耐压试验。
1.2 绝缘监测强度高
在直流耐压试验中，绝缘层中的电压分布和电阻成正比，在绝缘中存在局部性的缺陷时，其绝缘电阻将会降低，进而在一些未造成损坏的部分形成试验电压，若在电场强度过高的情况下，未损坏部分发生击穿时，则会出现绝缘较低部位击穿现象，进而导致全方位的绝缘击穿现象发生。在交流耐压试验中，绝缘层的电容量与电压分布并不形成一致性作用，而成反比，因此，不会出现连续击穿的现象，因此，在做交流耐压试验时，有可能造成绝缘部位永久性的破坏，而在一些不发生贯穿性绝缘击穿现象的情况下，则会形成绝缘缺陷，进而影响了电缆保护性能。
1.3 对绝缘损伤少
在被试验绝缘中出现气泡时，通过直流电压的作用，在实现较高电压作用情况下，会使气泡在发生局部性的放电后，通过电场作用，使得气泡中的正负电荷呈现反向移动状态，并在气泡壁上停留，这就使得外电场在气泡例的作用强度逐渐减弱，进而抑制了气泡内部局部性的放电现象，这就降低了放电发生次数，进而实现了电缆保护。热击穿现象是交流耐压试验中存在的问题，而直流耐压试验可有效避免其现象发生，所以，加压时间与击穿电压的相互影响性不大，因此，在试验中，可以以确定时间的方式，实现试验。在交流电场中，电压影响明显，电压每改变一次方向，空间电荷便会上升，进而加强气泡内部的电场强度，这就增强了局部放电，进而影响了试验的安全性，而在试验中，几乎每一个半波都要发生局部性的放电现象，在其影响下，绝缘材料、油制品等内部的温度会上升，进而会导致其分解、变质等，而电缆绝缘性能的降低，也反过来促进了局部缺陷的增大，这就造成了恶性循环，容易发生热击穿现象，由此看来，在交流耐压试验中，击穿电压与加压时间具有紧密的联系，因此从时间和加压因素考虑，直流耐压试验可有效保护电缆，进而提升电缆使用率和安全性。当然，在对绝缘体的考验中，直流耐压试验不如脚力耐压试验的真实性和实际性高，这就造成了实验结果不够准确，而这也是影响直流耐压试验进行的一个重要原因。
1.4 有效提升电缆状况判断
在直流耐压试验中，由于直流电连接途径的直接性，往往以一条线贯穿，因此可以依据泄漏电流的大小以及电流变化来对电缆运行情况以及电缆好坏进行判断，这就利于确定电缆安全性，而在交流耐压试验中，电容电流较大，并不能实现电缆情况的判断。
2 耐压试验的实际运用
电气设备绝缘试验可分为耐压试验和检查试验两种，耐压试验即为破坏性试验，是进行绝缘测验的最有效、最可信的试验，但是，往往会引起绝缘破坏，在试验中，所要求的电压要不低于设备运行过程中所可能受到的电压，而直流耐压试验就是其中一种。
就其直流耐压试验运用来看，其采用的试验电源是直流电压发生器，在试验中，测量微安表可在高压侧和低压侧进行连接，其所测的泄漏电流在5～6kV，而避雷器直流1毫安的参考电压可达到290 kV，去试验电压是额定电压的2～2.5倍。交流耐压试验具由于在交接、出厂试验中进行，因此具有不同要求的耐压值；其装置主要有试验变压器、工频和变频串联谐振耐压试验；在工频试验中，根据设备电压等级、交流耐压试验标准等进行电压值确定，并采用调压器、测量球隙、阻容分压器进行试验。
由于直流、交流电压在绝缘层具有不同的分布，直流电压以电导分布，交流电压以电容反比分布，其反映的是各处电容可发生的过电压的情况，其不同于直流电个别部位的反映，同时，两者的电压要求不同，因此，交流耐压试验与直流耐压试验不能进行相互替换。
3 结语
耐压试验是针对于电缆绝缘强度测验而进行的，其作用在于通过分析设备绝缘状况，实现电缆安全性保护，通过以上分析，我们可以看出直流耐压试验与交流耐压试验具有不同之处，直流耐压试验具有设备轻便、介质无极化损耗、能够形成伏安特性曲线等优势，从整体上看，其具有优势性，但是在电压电容、实验结果准确性等方面存在缺陷，因此在试验中，要扬长避短，以有效实现电缆检测和故障点查找。
参考文献
[1] 于俊阁.大型发电机定子绝缘的0.1赫高压试验[J].大电机技术，2010（2）.
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