礦用漏泄通信

漏泄通信系統(tǒng)的關鍵傳輸媒體，是一 種具有“開放”(即無電磁屏蔽)或“半開放”(即部分 電磁屏蔽)式結構的射頻傳輸線，當信號沿該線縱向傳 輸?shù)耐瑫r，還通過其結構上的開放部分向其周圍輻射， 從而實現(xiàn)射頻信號能量由傳輸線向周圍空間“漏泄”; 反之，線周圍空間中射頻電磁波的能量也可通過其開 放處進入饋線而參與其縱向沿線的傳輸過程，形成饋 線內(nèi)外電磁波能量的相互交換。

按漏泄饋線的結構特點，可分為連續(xù)漏泄饋線和 非連續(xù)漏泄饋線兩大類，兩者還可進一步分類如下：

礦用漏泄通信連續(xù)漏泄饋線

沿線連續(xù)產(chǎn)生漏泄效應的傳輸 線。早期的連續(xù)漏泄饋線是一種扁平狀平行雙導線，屬 “開放”式結構。在該線的一端輸入射頻信號，則在其 周圍沿線可測到較強的漏泄場。但這種饋線現(xiàn)已不再 推廣應用，主要原因是傳輸效率低，并且在井下環(huán)境 中，當其表面受潮濕、煤塵、巖塵等污染，或安裝貼近 巷道壁或金屬體時，其性能急劇惡化。

近年，世界各國先后研制了各種以同軸電纜為基 礎的漏泄饋線并已達到商品化，稱漏泄同軸電纜，簡稱 漏泄電纜。這種電纜的外導體具有按一定規(guī)律開孔、開 槽、或?qū)Ь€疏編織等“半開放”式結構(下頁圖2)。各 國生產(chǎn)的漏泄電纜結構不盡相同，中國煤礦目前應用 的系疏編織開辮型結構。

處于巷道中的漏泄電纜當饋以射頻信號時，信號 主要以兩種模式沿線傳輸：單線模式和雙線模式。每種 模式對應著一種特定的電磁場分布。單線模式的場主要存在于電纜外導體與巷道壁之間，是構成漏泄場的 主要因素。由于與本模式相連系的電流系通過有損煤 質(zhì)巷道壁流通，在傳輸過程中損耗較大。雙線模式的場 主要存在于電纜的內(nèi)外導體之間，故在 這里又稱為同軸模。與本模式相連系的 電流系通過良導體—電纜的內(nèi)外導體流 通，傳輸衰減甚小。兩種電磁波通過電纜 外導體的開放處不斷地交換著能量，使 兩者能量的分配達到某種動平衡。調(diào)整 開放結構的形狀和尺寸，可調(diào)整兩者的 比例，從而達到既獲得所需的漏泄場，又 能高效率傳輸?shù)哪康摹?

影響漏泄電纜性能的是其內(nèi)外導 體、絕緣體和外層護套的結構尺寸和均 勻性、絕緣體的材質(zhì)、空氣介質(zhì)的比例以 及屏蔽結構的型式等。其主要性能參數(shù)是內(nèi)外導體的 直流電阻、特性阻抗、傳輸損耗和偶合損耗等。傳輸損 耗是指電磁波在漏泄電纜中縱向傳播過程中單位長度 上的功率損耗。偶合損耗是指漏泄電纜和附近天線之 間偶合的功率損耗，一般指離漏泄電纜一定垂直距離 處的半波偶極子天線所接收的功率與該處電纜內(nèi)部傳 輸功率之比的分貝數(shù)。在礦井條件下使用尚應充分注 意其分布電容、電感電阻比和阻燃性能等與安全有關 的要求。

礦用漏泄通信非連續(xù)漏泄饋線

將一般非漏泄同軸電纜分段斷 開，形成局部開放結構，中間插入漏泄和阻抗匹配的器 件而成。這種漏泄饋線，以非漏泄電纜為主體，其價格 比漏泄電纜便宜。但需另外連接插入裝置，增加安裝造 價。按插入器件類型，有波模轉(zhuǎn)換器插入式和漏泄段插入式。

(1)波模轉(zhuǎn)換器由電感電容等元件組成，其作用 是當射頻信號在電纜中以同軸模式傳輸?shù)讲＾D(zhuǎn)換器 處時，將部分同軸模能量轉(zhuǎn)換成單線模，同時令未轉(zhuǎn)換 的同軸模繼續(xù)前進而不產(chǎn)生反射。單線模在電纜外向開口處兩側(cè)傳播，形成足夠強的漏泄場供通信耦合之 需。當單線模沿線傳播而衰減到不足以滿足正常通信時，應再插入一個波模轉(zhuǎn)換器以提供所需的漏泄場。正 確設計波模轉(zhuǎn)換器中元件的參數(shù)，可對上述能量轉(zhuǎn)換 實現(xiàn)優(yōu)化控制。波模轉(zhuǎn)換器的插入間隔視工作頻率、單 線模傳輸衰減及離基地臺的距離而異，一般在數(shù)百米到百米之間。

