馈线系统(feeder system)是微波接力通信系统中用于连接天线与收发信机的一套装置,该装置传输的是微波射频信号。当微波射频频段较低时(一般为3GHz以下时)可使用同轴电缆馈线系统;当微波射频频段较高时通常使用波导馈线系统。为此,我国国家标准GB/T 9404《微波接力通信馈线系统技术条件》对微波接力通信用馈线系统的技术要求等内容做出了规范,下述对该标准中馈线系统相关技术要求的内容给以简要介绍,若要详细了解其标准全部具体内容的请查阅下附件。
附件 :GB/T 9404-1999《微波接力通信馈线系统技术条件》
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一、馈线系统分类与组成
1、系统的分类
在GB/T 9404中给出了微波接力通信馈线系统的分类,其分为同轴电缆馈线系统和椭圆软波导馈线系统。顾名思义,同轴电缆馈线系统是指用同轴电缆作为射频传输馈线的馈线系统;椭圆软波导馈线系统是指用椭圆形软波导作为射频传输馈线的馈线系统。之所以有这两种馈线系统之分,是因为这两种馈线对于射频电磁波的传播机理的不同,因而,同轴电缆馈线系统适用于射频频率较低时的微波频段传输系统(根据GB/T 9404标准,射频频段在3GHz以下时适用);椭圆软波导馈线系统适用于不同频段的射频频段的传输,尤其是较高频段的射频频段。事实上,软波导馈线有圆形、矩形和椭圆形等形状之分。它们相比,椭圆形软波导的传输性能更佳。
温馨提示:根据工业和信息化部《关于微波通信系统频率使用规划调整及无线电管理有关事项的通知》(工信部无[2022] 176号),对我国微波通信系统频率使用的调整情况要求,目前我国微波通信系统使用的工作频率,被安排在4.5GHz以上频段,原来规划安排的4GHz以下频段已被调整为其它无线通信系统所使用。因此,在今后的微波通信系统中,其同轴电缆馈线系统将很少被使用。
欲详细了解“工信部无[2022] 176号”关于微波通信系统工作频率配置要求的请进入。
2、系统的组成
同轴电缆馈线系统和椭圆软波导馈线系统的系统构成分别详见下图1-2-1和图1-2-2。同时,在GB/T 9404标准的附录A和附录B中还分别给出了圆形和矩形软波导馈线系统的构成。由图可知,所谓馈线系统,不仅包括馈线(同轴电缆馈线或软波导馈线),还包括相关馈线附属组件所构成。如对于软波导馈线系统的构成,主要包括软波导馈线(椭圆形等形状波导)和附属组件,其中附属组件包括:金属波导组件(也称硬波导(有圆形、矩形和扁矩形之分),用以实现一定的功能,如:椭矩变换器、弯头、极化分离器、极化补偿器等)、软波导组件(有可扭组件和不可扭组件之分)及法兰盘和附属连接件等。
图 1-2-1:同轴电缆馈线系统构成图
图 1-2-2:椭圆软波导馈线系统构成图
在GB/T 9404标准中并未直接给出馈线系统的定义,但由此可知,所谓馈线系统是指由馈线(同轴电缆馈线或软波导馈线)和附件组件(硬、软波导组件及连接件)所构成的系统。其馈线在GB/T 14733.10《电信术语 天线》中的定义是包括两层含义的:一是连接天线与发射机或接收机的射频传输线。二是对于包括不止一个受激单元的天线,它是连接天线输入端与受激单元的射频传输线。该定义说明微波接力通信馈线系统中用馈线属于传输线(transmission line),专指第一层含义。为此,下表1-2中列出了关于传输线、波导、椭圆形波导与受激单元等的定义,它来自于国家标准GB/T 14733.2《电信术语 传输线和波导》和GB/T 14733.10及相关标准。
表1-2:传输线、波导、椭圆形波导与受激单元的定义
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二、系统的技术要求
在GB/T 9404中规定的馈线系统的技术要求包括:系统的电气性能要求、机械性能要求、气密性能要求及环境适应性要求。它们的具体性能指标值请在标准原文中查阅,即详见本文的附件。
1、电气性能
