CN110492914B - 一种漏泄波导车地通信系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种漏泄波导车地通信系统及其应用方法，所述漏泄波导车地通信系统包括地面通信装置与车载通信装置，所述地面通信装置包括依次连接的漏泄波导、合路器、地面AP，所述车载通信装置包括车载AP、车载天线，所述漏泄波导单元数至少为2个，所述车载天线的独立天线单元数量与漏泄波导单元数相同。本发明提出一种漏泄波导车地通信系统及其应用方法，能够保证轨道通道通畅的同时，使漏泄波导和车载天线的位置对应不受车辆前后方位变换的影响。

Description

一种漏泄波导车地通信系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及轨道交通车地通信技术领域，尤其涉及一种采用漏泄波导为传输单元的车地通信系统。

背景技术

轨交车地通信技术领域，导行波漏泄单元(漏泄波导或漏泄电缆)因抗干扰能力强、覆盖距离远、网络优化便利等优点被广泛使用。随着传输带宽要求的不断提高，支持MIMO(多输入多输出)的车地通信系统已成首选，即采用至少两根单腔或一根双腔的漏泄波导(或漏泄电缆)作为辐射单元。其中椭圆漏泄波导具有使用频率高、传输损耗低、可大长度生产运输等特点，在5G通信及5.8GHz免授权频谱等应用场景优势明显。

“内导向式单轨”的概念是本领域技术人员所熟知的，即横截面为“凹”字型的梁限定出的轨道。该轨道除作为胶轮有轨电车等车辆的走行轨外，还兼具应急逃生、日常维护的通道功能。图1是MIMO2×2系统漏泄波导安装示意图，现有技术下通常铺设在轨道外侧边、轨道内侧边或轨道内正中，图1所示漏泄波导是一根双腔矩形漏泄波导。

轨交走行方式特殊，车辆没有通俗意义上的头部和尾部，车辆经检修再次上线后，不能保证车辆前后位置始终如一。因此不难发现，现有方案存在一些问题：图1-a、1-b中漏泄波导和车载天线的位置并非沿中线对称，车辆前后方位变化时原有位置对应将发生“错位”。为此，通常利用功分器额外设置一套车载天线，对称分布在车底两侧。可保证始终有一套车载天线在漏泄波导上方保持对应。但功分器至少会带来3dB的插入损耗，进而影响到单小区的覆盖距离。图1-a中需额外支架支撑，既增加施工难度又影响整体美观性；图1-c中两者沿中线对称，不存在上述“错位”问题，但妨碍了应急逃生和日常维护的通道，且漏泄波导容易受到过度踩踏、挤压而失效。

此外在现有技术中，漏泄波导的槽孔位于外导体椭圆长轴的中心位置，其辐射波瓣沿外导体椭圆短轴方向对称分布。其辐射特性决定了在本文提及的应用场景中，漏泄波导需采用前文(图1-a\b\c)的安装形式。这样布置的缺陷在于影响了应急逃生和日常维护的通道通畅。

发明内容

本发明目的在于提出一种漏泄波导车地通信系统，能够保证轨道通道通畅的同时，使漏泄波导和车载天线的位置对应不受车辆前后方位变换的影响。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种漏泄波导车地通信系统，包括地面通信装置与车载通信装置，其特征在于：所述地面通信装置包括依次连接的漏泄波导1、合路器3、地面AP4，所述车载通信装置包括车载AP6、车载天线5，所述漏泄波导1单元数至少为2个，所述车载天线5的独立天线单元数量与漏泄波导1单元数相同。

进一步的，所述合路器3具有一个合路端和两个支路端，所述合路端通过射频电缆2和漏泄波导1连接，所述支路端通过射频电缆2交叉连接至地面AP4。

进一步的，所述漏泄波导1为椭圆漏泄波导11，所述椭圆漏泄波导11是包含外导体102、外护套103和辐射孔104的空心结构，所述外护套103包裹在外导体102外，所述外导体102为环形或螺旋波纹结构。

进一步的，所述外导体102截面为椭圆形，所述外导体102长轴范围40～70mm，所述外导体102短轴与长轴之比为0.45～0.65，所述外导体102厚度为0.1～2mm，所述外导体102波纹深度为1.5～3mm且波纹节距为5～12mm。

进一步的，所述辐射孔104为矩形或梯形小孔且该小孔长为3～8mm宽为3～5mm，所述辐射孔104中心和所述外导体102椭圆截面中心的连线与该椭圆短轴夹角为5～60°。

进一步的，所述外导体102材质为铜或铝材，所述外护套103材质为聚乙烯或聚烯烃。

进一步的，所述漏泄波导1为矩形漏泄波导或漏泄同轴电缆。

一种漏泄波导车地通信系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将所述地面通信装置的两个漏泄波导1对称安装在应用轨道内侧，每漏泄波导1的辐射孔偏向轨道内侧且辐射波瓣指向车载天线5，所述合路器3和所述地面AP4固定在轨旁机柜中，将所述漏泄波导1、合路器3、地面AP4顺次连接；

