無源中繼器在地下通信的應用

摘 要：介紹了在地下空間無線通信領域所存在著的無源中繼器通信技術以及研究其重要意義，分析了地鐵中所使用的漏泄電纜系統損耗中耦合損耗的特性； 重點用試驗數據和圖表介紹，在城市地鐵項目( 或地下隧道、礦井、地下指揮場所、人防工程等) 無線通信系統中，在一定條件下使用無源中繼器替代漏泄電纜實現地下空間場強覆蓋的可行性和帶來的經濟效益。

　　0 引言

　　分析現在地鐵中使用的泄漏電纜系統損耗參數，發現漏泄電纜的系統損耗中耦合損耗占了大部分，而且它與傳輸距離無關。當傳輸距離一定長后,雖然漏纜內部的信號電平還足夠強，但由于耦合損耗的存在，使得泄漏到空間的信號電平已經降低到可用值以下，浪費了很多信號功率。一種理想的漏纜方案應該是隨離開信號饋入端距離的增加，漏纜的耦合損耗相應變小，這樣就能充分利用信號電平,延伸漏纜的覆蓋距離。由于受制造工藝的限制，目前還難于作到這一點，為了達到一定的覆蓋范圍要求，必須插入有源中繼器把電平提升到一定的高度才能延長覆蓋距離。

　　如果用一種新的輻射系統來代替泄漏電纜的耦合系統，這種輻射系統的輻射損耗要比泄漏電纜的耦合損耗小，那就可以在不使用有源中繼器的情況下覆蓋給定的要求，這個替代泄漏電纜耦合系統的輻射系統就是無源中繼器。

　　無源中繼器( Passive Repeater Site) ，采用多重分集接收及調相技術； 理論計算與實測數據證明: 在地下( 包括礦井、地鐵隧道等) 通信中，在一定條件下可以用無源中繼器替代漏泄電纜進行弱場區場強覆蓋。

　　1 無源中繼器技術

　　在非行車狀態，延伸中繼覆蓋范圍不存在什么問題，關鍵是要能在地鐵隧道處在行車狀態下延伸覆蓋范圍。因為隧道處于行車狀態，即堵車狀態時,橫截面面積大大變小，這時傳輸損耗大大增加，無源中繼器基于電波在隧道中傳播特性及自身的多重分集接收及調相技術，充分利用堵車時的橫截面積，從而減少堵車時的傳輸損耗，實現對隧道無線場強的覆蓋。

　　1. 1 技術指標WZ- 1 無源中繼器主要技術指標

　　①工作頻段：150/ 450/ 800/ 900/ 1800 MHz；

　　②部件傳輸損耗：小于2 dB；

　　③占寬系數：不大于25 mm；

　　④重量：不大于5 kg ( 平板激勵器重量與頻段有關，450 MHz 時為小于500 g) ；

　　⑤使用環境條件: 溫度：- 10~ + 60 ℃ ，濕度：90% ( + 20 ℃ ) 。

　　1. 2 工作流程

　　無源中繼器由分路合路器、移相器、平板激勵器等部件組成。它依據堵車時隧道中波導型波傳輸系數與隧道橫截面大小的關系，在隧道和機車上同時安裝無源中繼器，能有效利用隧道的有效空間。從而實現電波在地下空間中具有最小的傳輸損耗，達到在隧道中通信的目的。無源中繼器的工作流程如圖1 所示。

圖1 無源中繼器的工作流程圖

　　當通信設備發信機工作時，信號經低損耗電纜A 送到分路合路器F，利用分路功能將信號分成3路，一路信號直接輸入平板激勵器P3； 另2 路信號通過移相器Y1、Y2 后分別輸入平板激勵器P4、P5；此時，由平板激勵器P3、P4、P5 在隧道的左右和上部空間激勵出電磁波，而這些波在這3 個空間各自沿著自己的方向反射前進； 完成對隧道空間的場強覆蓋。