CN109795524A - 一种真空管道飞行列车通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空管道飞行列车无线通信系统，用于解决真空管道飞行列车无线通信问题。所述真空管道飞行列车无线通信系统，包括车载天线子系统和地面漏泄波导子系统，两者通过螺旋状分布的漏泄波导实现无线通信。本发明通过设定漏泄波导在真空管道内壁呈螺旋状分布和列车天线在真空管道横截面围绕真空管道轴中心做匀速圆周运动，利用螺旋状分布的漏泄波导在真空管道中产生等相波的特点，通过控制列车天线的运动方式，最大限度的减小多普勒效应；车内用户通过车内天线‑中继处理中心‑列车天线与地面漏泄波导系统进行信息的交互传递，避免了与漏泄波导直接通信过程中产生较大的信号衰减，改善了无线信号的传输质量。

Description

一种真空管道飞行列车通信系统

技术领域

本发明属于微波通信领域，具体涉及一种真空管道飞行列车通信系统。

背景技术

真空管道高速飞行列车在高速列车飞行管道中高速行驶。高速列车飞行管 道，是一种在地上或地下建立的密闭金属管道，管道内部的大气压强非常低， 高速列车在真空管道内行驶时，具有低机械摩擦、低气动阻力、低噪声的特点， 列车以超高速度(超过1000km/h)飞速行驶。

为了保证高速飞行列车的安全运行以及车-地通信的需求，必须有相应的 通信系统保障其通信需求。由于高速飞行列车的特殊性，列车与地面间的通信 方式不可能采取有线通信的方式，而是采取无线通信的方式。

现有技术中，无线通信通常采用无线自由波介入的方式。但是，这种方式 无法应用于飞行列车真空管道，原因如下：首先，若采用传统的无线自由波介 入的方式，电磁波由基站到用户终端需经历两次重大的衰落，分别是电磁波透 射真空管道金属壁与电磁波透射列车金属车体，这将会导致终端接收到的无线 信号非常衰弱；其次，由于高速飞行列车以极高的速度行驶，其与基站间产生 的多普勒频移将是高铁产生多普勒频移的数倍，这势必会导致传统的基站系统 不能与高速飞行列车正常通信，因而传统的自由波接入方式是不可行的。

另外，现有技术中，通常采用漏波通信电缆系统实现无线通信。但是在飞 行列车的真空管道中，真空管道壁是金属导体，漏泄电磁波受到金属壁的影响， 在真空管道中以全反射的形式存在，这与传统密闭环境中的漏波电缆电磁环境 有所不同，无法实现车—地间的无线通信。

发明内容

为了提高提高城市间的交流和沟通效率，本发明针对真空管道飞行列车， 提供了一种真空管道飞行列车通信系统，

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种真空管道飞行列车通信系统，所述真空管道飞行列车通信系统，包括： 车载天线子系统和地面漏泄波导子系统；所述地面漏泄波导子系统与车载天线 子系统间通过螺旋状分布的漏泄波导实现无线通信。

进一步地，所述车载天线子系统包括列车天线、中继处理中心和车内天线； 其中，

所述列车天线位于列车的车头位置，且在垂直于真空管道轴的横截面上围 绕着真空管道轴做匀速圆周运动；

所述车内天线位于列车内部，用于与用户进行通信；

所述中继处理中心用于将列车天线接收到的信号发送至车内天线，或将车 内天线发来的信号转发至列车天线。

进一步地，所述真空管道飞行列车通信系统还可以包括：非金属整流罩； 所述非金属整流罩置于所述列车天线外部，且材质为非金属。

进一步地，所述地面漏泄波导子系统包括：螺旋状分布的漏泄波导；所述 漏泄波导安装在所述飞行列车真空管道的管道内壁，呈螺旋状分布。

进一步地，所述漏泄波导螺旋分布轨迹与列车天线螺旋运动轨迹呈90°相 位差。

进一步地，所述漏泄波导的狭槽发射的电磁波呈球面状分布。

进一步地，所述列车天线的旋转速度、列车运行速度、漏泄波导产生的球 面等相波半径以及隧道半径尺寸约束成预定的关系，所述关系使得列车天线在 真空管道中的螺旋运动轨迹沿着漏泄波导狭槽产生的电磁球面等相波。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的真空管 道飞行列车无线通信系统，通过设定漏泄波导在真空管道内壁呈螺旋状分布和 列车天线在真空管道横截面围绕真空管道轴中心做匀速圆周运动，利用螺旋状 分布的漏泄波导在真空管道中产生等相波的特点，通过控制列车天线的运动方 式，最大限度的减小多普勒效应，并将多普勒的变化率控制在较低的范围内； 车内用户通过车内天线-中继处理中心-列车天线与地面漏泄波导系统进行信 息的交互传递，避免了与漏泄波导直接通信过程中产生较大的信号衰减，改善 了无线信号的传输质量。

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为本发明实施例的真空管道飞行列车通信系统的原理示意图；

图2为本发明实施例的真空管道飞行列车通信系统的结构示意图。

附图标记说明：

101-真空管道；102-飞行列车；103-列车天线；104-中继处理中心；105- 车内天线；106-非金属整流罩；107-在真空管壁上分布的泄漏波导；1071-列 车天线在真空管道中的实际运动轨迹。

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，下面将结合附图以几个具体实施例为例做 进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

