CN1096754C - 使用辐射波导系统的信息传输设备和方法 - Google Patents
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Abstract
在使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输设备和方法中，将未调制的载波注入辐射波导，沿该辐射波导定位对未调制载波的一些能量的取样。表示对所述汽车编址的信息的局部调制信号调制该未经调制的载波。向汽车辐射经调制的载波。
Description
本发明涉及信息传输设备和方法，特别是使用辐射波导系统的信息传输设备和方法。
IAGO系统是使用辐射波导的信息和自动系统，并在例如由运输和安全国家研究院出版的特刊第8期中由Marc HEDDEBAUT和Marion BERBINEAU发表的题为“辐射波导在导向运输系统中的使用”一文中对其进行了描述。
该系统能定位沿辐射波导移动的汽车。
该定位以专用定位槽的使用为基础。
这些定位槽与沿辐射波导规则和连续分布的槽互补和垂直。
这些规则的槽用于高比特率的信息传输并测量汽车速度。
然而，与汽车定位有关的信息仅当该汽车沿辐射波导移动时可获得。
在某些应用中，汽车位于工场区或停泊区或在车站入口。对于这些应用，需要提供当汽车停止或甚至停泊在信息传输设备之上时能够读取的信息传输设备。
对于汽车沿辐射波导移动的应用，必需提供高比特率的信息传输设备。
因此，本发明的一个目的是提供一种使用辐射波导系统的信息传输设备。
本发明的另一个目的是提供一种使用辐射波导系统的信息传输方法。
本发明的要点是使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输设备，包括：
将未调制的载波注入所述辐射波导的装置，
沿所述辐射波导定位对所述未调制载波的一些能量的取样的装置，
使用表示对所述汽车编址的信息的局部调制信号调制所述未调制载波的调制器装置，和
向所述汽车辐射经调制载波的装置。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备也可具有附属权利要求的任何特性。
本发明的要点还包括使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括下列主要步骤：
将未调制的载波注入所述辐射波导，
沿所述辐射波导定位对所述未调制载波的一些能量的取样，
使用表示对所述汽车编址的信息的局部调制信号调制所述未调制载波，和
向所述汽车辐射经调制的载波。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输方法也可具有附属权利要求的任何特性。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备可采用辐射波导的短直线部分来完全实施，例如，其长度与辐射波导空间中传播的信号的波长相等。
这种技术被用来建造运输和安全国家研究院的实验室中最初构成的样机。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备和方法的一个优点在于其仅从辐射波导取样约0.02dB的非常少量的能量，以便每当沿辐射波导的汽车操作需要时可提供给传输设备。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备和方法的另一个优点在于其可用最少量的部件和连接提供简单和自动的系统。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备和方法的另一个优点在于其不需要连续供电。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备和方法的另一个优点在于其可提供准确的定位脉冲信号。
本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备和方法的另一个优点在于其可明确地指示汽车的移动方向。
通过参考附图阅读对使用辐射波导系统的信息传输设备和方法优选实施例的描述将使本发明的其它目的、特性和优点显而易见。
图1是本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备的优选实施例的概图。
图2示出图1的传输设备的辐射波导和其定向耦合器。
图3A示出图1的传输设备的谐振腔。
图3B示出谐振腔的上表面和其调制器设备。
图3C示出谐振腔和其产生表示将被发送的信息的信号的设备。
图4是信息传输设备和其远程供电设备的概图。
图5示出汽车上经调制的载波接收机设备的一个实施例。
IAGO系统将TE01模式的微波波导的大带宽用于汽车和地面之间的高比特率信息传输。
大带宽也可使未调制的附加载波在辐射波导中传输。
该未调制的载波以低电平发射并全部沿辐射波导传播。
未调制的载波不急剧地衰减并由与用来再生在辐射波导中传输的其它信号的相同的在线转发器(repeater)放大。
因此，未调制的载波出现在辐射波导的整个长度，并基本上在波导内部。
