CN110429377B - 一种铁路数字列尾环形天线及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁路数字列尾环形天线及其制作方法，包括外壳、设置于外壳内的线圈组件和调谐匹配装置；线圈组件中丝包线沿环形内固定架的圈外曲面缠绕形成内线圈，并穿引至环形外固定架的圈外曲面缠绕形成外线圈，环形内固定架和环形外固定架叠放在一起，通过若干电工胶布粘捆在一起，以使所述内线圈和所述外线圈成为一体；丝包线的内线圈起始线与调谐匹配装置的射频正端连接，丝包线的外线圈终止线与调谐匹配装置内的电容阵列连接，电容阵列连接在射频负端上。本发明采用丝包线进行双层多股绕制以及内外线圈叠加方式，在制作时经过浸漆工艺处理，可大大减小天线的尺寸和体积。
Description
技术领域
本发明涉及铁路数字列尾感应通信系统技术领域，具体地说，涉及一种铁路数字列尾环形天线及其制作方法。
背景技术
目前国内外用在铁路上感应通信系统天线的长度和外径的尺寸都比较大，例如400KHz车站天线长度约为100多米，400KHz机车天线长度约为18多米，受到安装环境条件的限制和安全要求，在数字列尾感应通信系统中列尾机车台与列尾主机没法使用这些大尺寸天线。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种铁路数字列尾环形天线及其制作方法，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种铁路数字列尾环形天线，所述铁路数字列尾环形天线包括外壳、设置于外壳内的线圈组件和调谐匹配装置；其中，线圈组件包括丝包线、环形内固定架和套设在环形内固定架外侧的环形外固定架，在环形内固定架上设置有第一小孔，丝包线由环形内固定架的内侧向外穿过所述第一小孔，丝包线沿环形内固定架的圈外曲面缠绕形成内线圈；丝包线在环形内固定架的圈内曲面上点胶固定形成点胶处，丝包线的起点至点胶处留有内线圈起始线；
在环形外固定架上设置有第二小孔，丝包线由环形外固定架的内侧向外穿过所述第二小孔，丝包线沿环形外固定架的圈外曲面缠绕形成外线圈；丝包线的末端留有外线圈终止线；环形内固定架和环形外固定架叠放在一起，且环形内固定架和环形外固定架通过若干电工胶布粘捆在一起，以使所述内线圈和所述外线圈成为一体；所述内线圈起始线与调谐匹配装置的射频正端连接，所述外线圈终止线与调谐匹配装置内的电容阵列连接，电容阵列连接在射频负端上。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，外壳包括上壳体、下壳体和底盖，所述上壳体和所述下壳体的接触面上涂覆有二氯甲烷胶层，以使所述上壳体和所述下壳体平行扣合并无缝粘合为环形空心结构，所述底盖连接在所述环形空心结构上；所述上壳体和所述下壳体内涂覆有电子密封胶层，线圈组件通过所述电子密封胶层环设在外壳的环形空心结构内，调谐匹配装置安装于外壳的底盖内。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，所述上壳体和所述下壳体通过内六角螺栓及防松螺母进一步固定。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，所述内线圈起始线和所述外线圈终止线的长度为10cm，丝包线的截面积为0.15mm2，内线圈和外线圈的匝数为12匝。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，所述内线圈和所述外线圈中每匝绕制的线与线之间紧密排列，不重叠。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，由环形内固定架穿引至环形外固定架的丝包线上套设有黄腊管，以对丝包线进行保护。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，环形内固定架和环形外固定架上的电工胶布间隔为10cm。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，所述铁路数字列尾环形天线通过馈线连接在数字列尾主机收发信道机上。
