CN105093214A - 用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器 - Google Patents

用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器 Download PDF

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Abstract

公开一种用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器，其具有带有减小的竖直角度的雷达波束。所述雷达障碍物探测器可包括：波导；用于发射微波的传输元件，所述传输元件放置在波导中；结合到波导的扇形喇叭，其中扇形喇叭能够在展开侧的平面中辐射6到0度角的雷达波束；以及插入到扇形喇叭的第一孔中的电介质插入件。

Description

用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器
技术领域
本发明涉及在铁路交叉口处扫描物体的扫描装置领域。特别地，本发明涉及发射微波信号的雷达障碍物探测器。
背景技术
雷达障碍物探测器通常用来探测监控区域内的物体。雷达障碍物探测器可用在铁路交叉口以在探测到接近的列车时在铁路交叉口屏障已经关闭之后探测铁路轨道上的侵入物体。
雷达障碍物探测器可依靠反射调频雷达信号的反射机并利用发射信号与反射信号之间的频率差和幅度差来确定监控区域中存在物体。其它雷达障碍物探测器可使用发射机和响应于来自物体的信号的反射的接收机而不使用反射机或探测来自反射机的信号的存在。
雷达障碍物探测器可发射微波信号，所述微波信号可以非连续地或连续地发射。非连续地发射的信号是例如微波脉冲。已知非连续地发射微波的雷达水平传感器是FMCW(调频连续波)雷达水平传感器。从雷达障碍物探测器发射的雷达信号可具有天线。雷达障碍物探测器可具有喇叭天线以将信号引导在波束中。
本发明至少部分针对改进或克服现有技术系统的一个或多个方面。
发明内容
本发明描述一种用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器，所述雷达障碍物探测器包括：波导；用于发射微波的传输元件，所述传输元件放置在波导中；结合到波导的扇形喇叭，其中扇形喇叭能够在展开侧的平面中辐射6到0度之间的角度的雷达波束；以及插入到扇形喇叭的第一孔中的电介质插入件。
附图说明
当结合附图一起理解以下各种实施例的描述时，可更加透彻地理解本发明的前述以及其它特征和优点，附图中：
图1是根据本发明的雷达障碍物探测器的分解视图；
图2是图1的雷达障碍物探测器的主视图；
图3是图1的雷达障碍物探测器的后视图；
图4是包括示意雷达波束的图1的雷达障碍物探测器的侧视图；以及
图5示出带有图1的雷达障碍物探测器的铁路交叉口，所述雷达障碍物探测器具有大致斜对角跨过监控带的扫描带。
具体实施方式
本发明整体涉及用于铁路交叉口处物体探测的雷达障碍物探测器。雷达障碍物探测器可具有跨铁路交叉口雷达波束的优化分布。
图1示出雷达障碍物探测器10，其包括波导12、扇形喇叭14、电介质插入件16。雷达障碍物探测器还包括传输元件15(未示出)。雷达障碍物探测器10还可包括法兰18。雷达障碍物探测器10可以是固定的天线。
参照图1至3，波导12可具有第一开口20和第二开口22。波导12可以是中空的并且可具有在第一开口20和第二开口22之间延伸的波导腔21。无线信号可通过波导腔21传播。
第一开口20的横截面可以是矩形的。第一开口20可具有3mm到4mm的横截面长度。第一开口20可具有3.1mm的横截面长度。第一开口20可具有1mm到2mm的横截面宽度。第一开口20可具有1.55mm的横截面宽度。
第二开口22的横截面可以是矩形的。无线信号可通过第二开口22从波导12离开。在一种实施例中，第二开口22可具有95mm到105mm的横截面长度。第二开口22可具有100mm的横截面长度。第二开口22可具有8mm到9mm的横截面宽度。第二开口22可具有8.5mm的横截面宽度。
参照图1，波导12可具有锥体形状。波导12的端部可以是截断的。截断端部23可具有第一开口20。波导12的相对端可以是具有第二开口22的基座25。波导12可具有介于10到20mm之间的轴向长度。波导12可具有10mm的轴向长度。可以从限定第二开口22的基座25到限定第一开口20的截断端部23纵向地测量波导12的轴向长度。
