ITU-R M 1075 FRENCH-1994 LEAKY FEEDER SYSTEMS IN THE LAND MOBILE SERVICES《陆地移动业务中的泄露馈线系统》.pdf

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1、Rec. UIT-R M.1075 1RECOMMANDATION UIT-R M.1075SYSTMES LIGNES DALIMENTATION FUITESDANS LES SERVICES MOBILES TERRESTRES(Question UIT-R 36/8)(1994)Rec. UIT-R M.1075LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que les mthodes de propagation classiques ne conviennent pas pour les installations

2、souterraines ou lesespaces confins;b) que le recours aux systmes lignes dalimentation fuites est reconnu comme solution de ces problmes depropagation;c) que tous les types de service de radiocommunication mobile peuvent ncessiter des communications dans detels environnements;d) que des systmes qui u

3、tilisent des lignes dalimentation fuites et des techniques connexes sont exploitsdepuis bien des annes dans le service mobile terrestre selon une large gamme de frquences dans les bandes dondesdcamtriques, mtriques et dcimtriques;e) que les lignes dalimentation fuites constituent aussi un support de

4、 communications efficace quand il fautassurer une couverture linaire au lieu dune couverture de zone, par exemple sagissant de lignes ferroviaires ou deroutes en rase campagne;f) que lutilisation de lignes dalimentation fuites au-dessus du sol dans ces cas-l peut contribuer utilement conomiser le sp

5、ectre;g) que lon dispose prsent de nombreuses techniques de systmes concrets permettant daugmenter la porte dela couverture dun systme ligne dalimentation fuites selon les besoins;h) quil est souhaitable de rsumer les caractristiques et les applications gnrales des lignes dalimentation fuites et les

6、 techniques connexes pour en dvelopper lutilisation,recommande1. que des lignes dalimentation fuites soient utilises lorsque des communications mobiles sont ncessairesdans des espaces souterrains ou confins o lon sait que les mthodes de propagation classiques sont inappropries;2. que lon envisage du

7、tiliser de telles lignes lorsquil sagit de communications mobiles spcialises ou de pluslongue porte assurer le long dune route, dune voie ferre ou dune installation linaire similaire en rase campagne;3. que lAnnexe 1 serve de rfrence pour les caractristiques de base des lignes dalimentation fuites e

8、t lestechniques connexes;4. que lAnnexe 2 soit utilise comme directive gnrale pour choisir les types de lignes dalimentation fuites enfonction des applications.2 Rec. UIT-R M.1075ANNEXE 1Aspects gnraux des systmes lignes dalimentation fuitesdans le service mobile terrestre1. IntroductionUn cble fuit

9、es est une sorte de ligne de transmission qui permet, par son champ de fuites, dtablir dans sonvoisinage des communications radiolectriques avec ou entre des postes mobiles, alors que sa porte linaire dpend deses proprits de propagation interne.Ces systmes servent dans des espaces confins, comme les

10、 tunnels, les mines ou les grands immeubles o lapropagation naturelle est inexploitable. Ils peuvent tre compltement autonomes ou consister en des extensions dessystmes de surface classiques rayonnement libre. Dans ce dernier cas, lalimentation en vue de la couverturesouterraine peut provenir dune r

11、ception directe ou de la station de base de lantenne de surface. Rciproquement, unsystme essentiellement souterrain peut tre reli une antenne de surface et assurer un service local, par exemple, surlemprise dune mine.Les cbles fuites peuvent aussi tre utiliss pour limiter la zone de couverture dun s

12、ystme radiolectrique etamliorer ainsi lefficacit dutilisation du spectre.Lexpression cble fuites peut aussi dsigner un cble sans fuite quip dantennes priodiques discrtes oude convertisseurs de mode.2. Classification des cbles fuitesOn utilise couramment des cbles fuites des types suivants:a) lignes

13、symtriques;b) cbles paires coaxiales fuites continues:c) cbles paires coaxiales avec ouvertures priodiques;d) cbles avec convertisseur de mode.Les types a) et b) sont intrinsquement non rayonnants, en ce sens quun cble de longueur infinie tendu enespace libre ne peut transporter que des ondes guides

14、 par la structure. Toutefois, toute discontinuit le long de celle-cidonne lieu une conversion de mode ainsi qu un rayonnement.Dans le type c), les ouvertures priodiques sont des discontinuits rayonnantes qui agissent en tant qulmentsdun rseau dantennes. Le rayonnement maximal est obtenu dans des dir

15、ections obliques dtermines, principalementpar le rapport de la longueur de lintervalle la longueur donde.Dans les cbles du dernier type d), les convertisseurs de mode ou lments rayonnants sont des discontinuitsponctuelles agissant isolment.2.1 Paramtres fondamentaux de fonctionnementLe fonctionnemen

16、t dun cble fuites peut tre caractris par deux grandeurs: laffaiblissement longitudinal; la perte par couplage.Laffaiblissement longitudinal dpend principalement des facteurs relatifs aux lignes de transmission normalestels que leur structure, les dimensions des conducteurs et la nature du dilectriqu

