CN102881990A

CN102881990A - 一种车载天线

Info

Publication number: CN102881990A
Application number: CN2012103877393A
Authority: CN
Inventors: 彭亮明; 汪乐声; 戴毅欣; 张虎
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd; Hunan CRRC Times Signal and Communication Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN102881990B

Abstract

本发明公开了一种车载天线，该天线包括馈电线圈，所述馈电线圈端口的一端与第一馈线相连，所述馈电线圈端口的另一端与第二馈线相连；位于接收端、端口处连接有第一电容的第一调节线圈，所述第一调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第一距离；位于发射端、端口处连接有第二电容的第二调节线圈，所述第二调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第二距离，该发明实现了点式应答器系统中功率载波高效率地发射以及应答器报文信号高效率地接收。

Description

一种车载天线

技术领域

本发明涉及列车通信技术领域，更具体地说，涉及一种车载天线。

背景技术

目前，中国的铁路运输事业正处在蓬勃的发展阶段，国内强大的列车运行控制系统功能也正处在逐步的完善中，列车运行控制系统主要包括铁路通信信号系统，而通信信号系统又主要由点式应答器系统组成，点式应答系统中普遍使用的车载天线用来发射频率为27.095MHz的功率载波、接收频率为4.234MHz±282kHz的应答器报文信号。

现有的车载天线结构主要包括有双频谐振电路和调Q电阻。其中，双频谐振电路采用双环结构，双环结构包括一个馈电线圈和一个调节线圈，当发射功率为27.095MHz载波时，利用馈电线圈上电，再利用调节线圈将载波发射出去，当接收功率为4.234MHz±282kHz的应答器报文信号时，也是由调节线圈接收，即调节线圈既发射信号又接收信号。因此，这种天线结构无法保证发射和接收电磁波时，线圈均以谐振模式工作。这样，电磁能量的传输效率就会大幅度降低。

并且，调Q电阻的使用是为了扩展频率为4.234MHz±282kHz的应答器报文信号的带宽，以保证车载天线的接收频率相对均衡。但是，电阻的使用增加了损耗，降低了电磁能量的传输效率。综上两种原因，现有的车载天线传输效率很低，这样，有可能造成应答器报文信号的强度不够，无法达到接收应答器报文信号的车载查询主机的接收门限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种车载天线，以实现点式应答器系统中功率载波高效率地发射以及应答器报文信号高效率地接收。

一种车载天线，其特征在于，包括：

馈电线圈，所述馈电线圈端口的一端与第一馈线相连，所述馈电线圈端口的另一端与第二馈线相连；

位于接收端、端口处连接有第一电容的第一调节线圈，所述第一调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第一距离；

位于发射端、端口处连接有第二电容的第二调节线圈，所述第二调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第二距离。

优选地，所述第一调节线圈和第二调节线圈分别位于所述馈电线圈的两侧。

优选地，所述第一调节线圈和第二调节线圈均位于所述馈电线圈的一侧。

优选地，所述车载天线还包括：

包括第一电感和第二电感的平衡-非平衡转换器，所述第一电感的一端与所述第一馈线相连，所述第一电感的另一端与所述馈电线圈端口的一端相连，所述第二电感的一端与所述第二馈线相连，所述第二电感的另一端与所述馈电线圈端口的另一端相连。

