CN114513223A - 可组合式应答器 - Google Patents

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CN114513223A CN202210097107.7A CN202210097107A CN114513223A CN 114513223 A CN114513223 A CN 114513223A CN 202210097107 A CN202210097107 A CN 202210097107A CN 114513223 A CN114513223 A CN 114513223A
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Abstract

本发明的可组合式应答器，其可由单体的无源应答器经由连接件将应答器壳体组合为一体，形成作用范围增大的有源应答器；组合后的应答器中的接收天线、发送天线为分布式设计：发射天线和接收天线中的各个分布式天线部分，采用所述同轴电缆芯线作为天线线圈，配合电容、电感等无源器件实现线圈的整体调谐，实现对于特定频率的谐振状态；该各个分布式天线部分之间，采用专用射频连接器进行连接，配合外壳的结构设计，形成整体闭环的环状天线。本发明的有益效果是：该可组合式应答器，仅需额外增加一种零件，即可实现由无源应答器至有源应答器的转变，实现应答器的扩展作用范围。

Description

可组合式应答器
技术领域
本发明涉及铁路信号领域，特别涉及一种定制化设计的结构可组合应答器。
技术背景
应答器是一种向列车车载设备提供地面信息的设备，大致可分为两类：无源应答器，无尾缆，提供固定信息；有源应答器，通过尾缆连接信号设备，提供可变信息。应答器安装于钢轨中间的道床上，当列车驶过时，车载设备通过读取应答器中的信息以保证行车安全。
目前应答器系统中，车地设备间系统作用范围约600mm。在实际运用中，存在更大系统作用范围的潜在需求。实际运用场景中可解决但不限于以下问题：1、系统作用范围扩大至2000mm，可完成车辆自动驾驶停车定位功能；2、系统作用范围进一步增大，可实现车辆运行过程中与地面的持续通信，传输大量数据。使用既有应答器系统无法满足以上需求，需要开发相关设备在应答器系统条件下进行扩展运用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可组合式应答器，单独应用时为无源应答器，组合应用时为有源应答器。
本发明提供一种可组合式应答器，其可由单体的无源应答器经由连接件将应答器壳体组合为一体，形成作用范围增大的有源应答器；
在所述无源应答器的内部，由信号传输同轴线缆与PCB共同构成应答器的发送、接收天线，其中同轴线缆的芯线与PCB构成其发送天线，屏蔽层与PCB构成其接收天线；
组合后的应答器中的接收天线、发送天线为分布式设计：
发射天线和接收天线中的各个分布式天线部分，采用所述同轴电缆芯线作为天线线圈，配合电容、电感等无源器件实现线圈的整体调谐，实现对于特定频率的谐振状态；
该各个分布式天线部分之间，采用专用射频连接器进行连接，配合外壳的结构设计，形成整体闭环的环状天线；
所述环状天线上各个分布式天线部分的谐振参数设定谐振点均为27.095MHz及4.23MHz，组合起来构成的整体环状天线可保证谐振频率一致，能量分布较为均衡；
为方便通过所述连接件搭接组合，需要在单体的无源应答器外壳基础上，加工一个尾缆出线孔、四个连接固定孔和四个同轴线缆出线孔；信号传输同轴线缆穿过该同轴线缆出线孔，在所述连接件的腔体中进行连接，配合PCB上的电源设计，并调整谐振参数，实现组合后应答器的作用范围增大。
本发明的有益效果是：此可组合式应答器，仅需额外增加一种零件，即可实现由无源应答器至有源应答器的转变，实现应答器的扩展作用范围，增加应答器系统传输数据量，扩展应答器系统的运用，具备承担更多的系统功能的条件。该组合结构简单，设计合理，成本低，强度高，便于后期维护，满足各种应答器作用范围需求。
附图说明
图1为本发明可组合式应答器单独应用的结构示意图；
图2为本发明可组合式应答器组合应用的主体结构示意图；
图3为本发明可组合式应答器组合应用的连接件结构示意图；
图4A为本发明可组合式应答器的二合一组合状态的示意图；
图4B为本发明可组合式应答器组合应用的连接部位示意图；
图5A为本发明可组合式应答器的硬件设计方案框图；
图5B为本发明可组合式应答器的内部天线原理示意图；
图6为本发明可组合式应答器的输入输出示意图；
附图标记说明：1无源应答器、2应答器固定孔、3有源应答器、4有源尾缆出线孔、5连接固定孔、6同轴线缆出线孔、7连接件、8内螺纹嵌件、9连接件固定孔、10紧固组合件。
具体实施方式
为了使本发明的技术特征、目的和效果更加明显易懂，现结合附图说明本发明的具体实施方式。
图1为本发明可组合式应答器单独应用的结构示意图。在无源应答器1的内部，由同轴线缆与PCB共同构成应答器发送、接收天线，其中同轴线缆的芯线与PCB构成其发送天线，屏蔽层与PCB构成其接收天线。其通过固定孔2固定在相应的支架上，向列车提供固定信息。
