辛 鑫，张 惠，张龙生

（1. 北京市地铁运营有限公司技术创新研究院分公司，北京 100082；2. 地铁运营安全保障技术北京市重点实验室，北京 100082；3. 北京地铁科技发展有限公司，北京 100160；4. 北京市地铁运营有限公司通信信号分公司，北京 100082）

1 引言

城市轨道交通车地通信系统是信号系统、乘客信息系统（PIS）视频直播、紧急消息下发以及车载闭路电视监视系统（CCTV）视频上传的关键环节，在车地通信中起到了至关重要的桥梁作用。车地通信系统的移动性能、抗干扰性和传输带宽等性能指标直接影响整个系统的双向传输效果。漏泄波导是一种能够双向传播电磁波的空心矩形金属体，其宽面（或窄面）留有缝隙，传输原理是通过缝隙实现漏泄波导内部电磁波的漏泄和外部电磁波的有效接收，是车地通信主要的传输介质之一，具有信号覆盖均匀、衰减小、抗干扰能力强等优点，已被广泛应用于城市轨道交通车地通信系统中，如上海地铁16号线，长沙地铁1号线，成都地铁3号线，贵阳地铁1号线，北京地铁机场线、亦庄线、昌平线、房山线以及2号、7号、9号、14号线等。

国内外轨道交通领域对于漏泄波导已进行了大量的研究，上世纪40至50年代，Stevenson的缝隙辐射理论开辟了漏泄波导研究的先河，徐朝勇、王洪伟、朱力等人对漏泄波导的结构设计、辐射特性、测试以及在轨道交通中的应用进行了相关研究。当前关于漏泄波导的标准只是针对于非泄漏传输波导机械、电气性能的描述与规定，对于漏泄波导的技术要求、工程应用要求等内容尚未进行系统的梳理与规范。本文结合漏泄波导应用环境，对适用范围、技术要求、射频特性检验方法、工程要求和运营维护要求进行了规范化研究，旨在为城市轨道交通车地通信漏泄波导建设、运营及维护提供规范化依据。

2 适用范围

规范适用于城市轨道交通车地通信1.72～2.61 GHz的漏泄波导技术应用。关于适用频率范围，中国移动4G工作频率范围为2 320～2 370 MHz 、2 575～2 635 MHz ，中国联通4G工作频率范围为1 955～1 980 MHz、2 145～2 170 MHz，中国电信4G工作频率范围为1 755～1 785 MHz、1 850～1 880 MHz，参考《空心金属波导 第2部分：普通矩形波导有关规范》（GB 11450.2-1989）第2.1.1条，BJ18工作频率范围在1.45～2.20 GHz，BJ22工作频率范围在1.72 ～2.61 GHz，BJ26工作频率范围在2.17～3.30 GHz，采用BJ22矩形波导，故适用频率范围为1.72～2.61 GHz。

3 技术要求

3.1 外观

漏泄波导表面应无形变、裂纹、机械损伤，涂镀层应均匀，无脱落。表面应有明显的型号等文字标记，以便于运维人员对漏泄波导进行维修记录。

3.2 口径

规范明确了漏泄波导的内截面尺寸，BJ22工作频率范围在1.72～2.61 GHz，内截面宽度为109.22 mm，高度为54.61 mm，宽和高的偏差为0.22 mm。

3.3 射频特性

规范明确了漏泄波导在-30～70℃时的射频特性。关于温度范围，参考《城市轨道交通工程基本术语标准》（GB/T 50833-2012）第6.3.19条，根据当地历年一定年限范围内的气象资料，确定最低气温，最低气温为最低轨温；第6.3.18条，根据当地历年一定年限范围内的气象资料，确定最高气温，最高气温加20℃为最高轨温。根据统计资料，北京市历史最低气温为-27.4℃，历史最高气温为41.9℃。为保证漏泄波导安全可靠，漏泄波导在环境温度大于等于-30℃小于等于70℃时，射频特性应满足相关要求。本研究通过搭建测试环境，测试漏泄波导在-30 ℃～70 ℃时的电压驻波比、衰减常数、耦合损耗，结果如表1所示。