波导12可以由导电材料制成。波导12可以由铝或高级钢、或涂覆有导电材料的塑料制成。在一种实施例中，波导12可具有WR12标准。
参照图1，扇形喇叭14可以是漏斗形状的并且沿纵向轴线L延伸。扇形喇叭14可以是中空的并且可具有喇叭腔27。无线信号可通过喇叭腔27传播。喇叭腔27可从第一端28延伸到第二端30。扇形喇叭14可具有展开侧24和平行侧26。展开侧24和平行侧26可限定喇叭腔27。
展开侧24可位于平面上。展开侧24可位于平行于扇形喇叭14的纵向轴线L的平面上。展开侧24可沿纵向轴线L增加相互距离。展开侧24可从第一端28到第二端30增加相互距离。
第一端28可具有第一孔32。无线信号可通过第一孔32从扇形喇叭14作为雷达波束发射。第二端30可具有第二孔33。无线信号可通过第二孔33进入扇形喇叭14中。第一孔32可具有矩形横截面。第一孔32可沿第一端28延伸。第一孔32可位于大致垂直于扇形喇叭14的纵向轴线的平面上。
扇形喇叭14可在第二端30处连接到波导12的基座25。第二孔33的尺寸可对应于波导12的第二开口22的尺寸。无线信号可从波导腔21通过第二开口22和第二孔33进入喇叭腔27中。
在一种实施例中，扇形喇叭14和波导12可分别地形成并随后连接。在一种替代实施例中，扇形喇叭14和波导12可形成为整体结构。
扇形喇叭14可具有130mm到145mm之间的轴向长度。扇形喇叭14可具有140mm的轴向长度。可从限定第一孔32的第一端28到限定第二孔33的第二端30纵向地测量波导12的轴向长度。扇形喇叭14可由导电材料制成。扇形喇叭14可由铝或高级钢、或者涂覆有导电材料的塑料制成。在一种实施例中，扇形喇叭14可由具有银薄膜涂层的铝制成。
传输元件15可连接到产生无线信号的电子单元。传输元件15可将无线信号结合到波导12中。传输元件15可通过波导12发射微波形式的无线信号。在一种实施例中，无线信号可以是连续微波的形式。无线信号可以是调频连续微波的形式。
传输元件15可放置在波导12中。传输元件15可通过第一开口20放置。在一种实施例中，传输元件15可传输76GHz频率的无线信号。
雷达障碍物探测器10还可包括接收元件(未示出)以接收反射微波。接收元件可放置在波导12中。接收元件可通过第一开口20放置。在一种实施例中，传输元件15和接收元件可设置在单个模块中。
电介质插入件16可具有弧形边缘34和直线辐射边缘36。弧形边缘34可以是光滑的。在一种实施例中，可在弧形边缘34上设置一系列缺口。所述缺口可横向于弧形边缘34的延伸方向。在替代实施例中，弧形边缘34可以是锯齿状的。一系列齿可自弧形边缘34延伸。
直线辐射边缘36可以是光滑的。在一种实施例中，可在直线辐射边缘36上设置一系列缺口。所述缺口可横向于直线辐射边缘36的延伸方向。在替代实施例中，直线辐射边缘36可以是锯齿状的。一系列齿可自直线辐射边缘36延伸。
电介质插入件16可由介电常数为2F/M的材料制成。电介质插入件16可由聚四氟乙烯制成。
弧形边缘34和直线辐射边缘36可通过横向边缘38连接。横向边缘38可与直线辐射边缘36正交。电介质插入件16可具有侧边40。每个侧边40可由弧形边缘34、直线辐射边缘36以及横向边缘38限定。
电介质插入件16可具有95mm到105mm的长度A。电介质插入件16可具有100mm的长度A。电介质插入件16可具有13mm到14mm的最大高度B。电介质插入件16可具有13.25mm的最大高度B。电介质插入件16可具有2mm到3mm的厚度。电介质插入件16可具有2.35mm的厚度。
电介质插入件16可插入扇形喇叭14的孔32中。电介质插入件16可完全适配到孔32中。电介质插入件16可由孔32的壁封闭。横向边缘38和侧边40可接触扇形喇叭14的内壁。
弧形边缘34和直线辐射边缘36可不接触扇形喇叭14的内壁。弧形边缘34可面向波导12。可在弧形边缘34处接收通过喇叭腔27传播的无线信号。直线辐射边缘36可背朝波导12。
无线信号可自直线辐射边缘36辐射。无线信号可作为具有相对于扇形喇叭14的展开侧24的波束角的雷达波束自直线辐射边缘36辐射。
图4示出雷达障碍物探测器10的侧视图，雷达波束R从其发射。雷达波束R可具有波束角α。波束角α可确定雷达波束R的波束高度。波束角α可确定扫描波束在竖直平面上的竖直覆盖。
波束角α可以是窄的。波束角α可相对于展开侧24介于6到0度之间。优选地，波束角α可相对于展开侧24介于5到2度之间。更加优选地，波束角α相对于展开侧24可以为3度。
