CN101123447A - 应用于ctcs标准点式应答器的天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，它的27M天线单元通过电缆与功放单元相连，4M天线单元通过电缆与放大滤波单元相连，安装于天线壳体内的功放单元包括依次连接的信号源单元、一级功放单元和二级功放单元以及功率检测单元，FSK放大滤波单元包括放大单元以及分别装设于放大单元输入端和输出端的第一低通滤波单元和第二低通滤波单元，信号源单元产生的晶振信号依次经一级功放单元和二级功放单元放大后由27M天线单元输出，并通过功率检测单元产生功率检测信号传送给FSK放大滤波单元，与通过4M天线单元接收的FSK信号叠加后输出。本发明具有结构简单紧凑、抗干扰能力强、传送精度高等优点，从而提高了CTCS标准点式应答器的整体性能。

Description

应用于CTCS标准点式应答器的天线装置

技术领域

本发明主要涉及到铁道机车安全设备的控制领域，特指一种应用于CTCS标准点式应答器的天线装置。

背景技术

近年来，铁道部门参照ERTMS/ETCS的要求正在制订中国列车控制系统的标准(CTCS标准)，标准中将ATC系统分为5级，为了使乘务员的失误减低到最小，除第0级外，所有的CTCS级别都对应答器提出了相应的要求，比如在第1、2级有“应答器作为连续信息的补充”，第3、4级有“应答器作为定标设备”等，因此，在CTCS系统中，应答器将作为必配的设备，从而可使列车控制系统的自动化程度进一步得到提高，也将使我国ATC系统的研制水平向更高的层次迈进，铁路运输的安全性得到更有力地保证。

点式应答器天线装置作为能量和信号无线传输的装置，在应答器系统中起着重要作用。但是由于现在普遍使用的天线并不包括功放模块，功放模块一般放置在点式应答器车载机箱中，这样在天线与功放之间需要用电缆连接。为使天线能发射最大的功率，功放模块和天线间的阻抗匹配尤显重要。这样各厂家对电缆长度、走向和型号等参数就需作出严格规定，降低了设备安装和使用的灵活性。另外，由于27M功率载波功率较大，天线接收到的FSK信号包含了很大的27M干扰，为保证信号有可容忍范围内的信噪比，需要对信号进行处理。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、抗干扰能力强、提升了传送精度、提高了CTCS标准点式应答器整体性能的应用于CTCS标准点式应答器的天线装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：它包括27M天线单元、4M天线单元、放大滤波单元以及安装于天线壳体内的功放单元，所述27M天线单元通过电缆与功放单元相连，4M天线单元通过电缆与放大滤波单元相连，所述功放单元包括依次连接的信号源单元、一级功放单元和二级功放单元以及功率检测单元，所述FSK放大滤波单元包括放大单元以及分别装设于放大单元输入端和输出端的第一低通滤波单元和第二低通滤波单元，信号源单元产生的晶振信号依次经一级功放单元和二级功放单元放大后由27M天线单元输出，并通过功率检测单元产生功率检测信号传送给FSK放大滤波单元，与通过4M天线单元接收的FSK信号叠加后输出。

所述一级功放单元包括依次相连的第一滤波单元、第一功放器件U9和第一变压器T3，第一滤波单元装设于第一功放器件U9的输入端，第一变压器T3装设于第一功放器件U9的输出端。

所述二级功放单元包括依次相连的分压单元、第二滤波单元、第二功放器件U12和第二变压器T4，第二功放器件U12通过第二滤波单元和分压单元与一级功放单元相连，第二功放器件U12通过第二变压器T4与27M天线单元相连。

所述4M天线单元包括平板线圈和带通滤波匹配单元，用来滤除27M信号的干扰和实现天线内部匹配的带通滤波匹配单元由电容C1、C2、C3和电感L1组成，4M天线单元的信号输出端设有第三变压器T1。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明应用于CTCS标准点式应答器的天线装置将功放单元放在天线内部，从功放到天线板的电缆很短，在生产时就已经装配上电缆调整好与天线的匹配参数，应答器车载机箱对天线就只需要提供直流电源。然而现有产品把功放单元放置在应答器车载机箱内部，为了使天线获得最佳匹配效果，就要对电缆的长度、走向和型号做出严格的规定。由于应用现场情况复杂多变，可能导致天线匹配不好，性能不稳定。本发明大大降低了对电缆和应用环境的要求，增强了功放模块的驱动能力和稳定性；