在GB/T 9404中分别规定了同轴电缆馈线系统(它的表1)和椭圆软波导馈线系统(它的表2)的电气性能要求,其性能适用的频段,同轴电缆馈线系统为1.4GHz~2.7GHz频段;椭圆软波导馈线系统为2.5GHz~15GHz频段。其性能指标项目包括驻波比和插入损耗两种。插入损耗与馈线的实际长度相关,因此在实际工程中要求,铁塔应尽可能的靠近收发信设备机房。
2、机械性能
在GB/T 9404的表3中规定了椭圆软波导系统的机械性能要求(根据不同的频段给出的),其参数包括一次性最小曲率半径和扭角度。在GB/T 9404/表3中同时还规定了可扭转矩形软波导组件的机械性能。对于同轴电缆馈线系统,要求同轴电缆一次性最小弯曲半径为600mm时应满足其电气性能指标要求。
3、气密性能
对于软波导馈线系统,是需要在波导管内填充干燥气体的,以维系其内部环境特性。在GB/T 9404中规定了椭圆软波导馈线系统气密性能要求,即:充气馈线系统内部气压为30kPa时,24小时后内部气压应不低于10kPa。在实际工程中,波导充气机是定时自动工作的。
4、环境条件要求
微波接力通信馈线系统的适应于环境温度条件为:-45℃~55℃。
另外,GB/T 9404标准的附录A和附录B专门分别给出了4GHz圆形波导馈线系统和4GHz矩形波导馈线系统的技术要求方面内容。也是包括系统构成、电气性能、机械性能、气密性能和环境条件要求等。
三、关于馈线系统各构件的技术要求
前已述,微波接力通信用馈线系统,是由馈线(同轴电缆馈线或软波导馈线)和相关馈线附属组件所构成。因此,上述馈线系统的技术性能要求是建立在满足馈线和馈线附属组件的技术要求的基础之上的。因此,下述应介绍其馈线系统各构件的技术要求。
1、同轴电缆与电缆接口
微波接力通信的同轴电缆馈线系统所用同轴电缆线,多采用阻抗特性为50Ω、泡沫聚乙烯绝缘料的射频同轴电缆,电缆接口(同轴头)多采用N-50 K。从电磁场理论来讲,同轴电缆可以传输无色散的TEM(横电磁波)模,也可传输色散的TE(横电波)模和TM(横磁波)模,显然,TEM应是同轴电缆馈线的主模。射频同轴电缆的内导体材料有独股的铜线和铜包铝线之分,外导体有铜管外导体(皱纹管和光滑管)和编织外导体之分。应根据其射频频率的不同而选用。
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2、椭圆形软波导及其接口
随着射频频率的提高,同轴电缆馈线的趋肤效应加重,导致其电阻增大,因而同轴电缆馈线传输损耗增大,所以在射频高频段应采用波导馈线。波导管传输的是TE模和TM模。椭圆形软波导馈线多采用铜管(可皱纹管或光滑管之分)材料,它形成了E面(垂直于长轴平行于短轴的面)和H面(垂直于短轴平行于长轴的面)。在我国通信行业标准YD/T 831《微波接力通信系统椭圆软波导技术条件》中,给出了椭圆软波导的相关技术要求。椭圆形软波导的接口多采用矩形波导法兰盘,其技术要求应符合国家标准GB/T 11449.2的规定。
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3、硬波导管
硬波导管,也称金属波导管,在微波接力通信的波导馈线系统中,主要实现相应的功能,如弯头、椭矩变换、极化分离等。硬波导管是由铜或铜合金拉制而成(具有矩形、圆形、扁矩形等形状),不可扭转。我国国家标准GB/T 8894《铜及铜合金波导管》对硬波导管的技术要求做出了相应的规定。
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4、软波导管
椭圆形波导馈线虽然也是一种软波导,但其弯曲或扭转是有一定限度要求的,当超限时会引起馈线的电性能的变化。因此,在超限弯曲或扭转时需要专门的软波导管。软波导管分为可扭转型和不可扭转型两类,在我国国家标准GB/T 11451《软波导组件性能》中对器性能要求做出了详细的规定。
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