交通无线通信系统中漏泄同轴电缆施工分析

刘诗华、徐长浩

（江西路通科技有限公司，江西南昌 330008)

0 引言

漏泄同轴电缆主要在同轴电缆外导体上开设不同形状槽孔，以使电缆内部电磁场向外泄漏，漏缆兼具同轴电缆和天线的双重功能，在交通无线通信系统中具有广阔的应用前景。而漏泄同轴电缆施工质量对于交通信号传输及系统稳定运行十分重要，必须从漏缆选用、施工准备、施工过程控制等方面着手保证施工质量，为交通无线通信系统正常运行提供基础条件。

1 漏泄同轴电缆选用

1.1 漏泄同轴电缆阻抗选择

交通无线通信系统中通常选择50Ω 或75Ω 的标准阻抗，为降低导体损耗，必须根据式（1）进行特性阻抗选择，为增大功率容量，则应根据式（2）进行特性阻抗选择。

式（1）～（2）中：Zc为电缆特性阻抗（Ω）；εr为绝缘材料等效介电常数。兼顾导体损耗及功率容量方面的考虑，当前交通无线通信系统中GSM-R 系统普遍采用特性阻抗50Ω 的漏泄同轴电缆。

1.2 漏泄同轴电缆辐射模式

根据场强辐射模式可以将漏泄同轴电缆分成辐射型漏缆和表面波耦合型漏缆两种类型，漏缆辐射机理具体见图1。其中，辐射型漏泄同轴电缆外导体槽孔间距和波长相等，精确的槽孔结构设计以及特定的窄频段有助于槽孔位置信号同相叠加。辐射型漏泄同轴电缆径向场强作用距离大，空间损耗低，耦合损耗及波动小，50%和95%耦合损耗概率的离散性通常在3～5dB 区间内波动，但是频带相对较窄，设计及施工期间必须充分考虑谐振频率等的不利影响；此外，电缆敷设时场强受到槽孔孔向的较大影响，故应针对具体频段加强场强优化处理。

表面波耦合型漏泄同轴电缆外导体槽孔间距比工作波长小，当电磁场通过小孔发生衍射后，必将激发位于电缆外导体外部的电磁场，使其外表面出现电流和电磁辐射，由此产生的电磁能量扩散于电缆四周[1]。与辐射型漏泄同轴电缆不同的是，表面波耦合型漏缆径向场强作用距离不长，空间损耗及耦合损耗较大，场强小；50%和95%耦合损耗概率的离散性通常在10～12dB 区间。但是不存在谐振频率的影响，开槽方向无特殊规定，施工过程简单容易。

漏泄同轴电缆泄漏模式包括辐射和耦合两种，辐射型漏缆泄漏以辐射为主，而表面波耦合型漏缆泄漏模式以耦合为主。结合工程实践，辐射型漏缆在交通无线通信系统中较为常用，辐射型漏缆随着技术的不断发展，目前已经具备宽频特性，能满足各种频段无线通信系统运行实际。

1.3 泄漏电缆配置

交通无线通信系统中漏泄同轴电缆通常采用单一耦合损耗及渐变型耦合损耗两种配置方式。单一耦合损耗配置方式主要根据区间实际长度，基本不设置区间射频信号放大器，进行具体规格漏缆的选择。这种做法施工过程简便，且无需区分漏缆端别，但是因存在分布不均的场强，交通系统内信号源端场强和漏缆末端信号场强必然存在较大差距，这一差值的大小与漏缆传输损耗引起漏缆内射频信号电平减弱并使泄漏场强沿漏缆轴线减小程度有关，在理论上，该差值等于漏缆传输衰减值。也就是说，单一耦合损耗配置方式下漏缆对射频信号能量造成的损耗无法避免。渐变型耦合损耗配置方式下漏缆传输损耗引起射频信号电平降低，这种下降完全可以通过耦合损耗加以补偿，最终使交通运行系统中沿漏缆轴向得到离散性小的均匀场强[2]。这种配置方式下漏泄同轴电缆设计及施工过程较为复杂，在交通无线通信系统中并不常用，当前仅在列车无限调度系统中以分段组合方式应用。仅从理论上分析，渐变型耦合损耗漏缆配置方式下的传输距离比单一耦合损耗配置方式长约20%，随着科学技术的不断发展，渐变型耦合损耗漏缆必将在交通无线通信系统中得到广泛应用。

