波導(dǎo)管的工作原理及施工技術(shù)

【摘要】闡述了波導(dǎo)管的工作原理，波導(dǎo)管與其它設(shè)備的連接，波導(dǎo)管中傳輸?shù)男畔?，給出了波導(dǎo)管安裝步驟和檢查列表。

【關(guān)鍵詞】地鐵信號(hào)波導(dǎo)管原理施工

一、波導(dǎo)管的工作原理

與國(guó)家高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線信號(hào)雙向傳輸采用GSM-R模式不同，在地鐵信號(hào)中，多采用定向天線、漏滯電纜和裂縫波導(dǎo)管模式。在上述三種模式中，裂縫波導(dǎo)管模式因其傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)得到較廣泛應(yīng)用。比如將于2012年底初步開通運(yùn)行的上海地鐵16號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線信號(hào)雙向傳輸即采用此模式。波導(dǎo)管可分為普通波導(dǎo)管和裂縫波導(dǎo)管兩種。普通波導(dǎo)管是一種空心的、內(nèi)壁十分光潔的金屬導(dǎo)管或內(nèi)敷金屬的管子，波導(dǎo)管用來(lái)傳送超高頻電磁波，常見橫截面形狀有矩形和圓形，通過它的脈沖信號(hào)可以以極小的損耗被傳送到目的地。波導(dǎo)管內(nèi)徑的大小因所傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)而異。波導(dǎo)管在電路中呈現(xiàn)高通濾波器的特性：允許截止頻率以上的信號(hào)通過，而截止頻率以下的信號(hào)則被阻止或衰減。

二、地鐵信號(hào)系統(tǒng)中的波導(dǎo)管

（1）地鐵信號(hào)系統(tǒng)中使用的波導(dǎo)管構(gòu)件：有三種，可用長(zhǎng)度分別為：11.767m、3.044m、1.031m；最短的長(zhǎng)度僅用于調(diào)節(jié)波導(dǎo)管區(qū)段。最長(zhǎng)的長(zhǎng)度為常用尺寸。波導(dǎo)管的橫截面的長(zhǎng)和寬分別為10.2cm和5cm，對(duì)角線長(zhǎng)度為11.36cm，在其上部每隔6cm切有一個(gè)3cm×2cm長(zhǎng)方形孔洞，這種構(gòu)造既有利于向車載天線發(fā)射信息又有利于從車載天線接收信息。用其可以構(gòu)成幾m到最長(zhǎng)600m的波導(dǎo)管區(qū)段。波導(dǎo)管的管體結(jié)構(gòu)見圖1。

（2）波導(dǎo)管與其它設(shè)備的連接：與波導(dǎo)管連接的上一級(jí)設(shè)備是耦合單元CU，與耦合單元CU連接的設(shè)備是軌旁無(wú)線設(shè)備TRE。TRE是應(yīng)用于車-地之間進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)能壟詿o(wú)線設(shè)備。TRE由四個(gè)功能模塊組成分別為1個(gè)紅網(wǎng)線路可替換單元LRU（用于通過耦和單元CU連接波導(dǎo)管），一個(gè)藍(lán)網(wǎng)線路可替換單元LRU（用于用于通過耦和單元CU連接波導(dǎo)管），一個(gè)供電模塊和一個(gè)熔纖盒（用于將從信號(hào)設(shè)備室過來(lái)的光纖進(jìn)行熔接）。每一個(gè)LRU都是由一個(gè)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器組成的。耦合單元CU是一個(gè)由無(wú)源濾波器和耦合器組成的無(wú)源設(shè)備。有兩種類型的耦合單元，分別為一端口入一端口出和一端口入二端口出。經(jīng)同軸電纜連接到波導(dǎo)管的信號(hào)遵循IEEE 802.11i無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議，載波的頻率為2.4GHz，傳送速度為54Mbit/s，IEEE 802.11i是IEEE為了彌補(bǔ)802.11脆弱的安全加密功能而制定的修正案，于2004年7月完成，其定義了基于AES的全新加密協(xié)議以及向前兼容RC4的加密協(xié)議。耦合單元及波導(dǎo)管中的信息傳輸是雙向的，既能將無(wú)線調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生的2.4GHz信號(hào)發(fā)射出去，也能將車載天線發(fā)給波導(dǎo)管的信息通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）傳回控制中心。波導(dǎo)管、耦合單元和TRE的連接方式如圖2。

（3）波導(dǎo)管中傳輸?shù)男畔ⅲ翰▽?dǎo)管中傳輸?shù)能嚨匦畔榱熊嚨膶?shí)際位置、速度、列車編組數(shù)等指標(biāo)。地車信息是區(qū)域控制器ZC產(chǎn)生的每列列車的自動(dòng)防護(hù)區(qū)長(zhǎng)度和位置。車地信息每600ms發(fā)送一次，地車信息每336ms刷新一次，這一點(diǎn)不同于一般計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中全部子設(shè)備報(bào)告出信息后由主設(shè)備計(jì)算出結(jié)果并發(fā)送給子設(shè)備執(zhí)行的概念，而是只要ZC管理區(qū)域中的信號(hào)設(shè)備發(fā)生了變化，如某信號(hào)機(jī)開放了，地車信息會(huì)336ms刷新1次。車載計(jì)算機(jī)CC根據(jù)ZC提供的信息控制列車的運(yùn)行。由于一個(gè)ZC可管理50列相鄰區(qū)段的不同方向的列車的運(yùn)行，所以在這些相鄰區(qū)段的地車信息是相同的。ZC通過列車授權(quán)號(hào)從串行信息中檢索出不同列車發(fā)出的信息，CC通過列車授權(quán)號(hào)檢索出本列車需要的信息。上海軌道交通16號(hào)線全長(zhǎng)58.962Km，13座車站，計(jì)設(shè)4個(gè)ZC，可見每個(gè)ZC管理的區(qū)域還是相當(dāng)大的。

