CN109149121B - 电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统，包括：漏波装置和电磁透镜；所述的漏波装置安装在所述的真空管飞行列车管道内壁上侧，釆用宽边横缝的开缝形式，在电流密度最大处垂直切割壁，采用垂直极化方式发射电波；所述的电磁透镜作为天窗，安装在所述的真空管飞行列车上，所述的电磁透镜为金属平板超透镜，用于透射所述漏波装置中产生的漏泄波导，实现真空管飞行列车的车地通信。能量可以全部透射入介质中，显著地增强了入射平面电磁波的透射能力，符合列车在密闭金属管道的真空环境中传输的特性，使真空管高速飞行列车无线通信系统得无线信号传输效果有了很大程度地改善。

Description

电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统
技术领域
本发明涉及电磁波技术领域，具体涉及电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统。
背景技术
随着以高铁为代表的高速运载工具的不断普及，真空管道高速飞行列车也在交通运输领域崭露头角。高速飞行列车管道是一条狭长的密封通道，一般设置在地下、户外甚至海底环境中，为了平衡成本、气密性和结构坚固性，管道内壁材料一般为多层材料结构的金属，这样便极大限制了无线信号进入通道内，对无线信号造成极大衰减。
无线通信系统是高速飞行列车安全运行的关键。在高速飞行列车中，列车与地面之间不存在有线连接方式，必然是选择采用无线通信方式。为了在高速飞行列车与地面之间搭建稳定的通信链路，如果采用传统的无线自由波方式接入，管道旁基站和车厢内乘客无线链路需要经历两次重大衰减——金属管道和车厢体，势必会导致接收端信噪比急剧下降，导致无线接入质量下降，甚至会对运载工具的运行带来巨大安全隐患，因此传统无线自由波接入方式并不适用于高速飞行列车。
高速飞行列车运行环境为密闭金属管道，列车顶端与管道内壁距离较近，将漏波结构安装于管道内壁上侧，通过漏波电缆近场覆盖实现高速飞行列车车地通信。
现有技术的缺点为：如果采用漏波电缆进行通信，金属管道对近场辐射会产生较大影响，漏波电磁波会在金属管壁以全反射形式传递，导致漏波电缆产生的覆盖特性较传统的隧道环境有很大不同。为解决这一问题，传统的方案是设立车载中继站，即车厢内乘客数据汇聚至列车接入终端(车载中继)，由车载中继与道旁接入网络进行通信。但这种方案是基于传统轮轨高铁开放运行环境所提出的，而真空管道内电波传播信道条件远比开放环境优越，车载中继站架构的优势不明显，并且漏波电缆在开槽工艺尺寸上要求严格，同时会有较大的电波损耗。
发明内容
本发明的实施例提供了电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统，以减少电波损耗，提高无线信号的传输质量。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统，包括：漏波装置和电磁透镜；
所述的漏波装置安装在所述的真空管飞行列车管道内壁上侧，在电流密度最大处垂直切割内壁，釆用宽边横缝的开缝形式，采用垂直极化方式发射电波；
所述的电磁透镜作为天窗，安装在所述的真空管飞行列车上，所述的电磁透镜为金属平板超透镜，用于透射所述漏波装置中产生的漏泄波导，实现真空管飞行列车的车地通信。
进一步地，所述的电磁透镜为金属平板超透镜，所述的金属平板超透镜表面安装有多个馈源。
进一步地，所述金属平板超透镜的金属层上周期性地在沟槽中央排列至少一个亚波长金属孔。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的基于电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管高速飞行列车无线通信系统，通过采用金属平板超透镜作为真空管高速飞行列车漏波系统的电磁介质，与真空构成了真空-电磁超透镜-真空三层介质结构,能量可以全部透射入介质中，符合列车在密闭金属管道的真空环境中传输的特性，电磁波经过负折射材料无反射损耗，对无线信号传输质量有极大的改善。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统的正视图；
图2为本发明实施例提供的一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统的侧视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明的限定。