2 漏泄同轴电缆敷设要求

考虑到周期性金属支架对漏缆电压驻波比指标存在一定程度的不利影响，故交通无线通信系统中漏泄同轴电缆敷设时最好选用非金属阻燃材料支架。为消除耦合损耗的干扰，应将漏缆安装在距离隧道底缘10cm 以上的位置；漏缆外护套表面的水分、金属颗粒、油污及盐分等均会加剧漏缆传输衰减，影响耦合损耗及驻波比，为此，还应在漏缆安装后定期清理其外护套表面的水分及油污渍，保持外护套干净清洁。

辐射型漏泄同轴电缆安装时，考虑到场强泄漏存在一定的方向性特征，故应使其外导体上槽孔方向朝向移动台，以最大限度抚平辐射场波动。加强控制漏泄同轴电缆夹具安装速度。城市道路交通行车速度通常在80～100km/h 左右，应使用低速尼龙夹具，普通尼龙夹具和防火尼龙夹具分别按照1.0m 和10.0m间距安装。高速公路及铁路因速度在100～120km/h以及250～350km/h 范围，隧道内漏泄同轴电缆夹具所受冲击荷载较大，活塞效应十分明显，尼龙夹具无法满足运行强度要求，故其GSM-R 移动通信系统必须使用专用高强度夹具，在安装时仍然按照1.0m 和10.0m 间距分别安装高速夹具和高速防火夹具。交通无线通信系统中外漏缆通常采用非自承式漏缆，高速公路一般采用7 根直径2.5mm 的钢丝作为承力钢缆，高速铁路则采用直径8～12mm 钢索。

3 漏泄同轴电缆施工

3.1 施工准备

在漏泄同轴电缆施工前，应全面复核和检查施工图及设计内容是否与技术规范和现场实际相符，同时展开图纸技术交底，以便技术人员全面掌握施工图设计思路、漏泄同轴电缆结构、技术参数及施工重难点所在。在此基础上，技术人员编制施工组织设计、施工方案、施工进度计划、材料采购及进场计划等技术文件。

3.2 单盘测试

检查并核对漏泄同轴电缆与射频电缆型号、盘长，同时观察两种电缆外表是否存在挤压变形及破损等现象；取得漏泄同轴电缆与射频电缆出厂合格证、出厂测试报告等书面资料，并对两种电缆阻燃、低烟、防紫外线及无卤等物理性能和电气特性等进行二次复检。完成两种电缆单盘测试后，通过热缩帽密封电缆端部，避免因电缆受潮、进尘后影响传输性能。两种电缆交流、直流特性具体见表1、2。

表2 射频电缆交流、直流特性

3.3 架挂施工

3.3.1 打孔

按照《公路通信及电力管道设计规范》（JTG/T 3383-01—2020），交通无线通信系统中漏缆吊挂高度应控制在比轨道面高3.5～4.5m 的位置，吊夹间距应不超出0.8～1.5m 范围，通过组合式移动梯车进行吊夹打孔，并根据锚栓确定打孔深度及孔径尺寸；打孔过程中应保持锤头与洞壁壁面垂直，避免随意扩孔，孔位高度通过激光划线仪划线确定，确保打孔质量。

3.3.2 安装漏泄同轴电缆卡具

通过组合式移动梯车进行漏泄同轴电缆卡具安装时，必须将吊夹一次性紧固到位，用手拽拉检测紧固程度。检查打孔深度和孔径尺寸，彻底清理孔底石屑、石渣后将锚栓植入孔内，通过扳手旋紧螺栓，固定吊夹。漏泄同轴电缆卡具安装过程中必须使其开口方向保持一致，并且按照10m 间距同时安装防火夹具，保证漏泄同轴电缆承载力与防火性能。

3.3.3 吊挂漏泄同轴电缆

借助轨道放线车展开漏泄同轴电缆，并放置在轨道外侧平台，通过自制撑杆和轨行梯车将漏缆抬高后放入卡具内卡紧。为保证漏泄同轴电缆一次吊装成功，梯车间距应控制在3.0～4.0m，撑杆和临近梯车间距应为5.0～6.0m。漏缆敷设及吊装过程中必须从水平方向卡入，避免施加过大压力，漏缆泄漏槽口应朝向轨道，确保网络信号有效覆盖率。

3.4 漏泄同轴电缆接续

考虑到漏泄同轴电缆生产长度和敷设长度可能不一致，施工现场还应进行漏缆接续处理，具体分为以下几种情形。一是表面波耦合型漏缆接续。当前城市轨道交通所用表面波耦合型漏缆主要为外导体轧纹铣槽漏缆，这种类型的漏缆不具有周期性节距和谐振频率，在接续施工过程中不受开槽的影响。二是单一开槽辐射型漏缆接续。根据漏泄同轴电缆电波辐射原理，可以将位于单一开槽辐射型漏缆外导体的周期性槽孔视为小行波天线，漏缆所辐射的电波可视为行波天线所辐射电波向量的迭加，在接续施工过程中，一旦破坏槽孔周期性属性，外部电磁场必然因相位发生改变而跌落。所以，单一开槽辐射型漏缆一般采取固定连接器的常规接续方式，即连接待接续漏缆内外导体，通过控制槽孔节距的方式，避免场强发生跌落。三是单一开槽辐射型漏缆调相电缆接续。根据漏泄同轴电缆电波辐射原理，为保证其辐射电磁场相位一致，按照下式确定相邻电缆槽孔相位差φopt：