這種漏泄饋線系由比利時國家采掘工業(yè)研究所 (簡稱INIEX)的德隆涅教授(P. Delogne)首先研制 成功，其相應的漏泄通信系統(tǒng)稱為INIEX—Delogne 系統(tǒng)。

(2)漏泄段插入式漏泄饋線是用適當長度的漏泄 電纜段代替上述波模轉(zhuǎn)換器而成。其與波模轉(zhuǎn)換器相 比的優(yōu)點在于，當工作頻率高至甚高頻、特高頻段時， 要求波模轉(zhuǎn)換器的插入間隔甚短，一般為70～100m， 使插入裝置的數(shù)量、安裝造價上升。而漏泄段插入式同 軸電纜可以商品化，避免了在安裝過程中對傳輸電纜 的頻繁切斷和插入連接工作。

與連續(xù)漏泄饋線相比，寬間隔、短漏泄段的非連續(xù) 漏泄饋線的優(yōu)點是其安裝要求較低。

漏泄通信系統(tǒng)按是否采用中 繼放大器，分為無中繼系統(tǒng)和有中繼系統(tǒng)。前者又有單基地臺系統(tǒng)和多基地臺系統(tǒng)，后者又有單向中繼系統(tǒng)和雙向中繼系統(tǒng)：

礦用漏泄通信無中繼單基地臺系統(tǒng)

用于通信距離較短的情 況。漏泄電纜隨通信路徑敷設。當通信路徑有分岔時， 分岔處需接入適當?shù)墓β史峙溲b置，以合理分配各支 路的射頻信號功率并避免阻抗不匹配引起的反射干 擾。

無中繼多基地臺系統(tǒng)用于通信覆蓋面較寬，超 過一個基地臺覆蓋能力的情況。由若干個單基地臺系 統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)組成。多個基地臺借助電話線由地面控制站實 施聯(lián)絡控制。較成功的應用實例最早見于英國1970年 安裝在蘇格蘭Logannet礦井的系統(tǒng)，美國紐約等地早 期的地鐵系統(tǒng)也采用這種組成方式。Logannet礦井采 用了約9km漏泄電纜和7km電話線對，一個地面控 制站，三個井下基地臺，本安型電話安全柵和若干個手 持式無線電話機來組成系統(tǒng)(見圖3)。全程劃分 成三段，每段中央設一基地臺，通過一對電話線從井上 對三個基地站實施聯(lián)絡控制。通道工作頻率為VHF 低段70～90MHz，該段工作頻率隨后被英國國家煤炭 局 (National Coal Board)確定為NCB制井下專用傳 輸頻段。

礦用漏泄通信單向中繼系統(tǒng)

由漏泄電纜、按一定間隔插入電 纜段中的單向中繼放大器、基地臺、移動臺以及基地電 源等組成。基本特征是漏泄電纜本身在傳輸無線電信 號的同時還饋送直流電以驅(qū)動單向中繼放大器工作， 使無線電信號在由基地臺至移動臺的單一方向上得到 放大以彌補線路傳輸損失。實際通信距離可延伸到 10km以上。系統(tǒng)的發(fā)展起源于七十年代，英國的馬丁 (D. J. R. Martin) 博士和戴維斯教授 (Q. V. Davis)作出了重要貢獻。由于中繼工作方式為單向的， 為實現(xiàn)自移動臺到基地臺的信息傳輸，研制了音頻反 饋系統(tǒng)和中頻反饋系統(tǒng)，以滿足雙向通信的要求。

(1)音頻反饋漏泄通信系統(tǒng) 基本特征是基地臺 發(fā)信機和基地臺收信機分設在系統(tǒng)兩端，用電話聯(lián)絡 線完成通道全程的輔助聯(lián)結(圖4)。其不足之處是難 以實現(xiàn)系統(tǒng)分支。較成功的應用實例見于1973年安裝 在英國C礦(Cadley Hill)的系統(tǒng)，采用16dB增益的 單向中繼器，耗電僅2.5mA，線路按12V饋電，輸出 功率約12.5mW，中繼間距為500m，工作頻段為70～ 90MHz。以上中繼系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)被英國國家煤炭局 (NCB) 采納為準制式。

