CN107968668B - 一种天线、地面应答器、及应答器传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了本发明的一种天线、地面应答器、及应答器传输系统。该天线包括：第一天线部分；第二天线部分，所述第二天线部分与所述第一天线部分连接形成“8”字型结构。本发明设计了“8”字型结构的天线及相应的电路，由于应答器与车载设备之间使用“8”字型结构的天线进行数据传输，其可以防止外部信号的干扰，提高了数据传输的安全性及准确性，并设计相应的地面应答器及应答器传输系统，确保了列车行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及列车数据传输技术领域，特别是一种天线、地面应答器、及应答器传输系统。
背景技术
为了提高中国的公共交通运输能力，中国在近年来大规模修建高速铁路和城际铁路，目前中国的高速铁路运营里程已经成为世界第一，在未来的几年内，这个数字还会被不断的刷新，如何避免列车的事故是一项重大的课题。
在铁路使用的每个应答器中(含有源应答器和无源应答器)都存储一条报文数据，这些数据是预先写入在应答器中。无源应答器在列车通过的时候，将预先写入的报文数据发送给车载设备；有源应答器在列车通过时，发送LEU设备发送过来的报文数据，当LEU与有源应答器之间出现故障时，有源应答器发送事先写入在应答器中的报文数据；应答器与车载设备之间使用天线进行数据的传输，但是，现有的天线及应答器抗干扰能力还不足，急需提高其抗干扰能力及数据传输的准确性，确保列车的行车安全。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。
一种天线，该天线包括：
第一天线部分；
第二天线部分，所述第二天线部分与所述第一天线部分连接形成“8”字型结构。
更进一步地，所述第一天线部分和第二天线部分是采用印刷技术形成在PCB电路板上。
更进一步地，所述第一天线部分和第二天线部分采用铜材料制成。
更进一步地，所述第一天线部分和第二天线部分在PCB电路板上的线宽度为3-11毫米。
更进一步地，该天线还包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一整流二极管、第一过压防护电路和第二过压防护电路；所述第一电感的第一端和第二电感的第一端分别与第二天线部分的两端相连接，所述第一电容的两端分别与所述第一电感的第二端和第二电感的第二端相连接，所述第二电容与所述第一电容并联；所述第三电容的第一端与所述第二电感的第二端相连接，所述第三电容的第二端与所述第一整流二极管的第一端相连接，所述第一整流二极管的第二端与所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述第一整流二极管的第二端还与第一过压防护电路相连接，所述第一过压防护电路与所述第二过压防护电路相连接，所述第二过压防护电路接地。
更进一步地，所述第一整流二极管将接收的第二天线部分的交流电压进行整流后经所述第四电容滤波，形成报文写入使能信号。
更进一步地，将所述报文写入使能信号提供至时钟与电源启动电路。
更进一步地，第一过压防护电路和第二过压防护电路均为两个二极管串联构成。
更进一步地，所述第一过压防护电路的防护能力小于所述第二过压防护电路的防护能力。
更进一步地，所述天线用于铁路地面应答器。
本发明还提出了一种地面应答器，该地面应答器包括：
上述之一的天线，用于接收车载设备的能量载频并向车载设备发送数据；
时钟与电源启动电路，所述时钟与电源启动电路与所述天线相连接，用于将所述天线接收的能量载频转换为工作电源；
数据存储单元，用于存储应答器的数据信息及应答器内部数据；
数据管理单元，用于确定应答器的工作模式；
调制电路，用于将应答器数据进行FSK调制后传送至所述天线；
编程接口，用于与编程工具连接，通过编程工具修改所述应答器内部数据。
更进一步地，所述应答器内部数据为应答器ID。
更进一步地，所述数据信息为信号数据、控制数据、位置及地理信息、列车目标运行信
息、近路信息、线路速度和临时限速中的至少之一。
更进一步地，所述地面应答器还包括：
C接口电路，用于与地面电子单元(LEU)相连接，将来自地面电子单元的信号经滤波匹
配后生成供电电源；
数据转换电路，将地面电子单元的DBPL编码数据转换为应答器的数据信息。
更进一步地，所述数据转换电路包括：
数据提取电路，所述数据提取电路与所述C接口电路相连接，用于提取电子单元的DBPL编码数据；
有源逻辑处理电路，用于将DBPL编码数据转换为应答器的数据信息；
C接口信号断码检查电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，用于检查DBPL编码数据是否存在断码；
报文切换电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，其处于使能状态下时，有源逻辑处理电路由DBPL编码数据转换为的应答器的数据信息通过所述天线发送至所述车载设备。