式（3）中：m为正整数，相邻槽孔平行时取偶数，反之则取奇数；L为相邻漏缆首个槽孔中心距（mm）；λg为漏缆内工频对应波长（mm）；P为漏缆外导体上槽孔节距（mm）。为确保相邻漏缆λg槽孔间相位差符合《公路通信及电力管道设计规范》要求，必须通过调相电缆予以调整。调相电缆长度Lx，波长λs，相邻电缆首个槽孔至电缆两个端头距离为l1和l2，则相邻电缆槽孔相位差φ为：

假设以上两个方式所确定的相邻电缆槽孔相位差相等，则可得到漏缆调相电缆接续施工过程中调相电缆最佳长度为2.0m。四是渐变型辐射漏缆调相电缆接续。对于超长距离隧道等交通工程，为补偿传输损耗所引发的车辆接收电平的损耗，提升其接收电平，增强通信信号稳定性，必然涉及不同开槽方式漏泄同轴电缆连接。根据以上对单一开槽辐射型漏缆调相电缆接续长度的分析，采用相同方式便可推算出渐变型辐射漏缆调相电缆接续长度,见图2。

图2 辐射型漏缆辐射示意图

3.5 漏泄同轴电缆接头施工

拉直漏缆后将电缆接头处杂物彻底清理干净，再通过钢锯将漏泄同轴电缆锯开，使锯口呈圆形。在长度为45cm 的外护皮上用环刀划出一圈印痕，并通过美工刀去皮，用圆形锉刀将圆形锯口打磨平整光滑，清理锯口表面及孔内残渣后再用美工刀将漏泄同轴电缆外护皮上凸起的缆皮长度约20cm 的部分割除。

通过活动扳手安装内导体连接接头、螺丝、紧固圈及螺母，完成连接器安装后将避雷器接地线一头朝下连接，其接地线采用压接方式，引至铁塔顶端天线的馈缆则应增设接地卡，并将接地件紧固包裹在馈缆外铜皮上。连接好漏泄同轴电缆和馈缆后还应通过测试仪检测接头驻波比，待检测结果达到合格水平后进行跳线安装并连通。在室外施做滴水弯并预留出0.3m 左右的长度后将漏泄同轴电缆和馈缆引入机房，在室内沿设计要求敷设并固定，且漏缆和馈缆均不得与其他线缆交叉重叠。敷设好漏缆和馈缆后将缆身定向筋全部去除，并从距离接头50mm 处开始缠绕防水胶带，在接头器件上包裹防水胶泥，并在防水胶泥外侧再层叠包裹一层防水宽胶带，增强漏缆防水效果。

3.6 漏泄同轴电缆强电磁干扰防护

我国交通无线通信系统大多采用工频单相交流电以及接触网一钢轨回流的供电回路，供电回路四周必然产生电磁场，对周围信号线路及通信造成电磁影响。为有效解决这种场强覆盖及电磁干扰问题，可在高速公路及高速铁路隧道内架设漏泄同轴电缆，并安装中继器。沿隧道内壁与接触网平行的方式敷设漏缆，并将漏缆和接触网输电线间的垂直距离控制在0.8～1.5m。根据相关规范，接触网处于正常工作状态时通信导线内所产生的感应电动势必须在60V 以内，避免对通信系统正常运行产生不利影响。而对于车辆制动或发生故障时所释放的感生电动势超出允许值，并对交通通信系统产生危害的情形，必须在漏泄同轴电缆端部连接器上增设1 个直流阻断器，同时按照500m 间隔在漏泄同轴电缆上增设直流阻断器。

4 结语

综上所述，漏泄同轴电缆是狭长空间场强覆盖的重要技术，其应用范围和使用场合随着通信技术的不断发展而逐渐拓展，通过选择漏缆型式及组网方式，不断研发高品质漏缆及配套性附件，以充分发挥漏泄同轴电缆兼具传输线和天线的双重工程优势。与此同时，漏泄同轴电缆的施工质量也直接影响到交通无线通信系统的顺利运行，施工方必须严格遵循相关规范及设计方案，加强施工工艺过程控制、跟踪调查及质量测试，达到各项施工技术要求。