步骤二：所述车载通信设备的车载天线5的天线单元对称安装于车辆底部，所述车载天线5两天线单元之间隔离距离为50mm以上，安装时车载天线5天线单元应设置偏角使所述车载天线5的波束指向同侧漏泄波导1，所述车载天线5、车载AP6顺次连接。

进一步的，所述步骤一中所述漏泄波导1、合路器3、地面AP4采用射频电缆顺次连接，步骤二中所述车载天线5、车载AP6采用射频电缆顺次连接。

本发明可带来以下有益效果：

本发明所述一种漏泄波导车地通信系统，通过对地面通信装置与车载通信装置的重新改良设计，使其在应用中可以将漏泄波导对称安装在轨道内两侧，不会妨碍应急逃生和日常维护的操作，能够保证通道通畅。此外，通过对系统装置网络架构的改良设计，漏泄波导和车载天线各自单元之间均存在一定距离隔离，进一步增强了系统的MIMO特性，距离隔离有效降低了两信道的相干性，降低了系统对漏泄波导极化特性的要求，使其适用性大大提高。即使是不具备双极化特性的漏泄波导，如耦合型漏泄波导或漏泄电缆，也可在此系统中表现出很好的MIMO效果。最后，本发明漏泄波导车地通信系统的应用方法，通过要求漏泄波导和车载天线沿轨道中心线对称分布，使得两者对应关系不受车辆前后方位变换的影响。

本发明还提出一种椭圆漏泄波导在漏泄波导车地通信系统中的应用方案特征，其辐射波瓣与外导体椭圆短轴方向存在偏角并指向车载天线，使用其可实现MIMO2×2系统中现有漏泄波导技术的替代应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1.现有技术MIMO2×2系统漏泄波导安装示意图

附图2.本发明地面通信装置结构示意图

附图3.本发明车载通信装置结构示意图

附图4.本发明实施例3车载通信装置结构示意图

附图5.本发明椭圆漏泄波导结构示意图

附图6.本发明漏泄波导和车载天线波束指向示意图

其中：

1漏泄波导，2射频电缆，3合路器，4地面AP，5车载天线，6车载AP，7车辆主体，8车轮，9轨道梁，11椭圆漏泄波导，101漏泄波导辐射波束，102外导体，103外护套，104辐射孔

具体实施方式

为进一步阐述本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的一种漏泄波导车地通信系统及其应用方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例一，本发明提出的一种漏泄波导车地通信系统由地面通信装置、车载通信装置组成。

地面通信装置如图2所示，具体包括漏泄波导1、地面AP 4和合路器3：漏泄波导1，包括两根独立的椭圆漏泄波导11用于地面通信装置的信号的收发，应用时借助波导卡具对称安装在轨道内两侧，两根椭圆漏泄波导11之间距离为900mm。椭圆漏泄波导11的长轴为53mm，短轴与长轴之比为0.51，外导体102采用铜材厚度0.6mm，螺旋波纹深度为2.0mm，波纹节距为8.9mm。辐射孔104为矩形，长、宽分别为5mm和4mm，其中心和外导体102椭圆截面中心的连线与该椭圆短轴夹角为45°，安装时每椭圆漏泄波导11的辐射孔104偏向轨道内侧，保证其辐射波束指向车载天线5，如图6所示。外护套103包裹在外导体102外，材质为聚乙烯。地面AP4，具有A\B双网的冗余设计，即每地面AP4都包括两套无线接入设备；合路器3，包括两个合路器3用于实现A\B双网的信号合路到一套漏泄波导，每个合路器3具有一个合路端和两个支路端，两支路间的隔离度不低于50dB。地面通信装置网络架构如图2，应用时通过射频电缆2将合路端和漏泄波导1连接，将支路端交叉连接至地面AP4的射频接口，实现A\B双网共用漏泄波导的效果。

车载通信装置如图3所示，具体包括：车载天线5和车载AP6。

车载天线5，包括两个独立天线单元用于车载通信装置的信号收发。应用时车载天线5安装在车辆底部，距离漏泄波导1的垂直距离为450mm，为保证天线波束指向同侧漏泄波导1，每天线单元设置有45°偏角。车载AP6，同样采用A/B双网冗余设计，即包含两套图3所示的车载通信装置，应用中为保证足够隔离度A/B双网分别位于车辆头部和尾部。车载通信装置网络架构如图3，应用时通过射频电缆2将车载天线5与车载AP6连接。

上述实施例1的漏泄波导车地通信系统安装方法，包括以下步骤：

步骤一：将地面通信装置的两个漏泄波导1对称安装在应用轨道内侧，每漏泄波导1的辐射孔偏向轨道内侧且辐射波瓣指向车载天线5，合路器3和地面AP4固定在轨旁机柜中，将漏泄波导1、合路器3、地面AP4顺次连接；