三、波導(dǎo)管區(qū)段的施工技術(shù)

波導(dǎo)管區(qū)段安裝由波導(dǎo)管組裝和兩端的終端部件組成。一個(gè)波導(dǎo)管區(qū)段安裝1個(gè)固定支架，由于溫度變化，波導(dǎo)管可以從固定支架處向外膨脹。為了波導(dǎo)管易于膨脹，滑動(dòng)支架按固定距離安裝，易于波導(dǎo)管滑動(dòng)。波導(dǎo)管安裝需要5步：（1）在道床上標(biāo)記波導(dǎo)管支架的位置（從固定支架到波導(dǎo)管末端），（2）水泥道床打孔，（3）波導(dǎo)管區(qū)段安裝，（4）電器連接，（5）安裝檢查。第3步中，根據(jù)波導(dǎo)管的總長(zhǎng)度，波導(dǎo)管區(qū)段安裝被分成了兩種情況：如果波導(dǎo)管長(zhǎng)度小于50m：用于短波導(dǎo)管區(qū)段的固定支架被安裝在區(qū)段的始端附近。如果波導(dǎo)管區(qū)段長(zhǎng)度大于50m，一個(gè)加強(qiáng)型固定支架被安裝在波導(dǎo)管區(qū)段的中間。對(duì)于短波導(dǎo)管區(qū)段（總共長(zhǎng)度<50m）固定支架安裝在第2個(gè)法蘭上。如果第2個(gè)法蘭處不能安裝，可將固動(dòng)支架安裝到離第2個(gè)法蘭最近的法蘭上，但禁止將固定支架安裝在第一個(gè)法蘭處。對(duì)于長(zhǎng)波導(dǎo)管區(qū)段（總共長(zhǎng)度>50m）固定支架安裝在區(qū)段的中間，如果波導(dǎo)管區(qū)段的中間位置不能安裝固定支架，固定支架可以向左或向右移動(dòng)12m。對(duì)于滑動(dòng)支架的位置，應(yīng)該遵循“第一個(gè)滑動(dòng)支架離固定支架為1.17m、兩個(gè)滑動(dòng)支架之間的距離為2.35m”的原則。波導(dǎo)管安裝后的檢查內(nèi)容為下列16項(xiàng)，分別為：（1）波導(dǎo)管的加強(qiáng)型固定支架被安裝在波導(dǎo)管的中間（精確位置被定義在布置圖中）。（2）波導(dǎo)管短固定支架安裝在第一根波導(dǎo)管的第2個(gè)法蘭上。（3）滑動(dòng)支架和波導(dǎo)管法蘭的距離總是大于或等于50cm。（4）兩個(gè)滑動(dòng)支架的距離為2.35m左右。（5）對(duì)于室外安裝，任何波導(dǎo)管附件被一個(gè)塑料保護(hù)蓋遮蓋。（6）對(duì)于室外安裝，波導(dǎo)管保護(hù)蓋配備方形條。（7）對(duì)于室外安裝，每個(gè)法蘭被一個(gè)塑料保護(hù)蓋遮蓋。（8）任何安裝在TGC（同軸電纜到波導(dǎo)管的連接設(shè)備）上的波導(dǎo)管同軸電纜，需要制作一個(gè)環(huán)路以防止在波導(dǎo)管膨脹時(shí)不被破壞。（9）為防止維護(hù)人員踩在同軸電纜上時(shí)，同軸電纜不被破壞，需在同軸電纜外部安裝機(jī)械保護(hù)。（10）布置圖被更新。（11）電器連接已完成。（12）對(duì)于室內(nèi)安裝，波導(dǎo)管法蘭和固定到波導(dǎo)管上的同軸電纜線掐之間的距離大于5cm。（13）對(duì)于室外安裝，終端保護(hù)蓋的邊緣和固定到波導(dǎo)管上的同軸電纜線掐之間的距離大于5cm。（14）固定支架安裝檢查列表（長(zhǎng)波導(dǎo)管區(qū)段和短波導(dǎo)管區(qū)段）被填寫并加入到這個(gè)檢查列表中。（15）滑動(dòng)支架安裝檢查列表被填寫并加入到這個(gè)檢查列表中。（16）帶膜雙槽法蘭盤的檢查列表應(yīng)被填寫，并加入到這個(gè)檢查列表中。若上述16項(xiàng)指標(biāo)全部合格，則該波導(dǎo)管區(qū)段安裝質(zhì)量評(píng)定為合格，否則必須返工處理。