作为对本发明所述的铁路数字列尾环形天线的进一步说明，优选地，所述上壳体、下壳体和底盖由ABS材料制成。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种制作所述的铁路数字列尾环形天线的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将丝包线在环形内固定架的点胶处固定，将丝包线沿着环形内固定架的外圈环绕，以形成内线圈，绕制过程中丝包线拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠；
(2)丝包线在环形内固定架上绕制完成后，将丝包线的线头穿引至环形外固定架的外圈，将丝包线沿着环形外固定架的外圈环绕，以形成外线圈，绕制过程中丝包线拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠；
(3)将绕制好丝包线的环形内固定架和环形外固定架叠放在一起，用电工胶布以环向每隔10cm将环形内固定架和环形外固定架粘捆在一起，以使内线圈和外线圈成为一体，形成线圈组件；
(4)将绕制好的线圈组件放在高温箱内烘干，将烘干后的线圈组件浸漆在二氯甲烷中，再次放入高温箱内二次烘干；
(5)在下壳体内注入电子密封胶，电子密封胶的厚度为下壳体的1/3，将已绕制好的线圈组件平放至下壳体内，并将下壳体置于通风口处，让下壳体内的电子密封胶自然风干；
(6)将线圈组件的内线圈和外线圈引出的丝包线，分别焊于调谐匹配装置内电路板的信号输入端作为射频正端和射频负端，再将所述电路板的信号输出端对应的射频正端信号线和射频负端信号线焊接至天线接口，以通过天线接口实现所述铁路数字列尾环形天线与馈线的连接，并用螺丝将调谐匹配装置固定于下壳体内的底盖部分；
(7)在上壳体内注入电子密封胶，电子密封胶的厚度为上壳体的1/3，采用二氯甲烷均匀涂抹在上壳体和下壳体的接触面上，将下壳体平行扣合在上壳体上，以使下壳体与上壳体无缝粘合；
(8)等待上壳体与下壳体完全粘合且风干后，用内六角螺栓及防松螺母进一步固定上壳体与下壳体。
作为对本发明所述的方法的进一步说明，优选地，步骤4)中，高温箱内的烘干温度为70度，烘干时间为30分钟-2小时。
本发明的有益效果如下：
1、本发明基于谐振技术，以线圈组件为基本振子，以调谐匹配装置内的电容调谐为匹配的方法，实现环形天线处于400KHz频点的谐振状态，并具有较高的增益，实现高效的天线工作效率，集中能量，有效的提高了数字列尾主机与列尾机车台收发信号至电力接触网的耦合量，提高了数字列尾通信的抗干扰能力。而且具有耦合效率高、外形尺寸小、受外界干扰小、安装和维护方便等特点。
2、本发明的线圈组件采用丝包线进行双层多股绕制以及内外线圈叠加方式，在制作时经过浸漆工艺处理，可大大减小天线的尺寸和体积，并具有耐高温、绝缘性能好、机械强度高、高频性能优良等特点，具有较强防震抗震能力。
3、本发明的外壳采用ABS材料，ABS材料是一种强度高、韧性好的热塑型高分子结构材料。外壳内部结构及上壳体、下壳体之间采用无缝粘结工艺，使得整机结构坚固耐用，防水防震效果优良。
附图说明
图1为本发明的铁路数字列尾环形天线的结构示意图；
图2为本发明的绕制内线圈和外线圈的示意图；
图3为本发明的调谐匹配装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，图1为本发明的铁路数字列尾环形天线的结构示意图；一种铁路数字列尾环形天线，包括壳体1、设置于壳体1内的线圈组件2和调谐匹配装置3；其中，壳体1包括上壳体、下壳体和底盖，所述上壳体和所述下壳体的接触面上涂覆有二氯甲烷胶层，以使所述上壳体和所述下壳体平行扣合并无缝粘合为环形空心结构，所述底盖连接在所述环形空心结构上；所述上壳体和所述下壳体内涂覆有电子密封胶层，线圈组件2通过所述电子密封胶层环设在壳体1的环形空心结构内，调谐匹配装置3安装于壳体1的底盖内。