本发明还提出了一种通信设备，其通过“8”字型结构的天线与所述的应答器进行通信。
本发明还提出了一种应答器传输系统，该系统包括：
上述之一的地面应答器；
车载设备，其具有车载天线单元，所述车载设备通过所述车载天线单元与所述地面应答器进行数据交互。
更进一步地，该系统还包括：
地面电子单元(LEU)，其通过C接口电路与所述地面应答器相连接。
更进一步地，所述地面应答器为有源应答器或无源应答器。
更进一步地，所述车载天线单元呈“8”字型结构。
更进一步地，当存在外部干扰信号时，所述天线的第一天线部分和第二天线部分上形成的感应电流大小相等，方向相反，不进行读写操作；当接收来自所述车载设备的车载天线单元的信号时，所述天线的第一天线部分和第二天线部分上形成的感应电流大小相等，方向相同，进行读写操作。
本发明的技术效果为：本发明设计了“8”字型结构的天线及相应的电路，由于应答器与车载设备之间使用“8”字型结构的天线进行数据传输，其可以防止外部信号的干扰，提高了数据传输的安全性及准确性，并设计相应的地面应答器及应答器传输系统，确保了列车行车安全。
附图说明
图1是本发明的一种天线的电路图。
图2是本发明的一种地面应答器的结构示意图。
图3是本发明的另一种地面应答器的结构示意图。
图4是本发明的一种应答器传输系统的结构示意图。
图5是本发明的天线在干扰信号时的感应电流示意图。
图6是本发明的天线在车载设备读写时的感应电流示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-6进行具体说明。
图1示出了本发明的一种天线，该天线包括：
第一天线部分1；
第二天线部分2，所述第二天线部分2与所述第一天线部分1连接形成“8”字型结构。
随着印刷电路板技术的成熟，所述第一天线部分1和第二天线部分2是采用印刷技术形成在PCB电路板上，所述第一天线部分1和第二天线部分2可以是一次印刷成型的也可以两次印刷成型的。当然，所述第一天线部分1和第二天线部分2也可以是其他技术制作而成的，比如蚀刻技术。由于铜具有良好的导电性能，所述第一天线部分1和第二天线部分2一般采用铜材料制成。也可以采用铜铝合金制成。
所述天线用于铁路地面应答器。为了与不同速度的列车进行匹配，所述第一天线部分1和第二天线部分2在PCB电路板上的线宽度为3-11毫米，比如低速列车(时速小于80公里/小时)，天线的线宽度可以为3-7毫米，中速列车(时速介于80-200公里/小时)，天线的线宽度可以为7-9毫米，高速列车(时速200公里/小时以上)，天线的线宽度可以为9-11毫米，当然根据不同的地理环境、气候等，可以选择不同的线宽，具体的线宽可以根据现有的数据进行仿真获得。
本发明的一个重点是，设计天线的具体电路结构，可以防止天线的读写误操作，提高数据传输的准确性，其具体结构如下：该天线还包括第一电感3、第二电感4、第一电容5、第二电容6、第三电容7、第四电容11、第一整流二极管8、第一过压防护电路9和第二过压防护电路10；所述第一电感3的第一端和第二电感4的第一端分别与第二天线部分2的两端相连接，所述第一电容5的两端分别与所述第一电感3的第二端和第二电感4的第二端相连接，所述第二电容6与所述第一电容5并联；所述第三电容7的第一端与所述第二电感4的第二端相连接，所述第三电容7的第二端与所述第一整流二极管8的第一端相连接，所述第一整流二极管8的第二端与所述第四电容11的第一端连接，所述第四电容11的第二端接地，所述第一整流二极管8的第二端还与第一过压防护电路9相连接，所述第一过压防护电路9与所述第二过压防护电路10相连接，所述第二过压防护电路10接地。
一般来说，所述第一整流二极管8将接收的第二天线部分2的交流电压进行整流后经所述第四电容滤波，形成报文写入使能信号，并将所述报文写入使能信号提供至时钟与电源启动电路。这样可以由天线驱动无源应答器进行工作。
为了提高系统的安全性，将第一过压防护电路9和第二过压防护电路10设计为由两个二极管串联构成，确保一个二极管被击穿，还有一个可以工作。为进一步提高安全性，设计所述第一过压防护电路9的防护能力小于所述第二过压防护电路10的防护能力。这样，第一过压防护电路9被击穿后，所述第二过压防护电路10提高保护功能，此时，地面应答器发出警报，提示第一过压防护电路9被损坏。
如图5-6所示，当存在外部干扰信号时，所述天线的第一天线部分1和第二天线部分2上形成的感应电流I1、I2大小相等，方向相反，I1、I2进行抵消，不进行读写操作；当接收来自车载设备的车载天线单元的信号时，所述天线的第一天线部分1和第二天线部分2上形成的感应电流I1、I2大小相等，方向相同，I1、I2进行叠加，增强了操作电流大小，进行读写操作，提高了读写的安全性和准确性。这样保证了地面应答器只能与列车的车载设备进行数据交互，提高了数据传输的安全性及准确性。
图2示出了本发明的一种地面应答器，该地面应答器包括：
天线21，用于接收车载设备的能量载频并向车载设备发送数据；天线21是图1及上述描述的天线结构，在此不再赘述。
时钟与电源启动电路22，所述时钟与电源启动电路与所述天线21相连接，用于将所述天线21接收的能量载频转换为工作电源；即图2所示的地面应答器为无源应答器，它通过感应电流进行工作，其可以提供报文写入使能信号。