未调制的载波不从汽车识别并且最初不携带任何可识别的特征标记或信息。
根据本发明，使用辐射波导系统，例如IAGO系统的信息传输设备和方法在沿辐射波导的定位以整个能量平衡中不会察觉的方式取样波导中传播的一些能量，这些定位对汽车操作来说是关键的。
所取样的能量辐射到汽车。
此时，将需要输送给沿波导移动的汽车的局部调制信号施加到未经调制的载波。
图1是本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备的优选实施例概图。
在本发明的使用辐射波导系统的信息传输设备的优选实施例中，汽车(未示出)是轨道车辆。
很显然，在其它应用中，汽车可以货车或任何其移动装置。
如图1所示，在辐射波导2的一侧有一个谐振腔1。
辐射波导管2和谐振控1在其相互朝向的一侧各包括一个相应的定向耦合器3和4。
定向耦合器是例如两个尺寸比未调制载波的周期大的圆孔。
图2示出图1的传输设备的辐射波导和其它耦合器。
图3A示出图1的传输设备的谐振腔和其定向耦合器。
在IAGO系统中，辐射波导工作在TE01模式。因此，实际上在辐射波导侧面不存在电场。
因此，圆孔必须较大以获得所需的耦合度；因此，从机械观点来看该尺寸并不关键。
这种结构相对于辐射波导中传输的功率电平提供-40dB量级的重复耦合系数。
将谐振腔1的长度做得尽可能小，以使谐振腔的内腔体在TE011基波模式谐振。在这类谐振腔的实施例中，消除了所有方向特性，并且无论从上端或下端馈送到辐射波导，耦合系数准确地保持相同。
TE011基波模式谐振腔在其端部短路并引入半波谐振槽5。
半波谐振槽形成在朝向轨道车辆的谐振腔的较大外表面上。
半波谐振槽垂直于辐射波导的槽6。
半波谐振槽向TE011模式的谐振腔辐射从该辐射波导耦合的能量。
半波谐振槽用垂直于辐射波导的规则槽的线性极化辐射。
这些规则槽是波导的传输和速度测量槽。
该辐射相对于由波导的传输和速度测量槽传输的信号提供大约15dB的去耦合。
借助谐振腔和其半波谐振槽将波导中传播的作为纯正弦信号的载波局部地耦合到轨道车辆。
对该正弦信号局部调制。
为获得该调制器设备，例如，诸如肖特基二极管之类的调制器设备分布在在所需频率具有高阻抗的点的半波谐振槽边缘之间。
图3B示出谐振腔和其调制器设备。
该二极管由施加到其接头的直流偏置，并当如此偏置时短路该半波谐振槽，该槽在上述工作频率点具有高阻抗。
这样使沿辐射波导取样的纯正弦信号被调幅。
辐射波导和谐振腔之间的耦合系数为-40dB量级，在辐射波导中检测不到在该调制的定时比率与该短路有关的失配。
同样，考虑到辐射波导中的微波功率频率电平，最好仅在相对于参考电平为-80dB的电平将调制信号再注入到辐射波导，也就是说，-40dB在辐射波导到谐振腔方向，且-40dB在谐振腔到辐射波导方向。
因此，在谐振腔中产生的调制信号不沿辐射波导传输并且不具备谐振腔的任何有效的向上端(upstream)或向下端(downstream)。
设备8产生代表将向轨道车辆传输的信息的信号。
代表将被传输的信息的信号是例如比特流。
可能的比特率较高并仅由肖特基二极管的开关时间和纯正弦信号的频率限定。
为给出幅度量级的概念，可使用每秒数兆位。
产生表示被传输信息的信号的设备8可包括一个皮控制器型设备，该设备在EEPROM型存储器中存储一帧并且一旦向其提供能量就重复地产生应用到肖特基二极管的帧。
可使用能够按被传输的信息的应用比率偏置肖特基二极管的其它适合设备。
由于谐振腔中出现的能量很低，辐射波导中出现的功率电平低于40dB的量级，可布置产生表示在谐振腔中被传输信息的信号的设置8而不明显扰动电路的工作或谐振腔的基波模式谐振。
图3C示出产生表示将被传输信息的信号的谐振腔和其设备。
最好是由使用低频信号，即几百KHz或甚至几MHz信号的远程供电装置例如以5V电压几毫安的电流向产生表示将被传输信息的信号的设备8提供功率。
图4是信息传输设备和其远程供电设备的概图。
低频信号通过两个谐振环9，10A或10B磁耦合到谐振腔。
例如，一串联型第一谐振环9与能量的发射有关，并联型第二谐振环10A、10B与能量的接收有关，以远程供电频率发射和接收该能量。
能量发射环9附连到轨道车辆(未示出)，并连续产生至少由一个附连到谐振腔1的能量接收环10A、10B吸收的如低于1瓦的低电平能量。
当轨道车辆经过时，能量接收环10A、10B向产生表示将被传输信息的信号的设备8提供远程供电。
尽管来自能量发射环9的微波辐射不被严密控制并可通过反射或衍射相对远离谐振腔传播，仅当经远程供电向产生表示将被传输信息的信号的设备8供电时产生表示将被传输到轨道车辆的信息的信号。
通过来自能量发射环9的微波辐射是低频信号的事实可防止串音，该低频信号的幅度按静磁学定律降低，也就是说与发射机和接收机之间距离的立方成反比。
在一个实施例中，第一能量接收环10A布置在谐振腔1的上端侧上，并随着轨道车辆接近或离开提供直流电源电压V1。第二能量接收环10B布置在谐振腔1的下端侧上，并随着轨道车辆离开或接近提供直流电源电压V2。
因此，随着轨道车辆从谐振腔的上端侧穿过到下端侧或与之相反，可通过远程供电连续向产生表示将被传输信息的信号的设备8连续供电。