2、本发明应用于CTCS标准点式应答器把功率检测信号叠加在FSK信号之上，供解调设备判断功放工作和电缆连接是否正常，作为系统失效时发送报警信号的依据，增强了安全性，这个功能是现有产品所不具备的。如果缺少了这个功能，可能系统故障、接收不到应答器信息时操作人员却不知道，对行车安全造成影响；

3、本发明应用于CTCS标准点式应答器采用高性能的信号滤波放大电路，增强了信号信噪比，保证了信号的良好接收。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图；

图2是本发明中信号源单元的电路原理示意图；

图3是本发明中一级功放单元的电路原理示意图；

图4是本发明中二级功放单元的电路原理示意图；

图5是本发明中功率检测单元的电路原理示意图；

图6是本发明中27M天线单元的电路原理示意图；

图7是本发明中4M天线单元的电路原理示意图；

图8是本发明中第一低通滤波放大单元和第二低通滤波放大单元的电路原理示意图。

图例说明

1、27M天线单元          2、4M天线单元

3、功放单元             4、放大滤波单元

5、信号源单元           6、一级功放单元

7、二级功放单元         8、功率检测单元

41、放大单元            42、第一低通滤波单元

43、第二低通滤波单元

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，它包括27M天线单元1、4M天线单元2、放大滤波单元4以及安装于天线壳体内的功放单元3，27M天线单元1通过电缆与功放单元3相连，4M天线单元2通过电缆与放大滤波单元4相连，所述功放单元3包括依次连接的信号源单元5、一级功放单元6和二级功放单元7以及功率检测单元8，所述FSK放大滤波单元4包括放大单元41以及分别装设于放大单元41输入端和输出端的第一低通滤波单元42和第二低通滤波单元43，信号源单元5产生的晶振信号依次经一级功放单元6和二级功放单元7放大后由27M天线单元1输出，并通过功率检测单元8产生功率检测信号传送给FSK放大滤波单元4，与通过4M天线单元2接收的FSK信号叠加后输出。其中，一级功放单元6包括依次相连的输入阻抗匹配单元、第一功放器件和第一变压器，输入阻抗匹配单元装设于第一功放器件的输入端，第一变压器装设于第一功放器件的输出端。二级功放单元7包括依次相连的分压单元、第二功放器件和第二变压器，第二功放器件通过第二滤波单元72和分压单元71与一级功放单元6相连，第二功放器件通过第二变压器与27M天线单元1相连。4M天线单元2包括平板线圈和带通滤波匹配单元，用来滤除27M信号的干扰和实现天线内部匹配的带通滤波匹配单元由电容和电感组成，4M天线单元2的信号输出端设有第三变压器。

如图2所示，本实施例中，信号源单元5主要由晶振U6组成，晶振U6的频率为27.095MHz，晶振U6的4脚为使能端，晶振U6的输出经过C49隔离直流电压。

如图3所示，本实施例中，一级功放单元6主要由依次相连的输入匹配单元、第一功放器件U9和第一变压器T3组成，功放偏置电压为9V，第一功放器件U9采用芯片AH101，第一功放器件U9的增益为13dB，能把从晶振U6输入的信号由13dBm放大到26dBm。输入匹配单元由匹配电容C51和C52组成，使得晶振输出匹配到50欧姆，一级功放单元6的信号输出经过第一变压器T3，第一变压器T3的变比为1∶1，起到阻抗匹配的作用。

如图4所示，本实施例中，二级功放单元7由依次相连的分压单元、第二功放器件U12和第二变压器T4组成，二级功放单元7用来将一级功放单元6输出的信号功率进一步放大。分压单元71由电阻R1、R33和电位器R7组成，可调整信号偏置电压，来调整功放的增益。第二滤波单元72由电容C8、C10、C25、C27以及电阻R20组成，用来滤除偏置信号的噪声。其中，第二功放器件U12采用芯片MRF171A，它的增益为17dB，把由一级功放单元6输入的晶振信号从26dBm放大到43dBm。

如图5所示，本实施例中，功率检测单元8由功率检测器件U3、光电隔离器件U4以及电阻组成。其中，功率检测器件U3选用LTC5532，功率载波信号经过电阻R34、R35和R43的分功率，输入功率检测器件U3中。R36和R37设置芯片内部放大器增益，增益为1+R36/R37。当输入射频信号功率大于门限值时，芯片Vout脚置高，通过R38使光电隔离器件U4中发光二极管端导通，输出5V“功率检测正常”信号。由于这个信号将叠加到FSK信号上，L3和C48使FSK信号对5V电源保持高阻，防止FSK信号窜到电源中。