数据存储单元23，用于存储应答器的数据信息及应答器内部数据；该数据存储单元23可以ROM或者FLASH存储器。
数据管理单元24，用于确定应答器的工作模式；通过数据管理单元24的设置，可将应答器设置在正常工作模式下或者编程模式下，在编程模式下，可以对应答器内部数据进行修改。
调制电路25，用于将应答器数据进行FSK调制后传送至所述天线21；通过天线21将应答器的数据信息及应答器内部数据发送至车载设备。
编程接口26，用于与编程工具连接，通过编程工具修改所述应答器内部数据。
时钟与电源启动电路22内具有微处理器，其作为应答器的核心部件，协调其他部件的工作。
所述应答器内部数据为应答器ID。所述数据信息为信号数据、控制数据、位置及地理信息、列车目标运行信息、近路信息、线路速度和临时限速等等。
图3示出了有源地面应答器的结构，其包括：
天线21，用于接收车载设备的能量载频并向车载设备发送数据；天线21是图1及上述描述的天线结构，在此不再赘述。
时钟与电源启动电路22，所述时钟与电源启动电路与所述天线21相连接，用于将所述天线21接收的能量载频转换为工作电源；即图2所示的地面应答器为无源应答器，它通过感应电流进行工作，其可以提供报文写入使能信号。
数据存储单元23，用于存储应答器的数据信息及应答器内部数据；该数据存储单元23可以ROM或者FLASH存储器。
数据管理单元24，用于确定应答器的工作模式；通过数据管理单元24的设置，可将应答器设置在正常工作模式下或者编程模式下，在编程模式下，可以对应答器内部数据进行修改。
调制电路25，用于将应答器数据进行FSK调制后传送至所述天线21；通过天线21将应答器的数据信息及应答器内部数据发送至车载设备。
编程接口26，用于与编程工具连接，通过编程工具修改所述应答器内部数据。
C接口电路27，用于与地面电子单元(LEU)相连接，将来自地面电子单元的信号经滤波匹配后生成供电电源；C接口电路27为C型的电路接口，如串口，有源应答器通过该C接口电路27从地面电子单元(LEU)获取工作所用的电源，使得应答器工作稳定，防止漏传、错传数据。
数据转换电路28，将地面电子单元的DBPL(Differential Bi-Phase Level)编码数据转换为应答器的数据信息。有源地面应答器可以将LEU的数据通过天线21传送至车载设备，使列车获得更为丰富的数据，确保行车安全。
本发明进一步提出了应用于有源地面应答器的数据转换电路28，所述数据转换电路28包括：
数据提取电路，所述数据提取电路与所述C接口电路相连接，用于提取电子单元的DBPL编码数据；该电路具有去毛刺功能，可以准确的提出LEU的DBPL编码数据。
有源逻辑处理电路，用于将DBPL编码数据转换为应答器的数据信息；这样才能通过天线21将LEU的数据发送出去。
C接口信号断码检查电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，用于检查DBPL编码数据是否存在断码；这是本发明的一个创新点，其根据波形检查DBPL编码是否存在错误。
报文切换电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，其处于使能状态下时，有源逻辑处理电路由DBPL编码数据转换为的应答器的数据信息通过所述天线发送至所述车载设备。
图4示出了本发明的一种应答器传输系统，该系统包括：
地面应答器31；
车载设备32，其具有车载天线单元，所述车载设备通过所述车载天线单元与所述地面应答器进行数据交互。
地面应答器31是图2或图3及上述描述的地面应答器，为有源应答器或无源应答器。
该系统还包括：
地面电子单元(LEU)33，其通过C接口电路与所述地面应答器相连接，可将LEU的数据通过天线传送至车载设备32，使列车获得更为丰富的数据，确保行车安全。
为了与地面应答器的天线21配合工作，所述车载天线单元呈“8”字型结构，只有这样才能实现应答器数据的读写。
如图5-6所示，当存在外部干扰信号时，所述天线21的第一天线部分1和第二天线部分2上形成的感应电流I1、I2大小相等，方向相反，I1、I2进行抵消，不进行读写操作；当接收来自车载设备的车载天线单元的信号时，所述天线的第一天线部分1和第二天线部分2上形成的感应电流I1、I2大小相等，方向相同，I1、I2进行叠加，增强了操作电流大小，进行读写操作，提高了读写的安全性和准确性。这样保证了地面应答器31只能与列车的车载设备32进行数据交互，提高了数据传输的安全性及准确性。
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (20)
1.一种天线，其特征在于，该天线包括：
第一天线部分；
第二天线部分，所述第二天线部分与所述第一天线部分连接形成“8”字型结构；