可使用从直流电压V1到直流电压V2或与之相反的转换，以提供表示轨道车辆在谐振腔上方通过的信号。
也可使用从直流电压V1到直流电压V2的转换，以提供表示轨道车辆在上端向下端方向通过的信号。
也可从直流电压V2向直流电压V1的转换，以提供表示轨道车辆在下端向上端方向通过的信号。
图5示出布置在汽车上经调制的载波接收机设备的一个实施例。
该接收机设备11包括连到系统13的天线12，系统13提供放大，对纯正弦信号的频率滤波和幅度检波，其功能是重新构成所传输的信息。
Claims (36)
1、使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其特征在于该设备包括：
将未调制的载波注入所述辐射波导的装置，
沿所述辐射波导(2)定位对所述未调制载波的一些能量的取样的装置，
向所述未调制载波施加表示对所述汽车编址的信息的局部调制信号的调制器装置(7、8)，
向所述汽车辐射所述经调制的载波的装置(5)。
2、根据权利要求1所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，在所述辐射波导(2)的一侧上包括一个谐振腔(1)。
3、根据权利要求2所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述谐振腔(1)的长度使所述谐振腔的内腔体以TE011基波模式谐振。
4、根据权利要求3所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述TE011基波模式谐振腔(1)在其端部短路。
5、根据权利要求1至4中任何一项所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述取样装置在所述辐射波导(2)和所述谐振腔(1)相互面对的侧面上包括相应的定向耦合器(3、4)。
6、根据权利要求5所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述定向耦合器(3、4)至少包括一个圆孔。
7、根据权利要求2至4中任何一项所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述辐射装置(5)在所述谐振腔(1)中包括一个半波谐振槽。
8、根据权利要求7所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述半波谐振槽(5)在所述谐振腔(1)朝向所述汽车的较大外表面上。
9、根据权利要求7所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述半波谐振槽(5)垂直于所述辐射波导(2)的槽(6)。
10、根据权利要求7所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述调制器装置(7、8)在所要求频率下的高阻抗点在所述半波谐振槽(5)的边缘之间点包括一个调制器设备(7)。
11、根据权利要求10所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述调制器设备(7)包括一个肖特基二极管，由施加到所述二极管接头的直流偏置该肖特基二极管，当如此偏置时所述二极管短路所述半波谐振槽。
12、根据权利要求10所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中产生表示将被传输信息的信号的设备(8)偏置所述调制器设备(7)。
13、根据权利要求10所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中产生表示将被传输信息的信号的所述设备(8)在所述谐振腔(1)内部。
14、根据权利要求10所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中由远程供电装置向产生表示将被传输信息的信号的所述设备(8)供电。
15、根据权利要求14所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中通过几百KHz和几MHz之间低频信号实现向产生表示将被传输信息的信号的所述设备(8)的所述远程供电。
16、根据权利要求14所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中通过附连到所述汽车发射能量的环(9)实现向至少一个附连到谐振腔(1)的能量接收环(10A、10B)的所述远程供电。
17、根据权利要求16所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中第一能量接收环(10A)布置在所述谐振腔(1)的上端侧，并当所述汽车接近或离开时提供直流电源电压V1，第二能量接收环(10B)布置在所述谐振腔(1)的下端侧上并当所述汽车离开或接近时提供直流电压电压V2。
18、根据权利要求1所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中用于接收已调制载波的设备(11)布置在所述汽车上。