表1 漏泄波导射频特性

3.4 振动

考虑城市轨道交通车地通信漏泄波导应用环境，漏泄波导的振动试验包括共振试验、无共振振动耐久性能和有共振振动耐久性能。漏泄波导共振试验的振动频率范围为10～500 Hz，振值为1g。无共振振动耐久试验的振动频率范围为40 Hz，振值为2g，试验时间为15 min，漏泄波导在承受振动过程中和承受振动后的射频特性应符合表1的要求。有共振振动耐久试验在最低频率共振点，振幅为17.5 mm，试验时间为38 min，漏泄波导在承受振动过程中和承受振动后射频特性应符合表1的要求。

3.5 冰覆盖

规范明确了漏泄波导保持原射频特性不变所能承受的冰覆盖厚度。通过搭建测试环境，当漏泄波导表面覆盖小于等于5 mm厚度的冰时，漏泄波导能够维持原有的射频特性；当漏泄波导表面覆盖的冰厚度大于5 mm时，漏泄波导性能降低。

3.6 外壳防护等级

规范明确了通过法兰连接后的漏泄波导的外壳防护等级应符合《外壳防护等级（IP代码）》（GB/T 4208-2017）中IP67等级的防护要求。结合城市轨道交通漏泄波导用于隧道、高架、地面、车辆基地等环境，漏泄波导应防尘防水。

3.7 热胀冷缩

规范明确了漏泄波导在环境温度每变化1 ℃时，每100 m的伸缩位移不应大于2.4 mm。漏泄波导理论伸缩位移量、长度与温度之间的关系按照公式（1）计算。

式（1）中，ΔL为漏泄波导理论伸缩位移量，mm；L为漏泄波导长度，mm；α为线膨胀系数，取2.4×10-5/℃；Δt为温度变化幅度，℃。

4 射频特性检验方法

4.1 电压驻波比检验方法

漏泄波导在型式检验、进场检验和工程验收时电压驻波比的检验方法如下：

（1）设置矢量网络分析仪，将漏泄波导同轴转换器（CWT）通过测试电缆连接至矢量网络分析仪测试端口，并进行驻波校准；

（2）按照图1对设备进行连接，漏泄波导的被测端口和CWT连接，漏泄波导之间用漏泄波导法兰进行连接，漏泄波导另一端和匹配负载连接；

图1 电压驻波比检验示意图

（3）进行电压驻波比测试。

4.2 衰减常数检验方法

漏泄波导在型式检验、进场检验和工程验收时衰减常数的检验方法如下。

（1）按照图2对设备进行连接，在测试频率范围内依次设置信号源频率，记录各频率对应的输入功率Pin。

图2 信号源输入功率检验示意图

（2）按照图3对设备进行连接，漏泄波导的总长度L应不小于40 m，按照（1）中对应的频率依次设置信号源，记录各频率对应的测量功率Pout。

图3 衰减常数检验示意图

（3）按照式（2）计算各频率对应的漏泄波导衰减常数。

式（2）中，α为衰减常数，dB/m；Pin为输入功率，dBm；Pout为输出功率，dBm；L为漏泄波导长度，m。

4.3 耦合损耗检验方法

漏泄波导在型式检验、进场检验和工程验收时耦合损耗的检验方法如下。

（1）按照图2对设备进行连接，在测试频率范围内依次设置信号源频率，记录各频率对应的输入功率Pin。

（2）按照图4对设备进行连接，漏泄波导的总长度L应不小于5 m，漏泄波导接收天线和漏泄波导的垂向距离为350 mm。测试时漏泄波导接收天线在漏泄波导正对方沿着漏泄波导的纵向方向移动，取样区域位于漏泄波导的中间区域，即与CWT、匹配负载的纵向距离大于500 mm。按照（1）中对应的频率依次设置信号源，记录距离CWT的d处对应测试位置点的测量功率Pout。

图4 耦合损耗检验示意图

（3）计算接收概率至95%的耦合损耗时，在取样区域内应选择不少于10个测试位置点进行测量。当需要计算更高的接收概率时，在取样区域内应选择不少于20个测试位置点进行测量。

（4）按照式（3）计算各频率对应各测试位置点的漏泄波导耦合损耗：

式（3）中，Lc（d）为距离CWT的d处耦合损耗，dB；Pin为输入功率，dBm；Pout为距离CWT的d处测量功率，dBm；d为漏泄波导接收天线与CWT之间的纵向距离，m；α为衰减常数，dB/m。