优选地，所述车载天线还包括：

第一印制电路板，所述馈电线圈布线于所述第一印制电路板的顶部，所述第一调节线圈布线于所述第一印制电路板的底部；

位于所述第一印制电路板下方的第二印制电路板，所述第二调节线圈布线于所述第二印制电路板上。

优选地，所述车载天线还包括：

第三印制电路板，所述馈电线圈布线于所述第三印制电路板的底部，所述第一调节线圈布线于所述第三印制电路板的顶部；

位于所述第三印制电路板下方的第四印制电路板，所述第二调节线圈布线于所述第四印制电路板上。

优选地，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈为采用单匝线圈。

优选地，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈均为单匝铜质线圈。

优选地，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈采用上下正对方式放置。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种车载天线，包括馈电线圈，所述馈电线圈端口的一端与第一馈线相连，所述馈电线圈端口的另一端与第二馈线相连，位于接收端、端口处连接有第一电容的第一调节线圈，所述第一调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第一距离，位于发射端、端口处连接有第二电容的第二调节线圈，所述第二调节线圈所在的平面与所述馈电线圈所在的平面平行、且与所述馈电线圈所在的平面保持第二距离。当第一调节线圈与第二调节线圈与馈电线圈之间的距离保持一定后，将接收应答器报文信号的4.234MHz±282kHz的频率定为第一调节线圈的谐振频率，将发射的27.095MHz的功率载波定为第二调节线圈的谐振频率，依据一定的距离，第一调节线圈与第二调节线圈自身的形状，两个线圈自身的谐振频率来分别调节第一电容和第二电容的电容值大小，使得在给馈电线圈上电时，两个调节线圈分别以谐振模式工作，这样便可以实现功率载波高效率地发射以及应答器报文信号高效率地接收。

并且，在谐振频率下工作的天线结构，可以通过设置第一距离和第二距离的大小，即可均衡4.234MHz±282kHz的频率，使得在保证高传输效率的前提下也可以兼顾4.234MHz±282kHz带宽上的所有频率，扩展了4.234MHz±282kHz的应答器报文信号的带宽。所以，省去了调Q电阻的连接，这样进一步减小了损耗，增加了电磁能量的传输效率，使得信号的强度增大，不至于迫使车载查询主机的接收灵敏度很高才符合要求，这样更加容易调整车载查询主机的接受门限。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种车载天线的结构示意图；

图2为本发明另一实施例公开的一种车载天线的结构示意图；

图3为本发明另一实施例公开的一种车载天线的结构示意图；

图4为本发明另一实施例公开的一种车载天线的结构示意图；

图5为本发明另一实施例公开的一种车载天线的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种车载天线，以实现点式应答器系统中功率载波高效率地发射以及应答器报文信号高效率地接收。

一种车载天线，如图1所示，包括：

馈电线圈101，馈电线圈101端口的一端与第一馈线相连，馈电线圈101端口的另一端与第二馈线相连；

位于接收端、端口处连接有第一电容的第一调节线圈102，第一调节线圈102所在的平面与馈电线圈101所在的平面平行、且与馈电线圈101所在的平面保持第一距离；

位于发射端、端口处连接有第二电容的第二调节线圈103，第二调节线圈103所在的平面与馈电线圈101所在的平面平行、且与馈电线圈101所在的平面保持第二距离；

其中，第一调节线圈102和第二调节线圈103均位于馈电线圈101的一侧；馈电线圈101、第一调节线圈102和第二调节线圈103采用多匝线圈。

上述实施例公开的车载天线，包括馈电线圈101，馈电线圈101端口的一端与第一馈线相连，馈电线圈101端口的另一端与第二馈线相连，，位于接收端、端口处连接有第一电容的第一调节线圈102，第一调节线圈102所在的平面与馈电线圈101所在的平面平行、且与馈电线圈101所在的平面保持第一距离，位于发射端、端口处连接有第二电容的第二调节线圈103，第二调节线圈103所在的平面与馈电线圈所在的平面平行、且与馈电线圈所在的平面保持第二距离。当第一调节线圈与第二调节线圈与馈电线圈之间的距离保持一定后，将接收应答器报文信号的4.234MHz±282kHz的频率定位第一调节线圈的谐振频率，将发射的27.095MHz的功率载波定为第二调节线圈的谐振频率，依据一定的距离，第一调节线圈与第二调节线圈自身的形状，两个线圈自身的谐振频率来分别调节第一电容和第二电容的电容值大小，使得在给馈电线圈上电时，两个调节线圈分别以谐振模式工作，这样便可以实现功率载波高效率地发射以及应答器报文信号高效率地接收。