19、根据权利要求18所述的使用汽车沿其移动的辐射波导(2)系统的信息传输设备，其中所述接收机设备(11)包括连到系统(13)的天线(12)，系统(13)提供放大，对所述纯正弦信号的频率滤波和幅度检波。
20、使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，所述方法的特征在于包括下列主要步骤：
将未调制的载波注入所述辐射波导；
沿所述辐射波导定位对所述未调制载波的一些能量的取样，
向所述未调制载波施加表示对所述汽车编址的信息的局部调制信号，
向所述汽车辐射所述经调制的载波。
21、根据权利要求20所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中通过布置在所述辐射波导(2)和所述谐振腔(1)相对侧面上的定向耦合器(3、4)实现定位对所述未调制载波的一些能量的取样的步骤。
22、根据权利要求20或21所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括布置在所述辐射波导(2)一侧上谐振腔(1)以TE011基波模式谐振的步骤。
23、根据权利要求20所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中通过向调制器设备(7)的接头施加直流以偏置所述调制器设备并当施加所述偏置时短路半波谐振槽(5)实现向所述未调制载波施加局部调制信号的步骤，所述谐振槽构成所述谐振腔(1)的一部分。
24、根据权利要求23所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中通过表示将被传输信息的信号偏置所述调制器设备(7)。
25、根据权利要求23所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括通过皮控制器型设备在EEPROM型存储器中存储一帧并且一向其提供能量就为对所述调制器设备(7)的应用重复地产生所述帧的步骤。
26、根据权利要求23所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括由远程供电装置向用于产生表示将被传输信息的信号的设备(8)供电的步骤。
27、根据权利要求26所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中通过几百KHz和几MHz之间的低频信号实现向产生表示将被传输信息的信号的所述设备(8)的所述远程供电。
28、根据权利要求27所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括通过两个谐振环(9、10A或10B)将所述低频信号磁耦合到所述谐振腔的步骤。
29、根据权利要求28所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括将串联型第一谐振环(9)与能量发射相关联并将并联型第二谐振环(10A、10B)与能量接收相关联的步骤。
30、根据权利要求29所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中以远程供电频率实现能量的所述发射和所述接收。
31、根据权利要求26所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中当所述汽车经过时通过所述能量接收环(10A、10B)实现向产生表示将被传输信息的信号的所述设备(8)的所述远程供电。
32、根据权利要求31所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中当所述汽正在接近或正在离开时所述谐振腔(1)上端侧上的第一能量接收环(10A)提供直流电源电压V1，当所述汽车正在离开或正在接近时所述谐振腔(1)下端侧上的第二能量接收环(10B)提供直流电源电压V2。
33、根据权利要求32所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中从直流电压V1到直流电压V2或与之相反的转换提供表示所述汽车在所述谐振腔上方通过的信号。
34、根据权利要求32所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中从直流电压V1到直流电压V2的转换产生表示汽车在上端到下端方向通过的信号。
35、根据权利要求32所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，其中从直流电压V2到直流电压V1的转换产生表示汽车在下端到上端方向通过的信号。
36、根据权利要求20所述的使用汽车沿其移动的辐射波导系统的信息传输方法，包括通过包括连到系统(13)的天线(12)的接收机设备(11)重新构成所传播的信息的步骤，系统(13)提供放大、对纯正弦信号的频率滤波和幅度检波。
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