波導管的工作原理及施工技術

【摘要】闡述了波導管的工作原理，波導管與其它設備的連接，波導管中傳輸的信息，給出了波導管安裝步驟和檢查列表。

【關鍵詞】地鐵信號波導管原理施工

一、波導管的工作原理

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

二、地鐵信號系統中的波導管

（1）地鐵信號系統中使用的波導管構件：有三種，可用長度分別為：11.767m、3.044m、1.031m；最短的長度僅用于調節波導管區段。最長的長度為常用尺寸。波導管的橫截面的長和寬分別為10.2cm和5cm，對角線長度為11.36cm，在其上部每隔6cm切有一個3cm×2cm長方形孔洞，這種構造既有利于向車載天線發射信息又有利于從車載天線接收信息。用其可以構成幾m到最長600m的波導管區段。波導管的管體結構見圖1。

（2）波導管與其它設備的連接：與波導管連接的上一級設備是耦合單元CU，與耦合單元CU連接的設備是軌旁無線設備TRE。TRE是應用于車-地之間進行信號數據傳輸的軌旁無線設備。TRE由四個功能模塊組成分別為1個紅網線路可替換單元LRU（用于通過耦和單元CU連接波導管），一個藍網線路可替換單元LRU（用于用于通過耦和單元CU連接波導管），一個供電模塊和一個熔纖盒（用于將從信號設備室過來的光纖進行熔接）。每一個LRU都是由一個無線調制解調器、一個光電轉換器和一個電源轉換器組成的。耦合單元CU是一個由無源濾波器和耦合器組成的無源設備。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。經同軸電纜連接到波導管的信號遵循IEEE 802.11i無線局域網協議，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的全新加密協議以及向前兼容RC4的加密協議。耦合單元及波導管中的信息傳輸是雙向的，既能將無線調制解調器產生的2.4GHz信號發射出去，也能將車載天線發給波導管的信息通過數據傳輸系統（DCS）傳回控制中心。波導管、耦合單元和TRE的連接方式如圖2。

（3）波導管中傳輸的信息：波導管中傳輸的車地信息為列車的實際位置、速度、列車編組數等指標。地車信息是區域控制器ZC產生的每列列車的自動防護區長度和位置。車地信息每600ms發送一次，地車信息每336ms刷新一次，這一點不同于一般計算機監控系統中全部子設備報告出信息后由主設備計算出結果并發送給子設備執行的概念，而是只要ZC管理區域中的信號設備發生了變化，如某信號機開放了，地車信息會336ms刷新1次。車載計算機CC根據ZC提供的信息控制列車的運行。由于一個ZC可管理50列相鄰區段的不同方向的列車的運行，所以在這些相鄰區段的地車信息是相同的。ZC通過列車授權號從串行信息中檢索出不同列車發出的信息，CC通過列車授權號檢索出本列車需要的信息。上海軌道交通16號線全長58.962Km，13座車站，計設4個ZC，可見每個ZC管理的區域還是相當大的。

三、波導管區段的施工技術

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