请参看图1和图3，图3为本发明的调谐匹配装置的结构示意图；线圈组件2包括丝包线21、环形内固定架22和套设在环形内固定架22外侧的环形外固定架23，丝包线21的截面积为0.15mm2，在环形内固定架22上设置有第一小孔，丝包线21由环形内固定架22的内侧向外穿过所述第一小孔，丝包线21沿环形内固定架22的圈外曲面O缠绕12匝形成内线圈；丝包线21在环形内固定架22的圈内曲面I上点胶固定形成点胶处A，丝包线21的起点至点胶处A设置为具有一定长度的内线圈起始线S；在环形外固定架23上设置有第二小孔，丝包线21由环形外固定架23的内侧向外穿过所述第二小孔，丝包线21沿环形外固定架23的圈外曲面缠绕12匝形成外线圈；丝包线21的末端设置有一定长度的外线圈终止线F；所述内线圈起始线S和所述外线圈终止线F的长度为10cm，环形内固定架22和环形外固定架23叠放在一起，且环形内固定架22和环形外固定架23通过若干电工胶布24粘捆在一起，以使所述内线圈和所述外线圈成为一体，环形内固定架22和环形外固定架23上的电工胶布24间隔为10cm，所述内线圈起始线S与调谐匹配装置3的射频正端连接，所述外线圈终止线F与调谐匹配装置3内的电容阵列31连接，电容阵列31连接在射频负端上。
线圈组件采用多股丝包线进行多圈环形绕制，实现天线呈现出一定的电阻和电抗，结合调谐匹配装置，实现阻抗平衡变换及频点补偿功能。本铁路数字列尾环形天线具有体积小，可靠性高和成本低等特点，并具有抗振、耐摔、防水、防尘等特点，适用于各种恶劣环境。
内外线圈绕制方法
请参看图2，图2为本发明的绕制内线圈和外线圈的示意图；将截面积为0.15mm2的丝包线21在环形内固定架22的点胶处A固定，将丝包线21沿着环形内固定架22的外圈绕制12匝，以形成内线圈，丝包线21起点至点胶处A为内线圈起始线须留线长10cm，绕制过程中丝包线21拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠，保证较高品质的天线性能。
丝包线21在环形内固定架22上绕制完成后，将丝包线21的线头穿引至环形外固定架23的外圈，将丝包线21沿着环形外固定架23的外圈绕制12匝，以形成外线圈，绕制过程中丝包线21拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠；由环形内固定架22穿引至环形外固定架23的丝包线21上套设有黄腊管，以对丝包线21进行保护，绕制完成后，丝包线21留有一段外线圈终止线，外线圈终止线的长度为10cm。
内外线圈固定成型
将绕制好丝包线21的环形内固定架22和环形外固定架23叠放在一起，用电工胶布24以环向每隔10cm将环形内固定架22和环形外固定架23粘捆在一起，以使内线圈和外线圈成为一体，形成线圈组件2；线圈组件2采用内外线圈叠加固定形式，减小了环形天线体积，增强了天线的机械强度，具有较强防震抗震能力。
内外线圈烘干浸漆工艺处理
将绕制好的线圈组件2放在高温箱内烘干，高温箱内温度设置为70度，时间设置为30分钟，将烘干后的线圈组件2浸漆在二氯甲烷中20分钟，再次放入高温箱内二次烘干，高温箱内温度设置为70度，时间设置为2小时。
线圈组件2采用多股丝包线进行绕制，经过浸漆工艺处理，可有效的减小了天线的尺寸，并具有耐高温、绝缘性能好、机械强度高、高频性能优良等特点。
整机装配封胶粘合定型
壳体1包括上壳体、下壳体和底盖三部分，采用ABS材料，具有强度高、韧性好的热塑型高分子结构材料。
在下壳体内注入电子密封胶，电子密封胶须均匀分布，电子密封胶的厚度为下壳体的1/3，将已绕制好的线圈组件2平放至下壳体内，并将下壳体置于通风口处，让下壳体内的电子密封胶自然风干。
将线圈组件2的内线圈和外线圈引出的丝包线21，分别焊于调谐匹配装置3内电路板的信号输入端作为射频正端和射频负端，即内线圈起始线S焊于射频正端，外线圈终止线F焊于射频负端，图3中4个小孔为焊线焊盘，再将所述电路板的信号输出端对应的射频正端信号线和射频负端信号线焊接至天线接口，以通过天线接口实现所述铁路数字列尾环形天线与馈线的连接，并用螺丝将调谐匹配装置3固定于下壳体内的底盖部分。