参照图3，雷达障碍物探测器10可具有竖直轴线D和水平轴线F。展开侧24的平面可平行于竖直轴线D。雷达波束R可具有沿竖直轴线D介于6到0度之间的波束角α。优选地，波束角α沿竖直轴线D可以介于5到2度之间。更加优选地，波束角α沿竖直轴线D可以为3度。
波束角可确定雷达波束在竖直平面上的高度覆盖。减小波束角可增加雷达障碍物探测器10的天线增益。减小波束角可改进用于给定辐射效率的雷达障碍物探测器10的方向性。
窄波束角还可被限定为具有自纵向轴线L的介于3到0度之间的发散角的波束角。优选地，波束角可自纵向轴线L介于2.5到1度之间。更加优选地，波束角自纵向轴线L可以为1度。
雷达障碍物探测器10可具有扫描范围。扫描范围可以是自雷达障碍物探测器10的距离，在所述距离内可探测到物体。雷达障碍物探测器10的扫描范围可延伸跨过观察区域。
参照图3，法兰18可用于安装雷达障碍物探测器10。法兰18可通过螺栓(未示出)安装。法兰18可安装到诸如直立杆的支撑件。法兰18可以是金属的。法兰18可设置有多个孔42。孔42可用来接收螺钉，雷达障碍物探测器10可通过螺钉附接到支撑件。孔42可对应于设置在支撑件中的孔。
法兰18可放置在波导12上。法兰18可与波导12整体地形成。法兰18可具有19mm到20mm的直径。法兰18可具有19.05mm的直径。
图5示出定位在铁路交叉口44处的雷达障碍物探测器10的平面图。铁路交叉口44可位于到隧道的出口处或到隧道的入口处。铁路交叉口44可具有轨道50、52。屏障54、56、58、60可在列车通过之前防止车辆穿过轨道50、52，保证铁路交叉口44的安全。屏障54、56、58、60可在列车到来之前降下并在列车离开之后升起。屏障54、56、58、60可通过可与雷达障碍物探测器10通信的屏障控制系统进行控制。
雷达障碍物探测器10可探测铁路交叉口44处的物体。雷达障碍物探测器10可定位在铁路交叉口44处以探测监控区域46中的物体。雷达障碍物探测器10可定位在约1米的高度处。雷达障碍物探测器10可定位在从铁轨50、52约1米的高度处。
雷达波束R可具有张角。波束张角β可确定雷达波束R的波束宽度。波束张角β可确定扫描波束在水平平面上的水平覆盖。
波束张角β可以是宽的。波束张角β在与展开侧24的平面正交的平面中可介于20到35度之间。优选地，波束张角β在与展开侧24的平面正交的平面中可介于25到30度之间。更加优选地，波束张角β在与展开侧24的平面正交的平面中可为30度。
雷达波束R可具有沿水平轴线F可以介于25到35度之间的波束张角β。优选地，波束张角β沿水平轴线F可以介于25到30度之间。更加优选地，波束张角β沿水平轴线F可以为30度。
雷达障碍物探测器10可具有扫描带48。扫描带48可通过雷达障碍物探测器10的扫描范围、波束张角β和波束角α确定。扫描带48可延伸跨过监控区域46。雷达障碍物探测器10可适当地定位使得扫描带48可提供足够覆盖范围的监控区域46。雷达障碍物探测器10可以适当地定向使得扫描带48可提供足够覆盖范围的监控区域46。在一种实施例中，可在监控区域46处放置多个雷达障碍物探测器10。
本领域技术人员会意识到可对前述实施例进行修改或组合以获得本发明的雷达障碍物探测器10。
工业实用性
本发明描述用于扫描铁路交叉口处交叉区域的雷达障碍物探测器10。雷达障碍物探测器10可探测轨道上或轨道附近存在的物体。根据对物体的探测，包括雷达障碍物探测器10的探测系统可用信号通知接近的列车停止。如果监控带被最小指定大小的物体占据，所述系统可用信号通知接近的列车停止。
雷达障碍物探测器10在扇形喇叭的展开侧的平面中可具有窄波束。雷达障碍物探测器10在扇形喇叭的平行侧的平面中可具有宽波束。
窄波束可避免在地面处引导雷达波束以防止误探测。窄波束还可避免在高于地面的水平高度处引导雷达波束以防止不必要的波束传输。雷达波束可在发出窄波束的同时具有标准喇叭的实践长度。
因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求书陈述的主题的所有修改和等同物。另外，上述元素的所有可能变化的任何组合都包括在本发明内，除非另有说明。
任何权利要求中所提及的技术特征后的附图标记仅用于加强对权利要求的理解，并且因此，不论附图标记是否存在都不对上面描述的或任何权利要求元素范围内的技术特征起到任何限制作用。
本领域技术人员会认识到本发明可以其它特定形式体现而不脱离本发明或其必要特征。因此无论从任何方面都应将前述实施例视为是对本发明描述内容的说明而非限制。因此本发明的范围是由所附权利要求书表明，而非前面的描述，并且所有改变都在权利要求书的等同物的含义和范围内并进而包括在权利要求书中。