步骤二：车载通信设备的车载天线5的天线单元对称安装于车辆底部，车载天线5两天线单元之间隔离距离为50mm以上，安装时车载天线5天线单元应设置偏角使车载天线5的波束指向同侧漏泄波导1，车载天线5、车载AP6顺次连接。

进一步的，步骤一中漏泄波导1、合路器3、地面AP4采用射频电缆顺次连接，步骤二中车载天线5、车载AP6采用射频电缆顺次连接。

在此实例中，漏泄波导的辐射波瓣与外导体椭圆短轴方向存在45°偏角，并对称安装在轨道内两侧，不会妨碍应急逃生和日常维护的操作。通过本实施例提出的地面和车载通信装置的网络架构的改良，同时可获得较好的MIMO效果。

实施例二：在实施例一的基础上，椭圆漏泄波导11的外导体102采用铝材且厚度1.0mm，环形波纹深度为1.8mm，波纹节距为9.5mm。辐射孔104为梯形，上、下底及高分别为4mm，6mm和5mm，外护套103采用材质聚烯烃，经实验本实例也有较好的MIMO效果。

实施例三：如图4所示，在实施例一的基础上，漏泄波导1采用两根独立矩形漏泄波导，车载天线5的两单元分别安装在同侧漏泄波导1的正上方。在此实例中，采用现有漏泄波导技术，通过本实施例提出的系统网络架构的改良设计，同样获得不妨碍轨道通道和较好的MIMO效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种漏泄波导车地通信系统，包括地面通信装置与车载通信装置，其特征在于：所述地面通信装置包括依次连接的漏泄波导(1)、合路器(3)、地面AP(4)，所述车载通信装置包括车载AP(6)、车载天线(5)，所述漏泄波导(1)单元数至少为2个，所述车载天线(5)的独立天线单元数量与漏泄波导(1)单元数相同；

所述漏泄波导(1)对称安装在轨道内两侧；

所述漏泄波导(1)和所述车载天线(5)沿轨道中心对称分布。

2.根据权利要求1所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述合路器(3)具有一个合路端和两个支路端，所述合路端通过射频电缆(2)和漏泄波导(1)连接，所述支路端通过射频电缆(2)交叉连接至地面AP(4)。

3.根据权利要求1所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述漏泄波导(1)为椭圆漏泄波导(11)，所述椭圆漏泄波导(11)是包含外导体(102)、外护套(103)和辐射孔(104)的空心结构，所述外护套(103)包裹在外导体(102)外，所述外导体(102)为环形或螺旋波纹结构。

4.根据权利要求3所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述外导体(102)截面为椭圆形，所述外导体(102)长轴范围40～70mm，所述外导体(102)短轴与长轴之比为0.45～0.65，所述外导体(102)厚度为0.1～2mm，所述外导体(102)波纹深度为1.5～3mm且波纹节距为5～12mm。

5.根据权利要求3或4所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述辐射孔(104)为矩形或梯形小孔且该小孔长为3～8mm宽为3～5mm，所述辐射孔(104)中心和所述外导体(102)椭圆截面中心的连线与所述外导体(102)椭圆截面短轴夹角为5～60°。

6.根据权利要求5所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述外导体(102)材质为铜或铝材，所述外护套(103)材质为聚乙烯或聚烯烃。

7.根据权利要求1所述的一种漏泄波导车地通信系统，其特征在于：所述漏泄波导(1)为矩形漏泄波导或漏泄同轴电缆。

8.一种采用权利要求1～7中任一项漏泄波导车地通信系统的应用方法，其特征在于，采用权利要求1～7所述的任一项一种漏泄波导车地通信系统，包括以下步骤：

步骤一：将所述地面通信装置的两个漏泄波导(1)对称安装在应用轨道内侧，每漏泄波导(1)的辐射孔偏向轨道内侧且辐射波瓣指向车载天线(5)，所述合路器(3)和所述地面AP(4)固定在轨旁机柜中，将所述漏泄波导(1)、合路器(3)、地面AP(4)顺次连接；

步骤二：所述车载通信装置的车载天线(5)的天线单元对称安装于车辆底部，所述车载天线(5)两天线单元之间隔离距离为50mm以上，安装时车载天线(5)天线单元应设置偏角使所述车载天线(5)的波束指向同侧漏泄波导(1)，所述车载天线(5)、车载AP(6)顺次连接。

9.一种根据权利要求8所述的漏泄波导车地通信系统的应用方法，其特征在于：步骤一中所述漏泄波导(1)、合路器(3)、地面AP(4)采用射频电缆顺次连接，步骤二中所述车载天线(5)、车载AP(6)采用射频电缆顺次连接。