本发明的实施例提供了基于电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管高速飞行列车无线通信系统，旨在根据真空管道狭小密闭，漏波系统覆盖范围的局限性特点，通过采用金属平板超透镜作为真空管高速飞行列车漏波系统的电磁介质，增强入射平面电磁波的透射能力，改善无线信号传输质量。
实施例
图1为本发明实施例提供的一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统的正视图；图2为本发明实施例提供的一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统的侧视图。参照图1和图2，该系统包括：漏波装置和电磁透镜。
漏波装置安装在所述的真空管飞行列车管道内壁上侧，在电流密度最大处垂直切割内壁，釆用宽边横缝的开缝形式，采用垂直极化方式发射电波。可以提高缝隙的辐射能力,得到更好的辐射性能，且使波导上方的信号强度满足接收天线的灵敏度要求
电磁透镜作为天窗，安装在所述的真空管飞行列车上，所述的电磁透镜为金属平板超透镜，用于透射所述漏波装置中产生的漏泄波导，实现真空管飞行列车的车地通信。
真空管道中以用户距离漏波结构比较近，只有几米远。与基站辐射的球面波不同，用户接收到的基本上是平面波，在车顶开天窗，经电磁透镜辐射进来的信号，如果用户不动静止，用户与波导保持相对静止，可以减少甚至完全消除多普勒。
该电磁介质实则是一种具有凹凸性质的透明金属平板超透镜。透镜作为聚焦器件，具有校正发散的入射能量防止向其他方向传播的特性。由于金属板对电磁波的加速效应，将漏泄波导辐射出不同形式的发散的能量通过金属透镜后变换为平面波，因聚焦汇聚作用使电磁波能量更为集中，校正信号的相位分布。
优选地，金属平板超透镜表面安装有多个馈源。
进一步地，通过转动馈源，经过特定形状的透镜的出射波束一致性较好，合成波束能覆盖特定形状的区域，以宽角度均匀散开，以组合馈源方式实现低旁瓣及场强的均匀分布。
优选地，金属平板超透镜的金属层上周期性地在沟槽中央排列至少一个亚波长金属孔。利用金属表面激发的表面等离子极化激元现象来实现电磁波透射增强的特性，介质颗粒将入射空间的大部分电磁能量吸收在介质颗粒内部,并在内部形成电磁能量高度局域化的区域后再将电磁能量辐射出去，使特定工作频段的电磁波产生透射增强。
电磁超透镜与真空构成了真空-电磁超透镜-真空三层介质结构,经过传输矩阵理论的计算模拟得出，垂直入射进来的电磁波，可以经过超透镜，在车厢内部有一定的角度发散辐射，能量可以全部透射入车厢内。符合列车在密闭金属管道的真空环境中传输的特性，电磁波经过无反射损耗，对无线信号传输有极大改善，使车厢内部信号覆盖更全面彻底。
将电磁透镜以天窗形式置于真空管高速飞行列车的车顶，可以减少车厢体及无线自由散射而导致无线接入质量的下降，电磁波经过电磁透镜无反射损耗，大幅的提高电磁波的透射率，对无线信号传输有极大改善。
综上所述，本发明实施例通过采用金属平板超透镜作为真空管高速飞行列车无线通信系统的电磁介质，用于增强透射漏波装置中漏波电缆产生的电磁波，与真空构成了真空-电磁超透镜-真空三层介质结构，对于平板超透镜，显著地增强了入射平面电磁波的透射能力，增大了漏波电磁波的覆盖范围，减少电波损耗，符合列车在密闭金属管道的真空环境中传输的特性，使真空管高速飞行列车无线通信系统得无线信号传输质量有了很大程度地改善。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种电磁介质直接覆盖漏波系统的真空管飞行列车通信系统，其特征在于，包括：漏波装置和电磁超透镜；
所述的漏波装置安装在所述的真空管飞行列车管道内壁的上侧，在电流密度最大处垂直切割位于漏波装置下方的内壁，釆用宽边横缝的开缝形式，采用垂直极化方式发射电波；
所述的电磁超透镜作为天窗，安装在所述的真空管飞行列车的车顶上，所述的电磁超透镜为金属平板超透镜，用于透射所述漏波装置中产生的漏泄电磁波，实现真空管飞行列车的车地通信；所述的电磁超透镜为金属平板超透镜，所述的金属平板超透镜表面安装有多个馈源；通过转动馈源，经过特定形状的透镜的出射波束的一致性较好，合成波束能覆盖特定形状的区域，以宽角度均匀散开，以组合馈源方式实现低旁瓣及场强的均匀分布；
所述金属平板超透镜是一种具有凹凸性质的透明金属平板超透镜，所述金属平板超透镜的金属层上周期性地在沟槽中央排列至少一个亚波长金属孔；
所述金属平板超透镜与真空构成了真空-电磁超透镜-真空三层介质结构,垂直入射进来的电磁波，经过电磁超透镜，在车厢内部有一定的角度发散辐射，能量全部透射入车厢内。
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