Claims (15)

1.一种用于铁路交叉口的雷达障碍物探测器，所述雷达障碍物探测器包括：
波导；
传输元件，其用于发射微波，所述传输元件放置在波导中；
扇形喇叭，其结合到波导，其中扇形喇叭能够在展开侧的平面中辐射6到0度角的雷达波束；以及
电介质插入件，其插入到扇形喇叭的第一孔中。
2.根据权利要求1所述的雷达障碍物探测器，其中，雷达波束在展开侧的平面中具有5到2度之间的角度。
3.根据权利要求2所述的雷达障碍物探测器，其中，雷达波束在展开侧的平面中具有3度的角度。
4.根据权利要求1到3所述的雷达障碍物探测器，其中，雷达波束在与展开侧的平面正交的平面中具有20到35度的波束张角。
5.根据权利要求4所述的雷达障碍物探测器，其中，雷达波束在与展开侧的平面正交的平面中具有30度的波束张角。
6.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，电介质插入件由聚四氟乙烯制成。
7.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，电介质插入件具有2F/M的介电常数。
8.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，电介质插入件具有用于接收微波的面向波导的弧形边缘。
9.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，电介质插入件具有用于辐射雷达波束的背朝波导的直线辐射边缘。
10.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，微波为调频连续微波。
11.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，波导具有截断锥体形状。
12.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，波导具有第一开口和第二开口，其中传输元件通过第一开口放置并且扇形喇叭结合在第二开口处。
13.根据权利要求12所述的雷达障碍物探测器，包括通过第一开口放置在波导中的接收元件。
14.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，传输元件传输76GHz频率的无线信号。
15.根据任一前述权利要求所述的雷达障碍物探测器，其中，波导具有WR12标准。
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