(2) 中頻反饋漏泄通信系統(tǒng) 基本特征是基地臺 收發(fā)信機均設在系統(tǒng)一端，無需專用聯(lián)絡電話線，具有 設置系統(tǒng)分支的靈活性(見圖5)。無線電射頻信 號在系統(tǒng)中保持單方向傳輸，至所有系統(tǒng)分支的末端 經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)為中頻信號，再經(jīng)由漏泄電纜回饋至系統(tǒng) 始端構成雙向傳輸通路。對于中頻頻段的信號，反方向 通過中繼器及傳輸線本身的傳輸損失相當小，無需任 何中間放大，可滿足實際應用。

礦用漏泄通信雙向中繼系統(tǒng)

基本特征是采用了串聯(lián)插接在漏 泄電纜中的雙向中繼器(，在兩個傳輸方 向上對不同的射頻信號均能提供各自方向上的增益，省略了單向中繼系統(tǒng)中的專用聯(lián)絡電話線或變頻器和 中頻反饋措施，且能實現(xiàn)系統(tǒng)靈活分支。英國NCB制 中繼系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)為增益16dB、耗電2.5mA、饋電 12V、輸出功率約1mW、中繼間距為500m、工作頻段 為70～90MHz。 2100433B

基本的漏泄通信系統(tǒng) 由沿巷道敷設的漏泄饋線、與饋線直接連接的基地臺、 與饋線實現(xiàn)無線偶合的若干個移動臺等組成(圖1)。

基地臺與移動臺通信時，基地臺的發(fā)射機向漏泄 饋線饋送射頻信號，通過饋線的傳輸，與移動臺天線偶 合，進入移動臺接收機;或反之由移動臺發(fā)射機發(fā)射， 偶合到漏泄饋線，再傳輸?shù)交嘏_的接收機。

移動臺相互之間一般不能直接通信而需借助基地 臺轉(zhuǎn)發(fā)。這是因為移動臺間直接通信要求射頻信號的 傳輸通過兩次偶合，其偶合總損耗相當大，超過了移動 臺發(fā)射功率和接收靈敏度所允許的正常范圍。

系統(tǒng)的無線電收發(fā)信機可按不同要求設計工作于 同頻單工、異頻單工、或異頻雙工等工作方式。中國應 用較多的是基地臺異頻雙工，移動臺異頻單工，工作頻 率范圍為甚高頻段。

受漏泄饋線傳輸衰耗的限制，基本系統(tǒng)的通信距 離較短，為數(shù)百米以至千余米。在要求通信覆蓋面寬的 場合，應借助于中繼器，或采用多個基地臺組網(wǎng)。

漏泄通信主要由非屏蔽的高頻電纜——漏泄電纜、基臺（或轉(zhuǎn)發(fā)設備）、中繼器、功率分配器等組成。

漏泄電纜是一種專門用于漏泄通信的高頻電纜，電纜外導體不是全屏蔽的，開有漏泄槽或疏編織，因此在漏泄電纜內(nèi)部傳輸?shù)囊徊糠中盘柧屯ㄟ^漏泄槽或稀疏編織的孔漏泄到電纜附近外部空間，提供給移動的接收機，達到將無線電信號送入封閉空間的目的；同樣，外部移動信號也可以通過漏泄槽或稀松編織的孔穿過電纜外層導體進入漏泄電纜內(nèi)部，加上必要的設備，可以與基臺組成漏泄通信系統(tǒng)，以滿足沿漏泄電纜在一定范圍內(nèi)的移動通信。

漏泄電纜分為導波線和漏泄同軸電纜兩大類。

導波線是采用雙根或單根傳輸線組成的開放式的誘導系統(tǒng)。通常用于較低的頻段（150MHz以下），它的造價低，但表面易受污染，其場分布受敷設條件及周圍環(huán)境影響較大，通信不夠穩(wěn)定，應用范圍受到限制。

漏泄同軸電纜（簡稱LCX）是在外導體上開有一定形統(tǒng)。槽的類型很多，有連續(xù)或不連續(xù)的縱向槽，有周期性的八字槽、嫘旋槽、橢圓槽、Z形槽等。電纜所傳輸?shù)囊徊糠蛛姶拍芰繌牟壑新┬沟娇臻g，與附近的移動臺天線耦合構成通信系統(tǒng)。這類系統(tǒng)有良好的電氣特性，輻射性能可控，受環(huán)境影響小，敷設方便。主要用于VHF、UHF頻段。在地下鐵道、鐵路隧道和煤礦等封閉電磁波傳遞的空間內(nèi)應用。

中文名稱：礦用通信電纜 英文名稱：Mine communication cable所屬學科：煤炭科技（一級學科）；礦山電氣工程（二級學科）；煤礦通信（三級學科）

礦用通信電纜mhyv規(guī)格型號表