17、e. Pour une petite partie, il est imputableaussi aux fuites (ou au convertisseur de mode).Rec. UIT-R M.1075 3Selon une dfinition gnrale, la perte par couplage reprsente la perte de puissance entre le cble et lantennemobile dans leur voisinage. Pour les types courants de coaxiaux des cbles fuites, el

18、le dpend de lefficacit dublindage qui entre dans la constitution du cble, de la disposition de llment de blindage ou des conducteurs et de lapermittivit du dilectrique. On notera que la perte par couplage, pour un cble donn, dpend aussi des facteurssuivants: milieu dans lequel le cble est install, p

19、osition de montage du cble, caractristiques, position et orientation de lantenne mobile, frquence de fonctionnement.Laffaiblissement longitudinal dun cble conu pour que la perte par couplage soit petite risque daugmentertrs sensiblement si lon monte le cble prs dune paroi ou dun ouvrage reposant sur

20、 dautres cbles, ou si la surface ducble est pollue par la salet ou lhumidit, sauf si le cble est conu dune manire rduire cet effet un minimumcomme le cble triaxial (tricoaxial) et des cbles essentiellement sans fuite munis de convertisseurs de mode. Dordinaire,de mme que laffaiblissement augmente, l

21、a perte par couplage diminue gnralement (cest-dire que le signal reuaugmente localement).Pour une perte par couplage donne, les divers types de cbles ne sont pas forcment sujets aux mmesaccroissements de laffaiblissement en raison des effets de proximit et des pollutions. Les lignes bifilaires sont

22、de loinles plus sensibles, suivies du cble fente longitudinale et enfin les divers types de cbles nombreuses petitesouvertures. Certains cbles tresss sont si peu sensibles aux effets de proximit que, poss sur des supports ordinaires, ilspeuvent suivre les lignes lectriques et tlphoniques et les cble

23、s analogues sans que leur fonctionnement dans la bandemtrique sen ressente notablement.2.2 Lignes bifilairesLes lignes bifilaires (normalement quilibres) donnent lieu de faibles pertes par couplage et unaffaiblissement longitudinal rduit pour un conducteur de diamtre donn, compar aux cbles paires co

24、axiales. Cestpourquoi, ces cbles sont gnralement, de tous les cbles fuites, les plus avantageux du point de vue du cot.Cependant ils peuvent tre sensibles la position de montage et la pollution de la surface lorsquil sagit detransmissions sur ondes mtriques et plus particulirement sur ondes dcimtriq

25、ues.Si un cble bifilaire est torsad de faon serre (par exemple, plusieurs tours par longueur donde) lquilibragersiste en principe mieux aux effets de proximit, ce qui amliore la propagation longitudinale mais en mme tempslaffaiblissement de couplage risque datteindre 15 dB de plus.2.3 Cbles coaxiaux

26、2.3.1 Cbles paires coaxiales fuites continuesCe type ( deux ou trois conducteurs coaxiaux) comprend les cbles tressage lche, les cbles fentecontinue et les cbles ouvertures ou fentes dtermines espaces des distances beaucoup plus petites que lalongueur donde.Ces cbles paires coaxiales ayant un conduc

27、teur extrieur imparfait, une partie de lnergie de la ligne detransmission se propage lextrieur du cble comme un champ de fuites.Les proprits fondamentales du cble qui, avec les conditions extrieures, dterminent la perte par couplagesont la vitesse de propagation interne et limpdance de transfert de

28、surface du conducteur extrieur. Il vaut mieux dfinirles cbles en indiquant ces grandeurs, quon peut mesurer en laboratoire, plutt quune perte par couplage dfinitionarbitraire et artificielle. La vitesse de propagation est dfinie par la constante dilectrique interne et limpdance detransfert de surfac

29、e par la structure du conducteur extrieur; elle augmente lorsque, par exemple, on accrot la dimensionou le nombre des ouvertures.Laccroissement de limpdance de transfert de surface saccompagne dune augmentation proportionnelle dusignal coupl et va normalement de pair, en fonction de la structure prc

30、ise du cble, avec un plus grand affaiblissementlongitudinal. Laffaiblissement longitudinal varie aussi davantage avec le mode de montage mais il est vident que celadpend plus de la dimension des trous que de limpdance de transfert de surface elle-mme et, par consquent, il vautmieux un grand nombre d

31、e petits trous quun petit nombre de grands trous.4 Rec. UIT-R M.1075Lnergie totale du champ de fuites varie comme la vitesse interne du cble (en fonction, par exemple, de laconstante dilectrique interne), mais ce nest pas de faon linaire et dautres paramtres entrent en jeu. En fait, auvoisinage du c

32、ble, le champ est rduit mais sa dispersion est accrue. Le rayon de confinement, en de duquel seconcentre lessentiel de la puissance du champ de fuites en mode coaxial, est de lordre de 60 cm 100 MHz et varie enraison inverse de la constante dilectrique de lisolant interne du cble. Il est aussi direc