由以上可知，依次连接的信号源单元5、一级功放单元6、二级功放单元7以及功率检测单元8组成功放单元3，功放单元3装设于天线内部，在生产时调整好与天线的匹配参数，应答器车载机箱对天线就只需要提供直流电源，大大降低了对电缆长度、走向和型号等参数的要求，同时也减少了功放射频功率在电缆上的损耗，增强了功放模块的驱动能力。

如图6所示，本实施例中，27M天线单元1由平板线圈和匹配电容组成，27M天线用来发射27.095M功率载波。C1～C5均为匹配电容，匹配电容用来使天线达到最优匹配，即输入端在27.095M频率上反射系数在较小的范围内，功放单元3输出的绝大部分能量能通过天线传播，而不被端口反射回。

如图7所示，本实施例中，4M天线单元2由平板线圈和带通滤波匹配单元组成，4M天线单元2用来接收FSK信号。电容C1、C2、C3和电感L1构成了带通滤波匹配单元，带通滤波匹配单元一方面可以用来滤除27M信号的干扰，二方面实现了天线在4M频段的匹配。4M天线单元2的信号输出端设有第三变压器T1，第三变压器T1为1∶4的变压器，用来实现信号放大和通带变窄。

如图8所示，本实施例中，FSK放大滤波单元4包括放大单元41(U1)以及分别装设于放大单元41输入端和输出端的第一低通滤波单元42和第二低通滤波单元43，其中放大单元41采用芯片AD8354，AD8354为全带宽固定增益20dB、饱和输出4dBm的低噪声放大器，这样4M的FSK信号、27M功率载波干扰以及其他高频干扰都得到放大，此时需要对信号滤波。位于放大单元41输入端的第一低通滤波单元42由电容C13、C14、C15以及电感L1和L2组成，其对27M干扰的抑制达到-40dB；位于放大单元41输出端的第二低通滤波单元43参数与第一低通滤波单元42相同，第二低通滤波单元43由电容C8、C10、C11以及电感L3和L4组成，这样两级滤波对27M信号达到80dB的衰减，大大提高了信噪比。在本实施例中，电容C17、C6和和电感L9用来对馈电回路进行滤波，减小噪声，位于FSK放大滤波单元4输出端的电容C4对信号隔直，并把功率检测信号叠加在FSK信号之上，CTCS标准点式应答器的处理单元可以通过低通滤波得到功率检测信号，用来判断功放单元3的工作和电缆连接是否正常。

Claims (5)

1.一种应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：它包括27M天线单元(1)、4M天线单元(2)、放大滤波单元(4)以及安装于天线壳体内的功放单元(3)，所述27M天线单元(1)通过电缆与功放单元(3)相连，4M天线单元(2)通过电缆与放大滤波单元(4)相连，所述功放单元(3)包括依次连接的信号源单元(5)、一级功放单元(6)和二级功放单元(7)以及功率检测单元(8)，所述FSK放大滤波单元(4)包括放大单元(41)以及分别装设于放大单元(41)输入端和输出端的第一低通滤波单元(42)和第二低通滤波单元(43)，信号源单元(5)产生的晶振信号依次经一级功放单元(6)和二级功放单元(7)放大后由27M天线单元(1)输出，并通过功率检测单元(8)产生功率检测信号传送给FSK放大滤波单元(4)，与通过4M天线单元(2)接收的FSK信号叠加后输出。

2.根据权利要求1所述的应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：所述一级功放单元(6)包括依次相连的输入阻抗匹配单元、第一功放器件(U9)和第一变压器(T3)，输入阻抗匹配单元装设于第一功放器件(U9)的输入端，第一变压器(T3)装设于第一功放器件(U9)的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：所述二级功放单元(7)包括依次相连的分压单元、第二功放器件(U12)和第二变压器(T4)，第二功放器件(U12)通过第二滤波单元(72)和分压单元(71)与一级功放单元(6)相连，第二功放器件(U12)通过第二变压器(T4)与27M天线单元(1)相连。

4.根据权利要求1或2所述的应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：所述4M天线单元(2)包括平板线圈和带通滤波匹配单元，用来滤除27M信号的干扰和实现天线内部匹配的带通滤波匹配单元由电容(C1、C2、C3)和电感(L1)组成，4M天线单元(2)的信号输出端设有第三变压器(T1)。

5.根据权利要求3所述的应用于CTCS标准点式应答器的天线装置，其特征在于：所述4M天线单元(2)包括平板线圈和带通滤波匹配单元，用来滤除27M信号的干扰和实现天线内部匹配的带通滤波匹配单元由电容(C1、C2、C3)和电感(L1)组成，  4M天线单元(2)的信号输出端设有第三变压器(T1)。

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