由于在接收应答器报文信号的时候，应答器报文信号电磁波功率在4.234MHz±282kHz的范围之内，而发射的功率载波的电磁波功率为27.095MHz，因此，第一调节线圈处在接收端，第二调节线圈处在发射端，两者都是与馈电线圈组成一个谐振的系统，分别达到第一调节线圈和第二调节线圈的谐振状态即可，第一调节线圈工作频率为4.234MHz±282kHz，与馈电线圈之间的距离比较小，虽然牺牲无关紧要的中心频率传输效率，但是，能提高重要的上下边带频率传输效率，即扩展了带宽。而第二调节线圈工作频率为27.095MHz，与馈电线圈之间的距离比较大，能在单频点获得较高传输效率，而无需考虑带宽。因此，第一距离小于第二距离，在设计车载天线的时候，为了在谐振模式下更方便调节电容值的大小，将第一距离的值取到小于第二距离适中即可。

本发明另一实施例还公开了一种车载天线，如图2所示，包括：

其中，第一调节线圈102和第二调节线圈103分别位于馈电线圈101的两侧；馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈采用单匝线圈。

在设计车载天线的时，一般的情况下，第一调节线圈102与第二调节线圈103同时处于馈电线圈101的一侧，当然，也可以分别设计于馈电线圈101的两侧。并且，在线圈形状、第一距离和第二距离一定的前提下，根据预先设定的接收频率和发射频率，分别调节连接在第一调节线圈、第二调节线圈端口处的第一电容和第二电容，使得第一调节线圈和第二调节线圈达到谐振状态即可。在实际电路中，第一电容和第二电容可以根据串并联规律，由不同的电容串并联组合构成。

并且，在上述实施例公开的车载天线中，第一调节线圈、第二调节线圈和馈电线圈的形状一般采用矩形或者圆形，这样可以充分利用空间，使用起来也更加方便。天线的线圈一般情况下设计成多匝结构，但是线圈的长度不能过长，如果过长，不仅浪费原材料，而且在线圈长度大于电磁波波长的八分之一时，线圈中电流的相位就会改变，这样会影响线圈周围电磁场的分布，降低传输效率。同时，线圈多匝结构不够简单，在设计时给工程人员带来不便。因此，在保证足够大的传输效率的前提下，将馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈设计成单匝线圈，这样不仅节省了原材料，也给工作人员带来方便。

在给线圈选制作材料的时候，为了减少损耗，选用银质材料最好，但是成本太高。相比银质材料，铜质材料的损耗稍大，但成本低得多。所以，综合考虑性能与成本因素，选用铜质材料为最佳。

第一馈线、第二馈线与馈电线圈相连，外界供电电源通过馈线给馈电线圈上电，再通过馈电线圈给整个线圈系统供电，根据电磁感应定律可以得知，馈电端口的阻抗影响了馈电线圈与第一调节线圈和第二调节线圈之间的耦合程度，如果馈线的形状和位置发生变化，会造成馈电端口的阻抗的改变，从而改变馈电线圈与第一调节线圈和第二调节线圈之间的耦合程度，而馈线、大地和馈电线圈之间很容易形成共模电流。因此，为了抑制共模电流的产生，本发明另一实施例还公开了一种车载天线，如图3所示，除了包括：

其中，第一调节线圈102和第二调节线圈103均位于馈电线圈101的一侧；馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈采用单匝线圈；

还包括：

包括第一电感和第二电感的平衡-非平衡转换器104，第一电感的一端与第一馈线相连，第一电感的另一端与馈电线圈101端口的一端相连，第二电感的一端与第二馈线相连，第二电感的另一端与馈电线圈101端口的另一端相连。

当确定了第一调节线圈102和馈电线圈101之间的第一距离、第一调节线圈102和馈电线圈101的形状、第二调节线圈103和馈电线圈101之间的第二距离、第二调节线圈103的形状、两个调节线圈的谐振频率，通过调节第一电容和第二电容值的大小，使第一调节线圈和第二调节线圈保持谐振模式通电，在这种状态下，馈线的形状和位置由于外界的因素产生变化，造成馈电端口整个系统阻抗的变化，此时，馈电线圈、大地和馈线之间产生了较大的共模电流，就会改变系统预先设定的谐振模式，给传输效率带来影响。因此，平衡-非平衡转换器是为了抑制共模干扰给系统造成的不利影响而设置的。