针对真空管道飞行列车的无线通信问题，本发明提供一种真空管道飞行列 车通信系统，通过采用螺旋状分布的漏泄波导，并将列车天线在真空管道横截 面上绕着真空管道轴中心旋转，确保列车天线的运动轨迹尽可能的沿着漏泄波 导的狭槽形成的电磁球面等相波，最大限度的减小了对列车通信影响最大的多 普勒效应，对于提升无线信号的传输质量具有明显的作用。

下面通过一个具体的实施例对本发明的真空管道飞行列车通信系统进行 详细说明。

实施例

本实施例提供了一种真空管道飞行列车通信系统，图1所示为本实施例真 空管道飞行列车通信系统的原理示意图；图2为本发明实施例的真空管道飞行 列车通信系统的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例的所述真空管道飞行 列车通信系统，包括：车载天线子系统和地面漏泄波导子系统；所述地面漏泄 波导子系统与车载天线子系统间通过螺旋状分布的漏泄波导实现无线通信。

进一步地，所述车载天线子系统包括列车天线103、中继处理中心104和车 内天线105。其中，所述列车天线位于列车的车头位置，且在垂直于真空管道 轴的横截面上围绕着真空管道轴做匀速圆周运动；车内天线位于车内内部，用 于与用户进行通信；中继处理中心将列车天线接收到的信号发送至车内天线， 或将车内天线发来的信号转发至列车天线。

进一步地，所述真空管道飞行列车通信系统还可以包括：非金属整流罩 106。所述非金属整流罩置于所述列车天线外部，且材质为非金属，用于保护 列车天线，同时便于电磁波透射。

进一步地，所述地面漏泄波导子系统包括：螺旋状分布的漏泄波导。所述 漏泄波导安装在所述飞行列车真空管道的管道内壁，呈螺旋状分布。

通过将列车天线的旋转速度、列车运行速度、漏泄波导产生的球面等相波 半径以及隧道半径尺寸约束成一定的关系，可使得列车天线在真空管道中的螺 旋运动轨迹尽可能的沿着漏泄波导狭槽产生的电磁球面等相波，此时将会产生 非常小的多普勒频移，且多普勒频移的变化率很小，甚至没有多普勒频移，可 以最大程度地消除由于列车高速运行产生的多普勒效应的影响，改善真空管道 高速飞行列车的无线通信质量。

优选地，所述漏泄波导螺旋分布轨迹与列车天线螺旋运动轨迹呈90°相位 差。

所述的车载天线系统包括列车天线、中继处理中心和车内天线。列车天线 位于列车的车头位置，且在垂直于真空管道轴的横截面上围绕着真空管道轴做 匀速圆周运动，列车天线外部为非金属整流罩，保护列车天线，且材质为非金 属便于电磁波透射；车内天线位于车内内部，用于与用户进行通信；中继处理 中心将列车天线接收到的信号发送至车内天线，或将车内天线发来的信号转发 至列车天线。

所述的地面漏泄波导系统包括螺旋状分布的漏泄波导系统，漏泄波导安装 在所述真空管道飞行列车管道内壁，呈螺旋状分布，并使得列车天线在真空管 道中的螺旋运动轨迹尽可能的沿着漏泄波导的形成的电磁球面等相波。

本实施例所提供的真空管道飞行列车无线通信系统，通过设定漏泄波导在 真空管道内壁呈螺旋状分布和列车天线在真空管道横截面围绕真空管道轴中 心做匀速圆周运动，利用螺旋状分布的漏泄波导在真空管道中产生等相波的特 点，通过控制列车天线的运动方式，最大限度的减小多普勒效应，并将多普勒 的变化率控制在较低的范围内；车内用户通过车内天线-中继处理中心-列车天 线与地面漏泄波导系统进行信息的交互传递，避免了与漏泄波导直接通信过程 中产生较大的信号衰减，改善了无线信号的传输质量。

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。

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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相 似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之 处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以 描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装 置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或 者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理 单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实 际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普 通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例 描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个 或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成 多个子部件。

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 (7)

1.一种真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述真空管道飞行列车通信系统，包括：车载天线子系统和地面漏泄波导子系统；所述地面漏泄波导子系统与车载天线子系统间通过螺旋状分布的漏泄波导实现无线通信。

2.根据权利要求1所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述车载天线子系统包括列车天线、中继处理中心和车内天线；其中，

所述列车天线位于列车的车头位置，且在垂直于真空管道轴的横截面上围绕着真空管道轴做匀速圆周运动；

所述车内天线位于列车内部，用于与用户进行通信；

所述中继处理中心用于将列车天线接收到的信号发送至车内天线，或将车内天线发来的信号转发至列车天线。

3.根据权利要求2所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述真空管道飞行列车通信系统还可以包括：非金属整流罩；所述非金属整流罩置于所述列车天线外部，且材质为非金属。

4.根据权利要求3所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述地面漏泄波导子系统包括：螺旋状分布的漏泄波导；所述漏泄波导安装在所述飞行列车真空管道的管道内壁，呈螺旋状分布。

5.根据权利要求4所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述漏泄波导螺旋分布轨迹与列车天线螺旋运动轨迹呈90°相位差。

6.根据权利要求4或5所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述漏泄波导的狭槽发射的电磁波呈球面状分布。

7.根据权利要求6所述的真空管道飞行列车通信系统，其特征在于，所述列车天线的旋转速度、列车运行速度、漏泄波导产生的球面等相波半径以及隧道半径尺寸约束成预定的关系，所述关系使得列车天线在真空管道中的螺旋运动轨迹沿着漏泄波导狭槽产生的电磁球面等相波。