33、tement proportionnel lalongueur donde.Le mcanisme par lequel une antenne mobile en dehors du rayon de confinement est couple au mode coaxialest la diffraction des champs de fuites en mode coaxial par les non-homognits en de du rayon de confinement; ilsagit des non-homognits et des irrgularits dans l

34、environnement, dans la construction du cble aux crochets desuspension et par des obstacles de toute sorte. Cette diffraction est de nature alatoire; en outre dans les tunnels, la pertepar couplage rsultante ne dpend pas nettement de la distance entre antenne et cble, car les champs diffracts sontgui

35、ds selon un grand nombre de modes.2.3.2 Cbles paires coaxiales avec ouvertures priodiquesLes cbles paires coaxiales ouvertures discrtes de dimensions et/ou de priodicit comparables lalongueur donde sont une source de rayonnement.Un cble coaxial muni dun rseau de fentes en zigzag peut tre trait comme

36、 un rideau dantenne et lnergietransmise dans le cble est peu affecte par le rayonnement des fentes. Le champ rayonn se propage sous la forme duneonde cylindrique.Lorsque les fentes en zigzag sont places des emplacements appropris dans les cbles paires coaxiales, lerayonnement est amlior dans le sens

37、 transversal et il est possible de fabriquer des cbles avec des pertes par couplagediffrentes permettant dobtenir des pertes de couplage variant par paliers (voir le 3.2.1).2.4 Cbles avec convertisseur de mode, ensembles rayonnants ou antennesIl sagit de lignes bifilaires ou coaxiales ordinaires, da

38、ns lesquelles on insre, avec un espacement rgulier ounon, des emplacements dtermins par les conditions de propagation prpondrantes dans le milieu extrieur, desdispositifs convertissant une partie de lnergie transporte par la ligne, en modes guids se propageant lextrieur decelle-ci ou en ondes sphriq

39、ues rayonnes.Un dispositif rayonnant pour cbles coaxiaux peut prendre la forme dune fente annulaire constituant uneinterruption complte du conducteur extrieur et laquelle on ajoute des lments de circuit, de manire ne rayonnerquune fraction de la puissance transporte par le cble.Lespacement des conve

40、rtisseurs de mode ou des lments rayonnants peut varier de 100 m 1 km selon lapuissance dentre du systme, la position du cble dans le tunnel et laffaiblissement en mode fil unique ou modetunnel, selon celui qui prdomine dans chaque cas. Le taux de conversion peut tre adapt par un choix judicieux desl

41、ments de circuit. Le taux de conversion courant est 10%, donnant lieu un affaiblissement dinsertion denviron0,5 dB par convertisseur.Pour tablir des systmes convertisseur de mode, on utilise un tronon de cbles fuites continues quoninsre dans le cble classique sans fuite. Ce tronon agit comme un rsea

42、u continu de fentes annulaires.3. Examen des systmes3.1 Systme de baseLe systme de cble fuites de base destin aux communications bidirectionnelles comprend un metteur et unrcepteur de station de base, relis un cble fuites qui assure les communications avec les stations mobiles classiques,comme le mo

43、ntre la Fig. 1. En plaant la station de base au milieu dun cble, on peut doubler la couverture longitudinaledu cble par rapport celle dun systme aliment en extrmit.Rec. UIT-R M.1075 5ABCLL21A:B:C:station de basecble fuitesunit mobileL :L :perte par couplageaffaiblissement dinsertiondu cble12FIGURE 1

44、Systme de baseD01FIGURE 1.D01 = 8 CM3.1.1 Porte des communicationsLquation fondamentale qui lie les paramtres (dB) dun systme cble fuites scrit:AFFAIBLISSEMENT DU SYSTME = PERTE EN LIGNE + PERTE PAR COUPLAGEo LAFFAIBLISSEMENT DU SYSTME est le rapport de la puissance de sortie de lmetteur lapuissance

45、 aux bornes dentre du rcepteur. LA PERTE EN LIGNE est laffaiblissement longitudinal de la ligne entre la station de base et le point dela ligne le plus proche du rcepteur mobile. LA PERTE PAR COUPLAGE est le rapport de la puissance en ligne au point le plus proche du rcepteurmobile la puissance aux

46、bornes de lantenne du rcepteur mobile.Dans le cas de systmes alimentation centrale, il faut dabord soustraire de laffaiblissement du systmelaffaiblissement de division gal 3 dB.Cette quation permet de prvoir la porte approximative dun systme de cble fuites simple si on connatles caractristiques fond

47、amentales du cble, des rcepteurs et le voisinage. On obtient couramment des portesde 1 2 km.Dans des conditions favorables, par exemple sur des lignes bifilaires mal quilibres, on a relev desaffaiblissements de couplage aussi bas que 30 dB mais ils se situent plus couramment de 60 90 dB. Dans les tunnels etles mines, les trajets multiples provoquent souvent des variations de 20 dB sur de faibles distances, conformment unedistribution de Rayleigh. Compte tenu de cela, on recommande de considrer un