平衡-非平衡转换器104，俗称巴伦，平衡-非平衡转换器中有两个共磁芯的电感线圈，对于共模信号，两个电感线圈中的电流大小相等，方向相同，磁场互相叠加，表现出较大的电感，此电感对共模电流有抑制作用。在实际情况下，平衡-非平衡转换器本身的耗损很少，可以忽略，因此几乎不影响电磁能量的传输效率，但是对抑制共模干扰的作用是很大的。

为了批量生产该车载天线，本发明另一实施例还公开了一种车载天线，如图4所示，除了包括：

还包括：

第一印制电路板105，馈电线圈101布线于第一印制电路板105的顶部，第一调节线圈102布线于第一印制电路板105的底部；

位于第一印制电路板105下方的第二印制电路板106，第二调节线圈103布线于第二印制电路板106上。

印制电路板PCB的加工更为简单，适合批量生产，能够比较容易地满足形状和尺寸的要求，同时也方便焊接元件。因此，采用两个印制电路板，将馈电线圈和第一调节线圈布线于第一印制电路板上，第一印制电路板的厚度即为第一距离，将第二调节线圈布线于第二印制电路板上，可以在顶部布线，也可以在底部布线，当在顶部布线时，第二距离即为第一印制电路板顶部与第二印制电路板顶部之间的距离；当在底部布线时，第二距离即为第一印制电路板顶部到第二印制电路板底部的距离。

为了保证更好的耦合效果，在保证第一调节线圈102所在的平面与馈电线圈101所在的平面平行，且第二调节线圈103所在的平面与馈电线圈101所在的平面平行的前提下，馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈最好采用上下正对方式放置。当然，只要保证尽量高效率的传输电磁能，不严格正对，相互错开一定的距离也是可行的。但是，这个距离不能过大，以防止线圈之间不能达到预先设想的谐振模式。

当第一调节线圈和第二调节线圈分别位于馈电线圈的两侧时，本发明另一实施例还公开了一种车载天线，如图5所示，除了包括：馈电线圈101、第一调节线圈102、第二调节线圈103、其中，第一调节线圈102和第二调节线圈103分别位于馈电线圈101的两侧；馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈采用单匝线圈；

还包括：

第三印制电路板107，馈电线圈101布线于第三印制电路板107的底部，第一调节线圈102布线于第三印制电路板107的顶部；

位于第三印制电路板107下方的第四印制电路板108，第二调节线圈103布线于第四印制电路板108上。

同样地，第二调节线圈可以布线于第四印制电路板的顶部，也可以布线于第四印制电路板的底部。当在顶部时，第二距离为第一印制电路板底部到第二印制电路板顶部的距离；当在底部时，第二距离为第一印制电路板底部与第二印制电路板底部之间的距离。

需要说明的是，图3、图4和图5所示的车载天线中，馈电线圈101、第一调节线圈102和第三调节线圈103可以采用单匝铜质线圈，当然，馈电线圈101、第一调节线圈102和第三调节线圈103也可以采用多匝线圈。

另外，在图1、图4和图5所示的车载天线中，可以进一步设置平衡-非平衡转换器，其结构和连接关系请参见图3及相关描述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种车载天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的车载天线，其特征在于，所述第一调节线圈和第二调节线圈分别位于所述馈电线圈的两侧。

3.根据权利要求1所述的车载天线，其特征在于，所述第一调节线圈和第二调节线圈均位于所述馈电线圈的一侧。

4.根据权利要求1所述的车载天线，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1、3或4所述的车载天线，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1、2或4所述的车载天线，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1所述的车载天线，其特征在于，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈为采用单匝线圈。

8.根据权利要求7所述的车载天线，其特征在于，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈均为单匝铜质线圈。

9.根据权利要求1所述的车载天线，其特征在于，所述馈电线圈、第一调节线圈和第二调节线圈采用上下正对方式放置。