在上壳体内注入电子密封胶，电子密封胶须均匀分布，电子密封胶的厚度为上壳体的1/3，采用二氯甲烷均匀涂抹在上壳体和下壳体的接触面上，将下壳体平行扣合在上壳体上，以使下壳体与上壳体无缝粘合。
等待上壳体与下壳体完全粘合且风干后，用内六角螺栓及防松螺母进一步固定上壳体与下壳体。
铁路数字列尾环形天线整机外壳内部结构及上壳体与下壳体之间采用无缝粘结工艺，使得整机结构坚固耐用，防震效果优良。
调谐匹配装置
调谐匹配装置3安装于壳体1的底盖内，在尽可能使天线的外界环境影响较小的情况下，通过对电容阵列电容值的调整，实现环形天线工作时，处于最佳谐振状态，实现较高的Q值，当Q值越高，其谐振曲线越尖锐，频带越窄，故在偏离谐振点时，衰减也越大，即一方面提高了数字列尾主机通信信号耦合量，增强了收发信号强度；另一方面对干扰信号的衰减越大，提高了数字列尾通信系统的抗干扰能力。
本发明的工作原理为：所述铁路数字列尾环形天线安装在数字列尾主机的外壳上，通过馈线连接在数字列尾主机收发信道机上，实现尽量减少能量损耗，有效的提高了数字列尾感应通信的通信质量，解决了山区、隧道等弱场区场强覆盖问题。
所述铁路数字列尾环形天线是用于辐射和接收400kHz感应通信信号电波的装置。发射时，天线将高频电流转变成无线电波即自由电磁波向周围空间辐射。接收时，无线电波通过接收天线转变成高频电流，经馈线传送到接收机。
所述铁路数字列尾环形天线采用LC谐振技术，实现较高的天线效率，天线效率是天线是否有效的转换能量的重要参数之一。用天线输入端的辐射电阻Rro和损耗电阻Rs表示。即：天线效率η＝I×Rro/(I×Rro+I×RS)＝Rro/(Rro+RS)可见，要提高天线辐射效率，应设法提高辐射电阻，尽可能降低损耗电阻。
所述铁路数字列尾环形天线采用导电性能良好的多股丝包线做天线主体，尽量减小直流电阻和集肤效应电阻以减少天线的损耗电阻，实现高效的能量转换，有效的提高了环形天线的天线效率。
所述铁路数字列尾环形天线内外线圈可以等效为电阻和电感的组合，线圈电感与调谐匹配装置的电容阵列组合构成谐振电路。谐振回路的特性是在谐振时阻抗最小，在回路中产生的电流最大，故使数字列尾环形天线处于工作频点谐振状态，可以得到较高的Q值，可提高与电力接触网波导线的耦合量和列尾通信系统的抗干扰能力。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种铁路数字列尾环形天线，其特征在于，所述铁路数字列尾环形天线包括外壳(1)、设置于外壳(1)内的线圈组件(2)和调谐匹配装置(3)；其中，
线圈组件(2)包括丝包线(21)、环形内固定架(22)和套设在环形内固定架(22)外侧的环形外固定架(23)，在环形内固定架(22)上设置有第一小孔，丝包线(21)由环形内固定架(22)的内侧向外穿过所述第一小孔，丝包线(21)沿环形内固定架(22)的圈外曲面(O)缠绕形成内线圈；丝包线(21)在环形内固定架(22)的圈内曲面(I)上点胶固定形成点胶处(A)，丝包线(21)的起点至点胶处(A)留有内线圈起始线(S)；
在环形外固定架(23)上设置有第二小孔，丝包线(21)由环形外固定架(23)的内侧向外穿过所述第二小孔，丝包线(21)沿环形外固定架(23)的圈外曲面缠绕形成外线圈；丝包线(21)的末端留有外线圈终止线(F)；
环形内固定架(22)和环形外固定架(23)叠放在一起，且环形内固定架(22)和环形外固定架(23)通过若干电工胶布(24)粘捆在一起，以使所述内线圈和所述外线圈成为一体；
内线圈起始线(S)与调谐匹配装置(3)的射频正端连接，外线圈终止线(F)与调谐匹配装置(3)内的电容阵列(31)连接，电容阵列(31)连接在射频负端上。