所述天线还包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一整流二极管、第一过压防护电路和第二过压防护电路；所述第一电感的第一端和第二电感的第一端分别与第二天线部分的两端相连接，所述第一电容的两端分别与所述第一电感的第二端和第二电感的第二端相连接，所述第二电容与所述第一电容并联；所述第三电容的第一端与所述第二电感的第二端相连接，所述第三电容的第二端与所述第一整流二极管的第一端相连接，所述第一整流二极管的第二端与所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述第一整流二极管的第二端还与第一过压防护电路相连接，所述第一过压防护电路与所述第二过压防护电路相连接，所述第二过压防护电路接地。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线部分和第二天线部分是采用印刷技术形成在PCB电路板上。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一天线部分和第二天线部分采用铜材料制成。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一天线部分和第二天线部分在PCB电路板上的线宽度为3-11毫米。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一整流二极管将接收的第二天线部分的交流电压进行整流后经所述第四电容滤波，形成报文写入使能信号。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，将所述报文写入使能信号提供至时钟与电源启动电路。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，第一过压防护电路和第二过压防护电路均为两个二极管串联构成。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第一过压防护电路的防护能力小于所述第二过压防护电路的防护能力。
9.根据权利要求1-8之一所述的天线，其特征在于，所述天线用于铁路地面应答器。
10.一种地面应答器，其特征在于，该地面应答器包括：
权利要求1-8之一所述的天线，用于接收车载设备的能量载频并向车载设备发送数据；
时钟与电源启动电路，所述时钟与电源启动电路与所述天线相连接，用于将所述天线接收的能量载频转换为工作电源；
数据存储单元，用于存储应答器的数据信息及应答器内部数据；
数据管理单元，用于确定应答器的工作模式；
调制电路，用于将应答器数据进行FSK调制后传送至所述天线；
编程接口，用于与编程工具连接，通过编程工具修改所述应答器内部数据。
11.根据权利要求10所述的地面应答器，其特征在于，所述应答器内部数据为应答器ID。
12.根据权利要求10所述的地面应答器，其特征在于，所述数据信息为信号数据、控制数据、位置及地理信息、列车目标运行信息、近路信息、线路速度和临时限速中的至少之一。
13.根据权利要求10所述的地面应答器，其特征在于，所述地面应答器还包括：
C接口电路，用于与地面电子单元(LEU)相连接，将来自地面电子单元的信号经滤波匹配后生成供电电源；
数据转换电路，将地面电子单元的DBPL编码数据转换为应答器的数据信息。
14.根据权利要求13所述的地面应答器，其特征在于，所述数据转换电路包括：
数据提取电路，所述数据提取电路与所述C接口电路相连接，用于提取电子单元的DBPL编码数据；
有源逻辑处理电路，用于将DBPL编码数据转换为应答器的数据信息；
C接口信号断码检查电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，用于检查DBPL编码数据是否存在断码；
报文切换电路，其与所述有源逻辑处理电路相连接，其处于使能状态下时，有源逻辑处理电路由DBPL编码数据转换为的应答器的数据信息通过所述天线发送至所述车载设备。
15.一种应答器，包括：权利要求1-8之一所述的天线。
16.一种应答器传输系统，其特征在于，该系统包括：
包括权利要求1-8之一所述的天线的地面应答器；
具有天线单元的第二设备，所述第二设备通过所述天线单元与所述地面应答器进行数据交互。
17.根据权利要求16所述的应答器传输系统，其特征在于，该系统还包括：
地面电子单元(LEU)，其通过C接口电路与所述地面应答器相连接。
18.根据权利要求16所述的应答器传输系统，其特征在于，所述地面应答器为有源应答器或无源应答器。
19.根据权利要求16所述的应答器传输系统，其特征在于，所述天线单元呈“8”字型结构。
20.根据权利要求16所述的应答器传输系统，其特征在于，当存在外部干扰信号时，所述天线的第一天线部分和第二天线部分上形成的感应电流大小相等，方向相反，不进行读写操作；当接收来自所述第二设备的天线单元的信号时，所述天线的第一天线部分和第二天线部分上形成的感应电流大小相等，方向相同，进行读写操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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