5 工程要求

5.1 工程设计要求

漏泄波导工程安装位置根据现场空间与环境的要求确定。实际应用中，安装方式主要有2种：一种为道床处安装，如北京地铁机场线；一种为隧道上部安装，如北京地铁1号、2号线。条件允许时应优先考虑隧道上部安装方式。漏泄波导安装位置与接触轨、接触网之间的距离不宜小于1 m。为保证无线信号的稳定性，漏泄波导电磁波漏泄方向应与漏泄波导接收天线接收面相对应，两者之间的垂直距离宜为250～400 mm，发生横向偏移时两者的中心线偏移量应小于200 mm。

漏泄波导工程设计要求主要包括道床处安装要求、隧道上部安装要求和无线小区末端覆盖方式。

（1）道床处安装。漏泄波导在道床处安装时优先在钢轨外侧安装，当钢轨外侧不满足安装条件时可在钢轨内侧安装，安装时漏泄波导法兰顶部低于轨面20～60 mm。在轨道外侧安装时，漏泄波导和钢轨之间的横截面中心保持260～460 mm间距，两相邻漏泄波导区段的CWT之间的间隔宜控制在700～900 mm。遇到轨旁设备无法同侧连续安装漏泄波导的情况，可将漏泄波导安装到钢轨的另一侧，两相邻漏泄波导区段的CWT之间的纵向距离宜为0～300 mm。在轨道内侧安装时，漏泄波导安装位置宜选择在钢轨的中间区域，与钢轨距离较近的漏泄波导和此钢轨之间的横截面中心应保持260～460 mm间距，两相邻漏泄波导区段的CWT之间的间隔宜控制在700～900 mm之间。遇到轨旁设备无法连续布置漏泄波导的情况，采用射频电缆连接方式避开轨旁设备，两端CWT之间的纵向距离应在900 mm以内。

（2）隧道上部安装。漏泄波导在隧道上部安装时，两相邻区段的CWT之间的间隔应为700～900 mm，漏泄波导与配件最高点应符合设备限界要求。

（3）无线小区末端覆盖。车地通信系统采用不同制式的通信技术时，应根据该通信制式的无线小区切换机制选择漏泄波导的末端覆盖方式。漏泄波导末端覆盖方式主要包括CWT和CWT射频电缆连接方式、漏泄负载和漏泄负载组合方式、漏泄负载和匹配负载组合方式，覆盖方式如图5所示。

图5 车地通信系统无线小区末端覆盖方式图

5.2 工程施工要求

漏泄波导工程施工主要包括支架安装和漏泄波导连接。在安装过程中应避免没有防护罩的漏泄波导长时间暴露在空气中。

（1）支架安装。漏泄波导支架包括滑动支架和固定支架，支架宜采用预留、预埋、植筋等方式通过锚栓固定在道床处或隧道上部。滑动支架均匀布置，间隔宜保持3 m，固定支架布置在漏泄波导单区段中间区域，单区段内宜布置1个固定支架。

（2）漏泄波导连接。漏泄波导连接作业时，单区段的连接长度宜不大于400 m，连接漏泄波导的螺钉应具有防松装置，连接漏泄波导的射频电缆使用防护套管进行保护，使用线缆夹、线缆固定架进行固定，射频电缆保留不小于1 m的伸缩余量。

5.3 工程验收要求

漏泄波导工程验收主要包括安装验收和射频特性验收。安装验收主要是对漏泄波导与配件的安装位置和连接情况进行检查。射频特性验收是对漏泄波导的电压驻波比、衰减常数、耦合损耗进行抽样检查。

6 运营维护要求

根据城市轨道交通的运营维护经验及设备维修规程，结合漏泄波导结构、性能和功能特点，按照不同部件的维护周期、维护内容、维护工具和方法进行细化分类，制定能够切实有效指导运营维护人员进行维护操作的措施。漏泄波导的运营维护包括外观、CWT、法兰罩及扎带、法兰连接螺栓、滑动支架、固定支架、射频电缆及信号强度检测。

7 结论

本文基于漏泄波导在城市轨道交通车地通信系统中的应用情况，对城市轨道交通车地通信漏泄波导适用范围、技术要求、射频特性检验方法、工程要求和运营维护要求进行了规范化研究，编撰了适用于城市轨道交通车地通信漏泄波导的技术规范内容，丰富了我国城市轨道交通技术标准体系，为城市轨道交通车地通信漏泄波导建设、运营及维护提供了标准依据。