2.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，外壳(1)包括上壳体、下壳体和底盖，所述上壳体和所述下壳体的接触面上涂覆有二氯甲烷胶层，以使所述上壳体和所述下壳体平行扣合并无缝粘合为环形空心结构，所述底盖连接在所述环形空心结构上；所述上壳体和所述下壳体内涂覆有电子密封胶层，线圈组件(2)通过所述电子密封胶层环设在外壳(1)的环形空心结构内，调谐匹配装置(3)安装于外壳(1)的底盖内。
3.如权利要求2所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，所述上壳体和所述下壳体通过内六角螺栓及防松螺母进一步固定。
4.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，所述内线圈起始线(S)和外线圈终止线(F)的长度为10cm，丝包线(21)的截面积为0.15mm2，内线圈和外线圈的匝数为12匝。
5.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，所述内线圈和所述外线圈中每匝绕制的线与线之间紧密排列，不重叠。
6.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，由环形内固定架(22)穿引至环形外固定架(23)的丝包线(21)上套设有黄腊管，以对丝包线(21)进行保护。
7.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，环形内固定架(22)和环形外固定架(23)上的电工胶布(24)间隔为10cm。
8.如权利要求1所述的铁路数字列尾环形天线，其特征在于，所述铁路数字列尾环形天线通过馈线连接在数字列尾主机收发信道机上。
9.一种如权利要求1-8任一所述的铁路数字列尾环形天线的制作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将丝包线(21)在环形内固定架(22)的点胶处(A)固定，将丝包线(21)沿着环形内固定架(22)的外圈环绕，以形成内线圈，绕制过程中丝包线(21)拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠；
(2)丝包线(21)在环形内固定架(22)上绕制完成后，将丝包线(21)的线头穿引至环形外固定架(23)的外圈，将丝包线(21)沿着环形外固定架(23)的外圈环绕，以形成外线圈，绕制过程中丝包线(21)拉紧，线与线之间紧密排列，且不重叠；
(3)将绕制好丝包线(21)的环形内固定架(22)和环形外固定架(23)叠放在一起，用电工胶布(24)以环向每隔10cm将环形内固定架(22)和环形外固定架(23)粘捆在一起，以使内线圈和外线圈成为一体，形成线圈组件(2)；
(4)将绕制好的线圈组件(2)放在高温箱内烘干，将烘干后的线圈组件(2)浸漆在二氯甲烷中，再次放入高温箱内二次烘干；
(5)在下壳体内注入电子密封胶，电子密封胶的厚度为下壳体的1/3，将已绕制好的线圈组件(2)平放至下壳体内，并将下壳体置于通风口处，让下壳体内的电子密封胶自然风干；
(6)将线圈组件(2)的内线圈和外线圈引出的丝包线(21)，分别焊于调谐匹配装置(3)内电路板的信号输入端作为射频正端和射频负端，再将所述电路板的信号输出端对应的射频正端信号线和射频负端信号线焊接至天线接口，以通过天线接口实现所述铁路数字列尾环形天线与馈线的连接，并用螺丝将调谐匹配装置(3)固定于下壳体内的底盖部分；
(7)在上壳体内注入电子密封胶，电子密封胶的厚度为上壳体的1/3，采用二氯甲烷均匀涂抹在上壳体和下壳体的接触面上，将下壳体平行扣合在上壳体上，以使下壳体与上壳体无缝粘合；
(8)等待上壳体与下壳体完全粘合且风干后，用内六角螺栓及防松螺母进一步固定上壳体与下壳体。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，步骤(4)中，高温箱内的烘干温度为70度，烘干时间为30分钟-2小时。
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