图2为本发明可组合式应答器组合应用的主体结构示意图。组合成的有源应答器3的外壳是在无源应答器1的外壳基础上，加工一个尾缆出线孔4、四个连接固定孔5和四个同轴线缆出线孔6得到。
图3为本发明可组合式应答器组合应用时的连接件结构示意图。该连接件7材质与无源应答器1壳体材质相同，均为SMC材质，此材质不会对应答器传输信号产品影响，并且具有质量小、强度高、耐寒、耐高温等优点。
图4A为本发明可组合式应答器的二合一组合状态的示意图。首先将连接件7的四个内螺纹嵌件8放置到应答器壳体3的四个连接固定孔5中，然后通过紧固组合件10即可将两个应答器壳体3组合为一体，参考图4B，即可实现应答器物理尺寸增大。在保持PCB上的电路主体结构不变的前提下，两个应答器壳体3中的信号传输同轴线缆穿过出线孔6，在连接件7的腔体中进行连接，配合PCB上的电源设计，对能量进行高效利用并调整参数，实现应答器的作用范围增大。连接件7里面使用玻璃胶对同轴线缆连接处进行密封，保证其防水性能。
组合后的应答器无法作为无源应答器进行工作，需提供应答器尾缆将其更改为有源应答器进行工作，应答器尾缆在有源应答器3内部与PCB连接后，通过尾缆出线孔4与信号设备(如LEU)通信。最后通过8个应答器固定孔2和两个连接件固定孔，将组合后的有源应答器固定在相应的支架上，向列车提供可变信息。基于此时模式，在保证自身能量足够的前提下，此组合式应答器可以进行无限拼接组合，实现应答器作用范围的定制化。
根据图4A，有源应答器可将全部的信号传输同轴电缆覆盖在SMC材质壳体下方，因此在某些特殊情况，如人员紧急疏散时，此组合式应答器可承受人员踩踏而不影响其功能。
图5A为本发明可组合式应答器的硬件设计方案框图。组合后应答器中的接收天线、发送天线为分布式设计，具体设计包括接收天线的结构及谐振参数、发送天线的结构及谐振参数的分布式设计，每一分布式天线设计方案中，均包含天线自身结构(线圈)以及设置谐振参数的元器件(如电感、电容器件)。
发送天线和接收天线中的各分布式天线部分，采用同轴电缆芯线作为天线线圈，配合电容、电感等无源器件实现线圈的整体调谐，实现对于特定频率的谐振状态，提高发射、接收效率。各个分布式天线之间，采用专用射频连接器进行连接，配合外壳的结构设计，形成整体闭环的环状天线。天线上各分布式天线的谐振参数设定谐振点均为27.095MHz及4.23MHz，组合起来构成的整体天线可保证谐振谐振频率一致(连接部分影响可接受)，能量分布较为均衡。
图5B为本发明可组合式应答器的内部天线原理示意图。组合后应答器天线内部有电容、电感器件和自身线圈，其调谐原理如下两个方程式所示，其中C1、C2、L2为谐振器件、L1为分布式谐振天线自身电感量，通过具体谐振参数的设置，各分布式谐振天线均有27.095MHz、4.23MHz两个谐振点，其谐振频率分别为ω4.23MHz及ω27.095MHz；其中L1由实际测量得出，C1、C2、L2基于谐振频率计算公式进行确定。
Figure BDA0003489945960000041
Figure BDA0003489945960000042
图6为本发明可组合式应答器的输入输出示意图。当实现无源应答器功能时，也可通过连接件组合使用，其能量来源仅来自车载天线，应答器整体接收天线面积的增大，可将车载天线分布于标准应答器线圈面积之外的能量进行有效利用。当实现有源应答器功能时，其能量来源来自车载天线及轨旁电子单元，除天线能量的有效利用外，还可以将轨旁电子单元提供的，满足标准应答器工作之外的余量进行利用，因此能量供给更为充足，其相对无源应答器具备更好的作用范围扩展性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但不能用来限制本发明的保护范围。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可组合式应答器，其可由单体的无源应答器经由连接件将应答器壳体组合为一体，形成作用范围增大的有源应答器；
在所述无源应答器的内部，由信号传输同轴线缆与PCB共同构成应答器的发送、接收天线，其中同轴线缆的芯线与PCB构成其发送天线，屏蔽层与PCB构成其接收天线；
组合后的应答器中的接收天线、发送天线为分布式设计：
发射天线和接收天线中的各个分布式天线部分，采用所述同轴电缆芯线作为天线线圈，配合电容、电感等无源器件实现线圈的整体调谐，实现对于特定频率的谐振状态；
该各个分布式天线部分之间，采用专用射频连接器进行连接，配合外壳的结构设计，形成整体闭环的环状天线；
所述环状天线上各个分布式天线部分的谐振参数设定谐振点均为27.095MHz及4.23MHz，组合起来构成的整体环状天线可保证谐振频率一致，能量分布较为均衡；
为方便通过所述连接件搭接组合，需要在单体的无源应答器外壳基础上，加工一个尾缆出线孔、四个连接固定孔和四个同轴线缆出线孔；信号传输同轴线缆穿过该同轴线缆出线孔，在所述连接件的腔体中进行连接，配合PCB上的电源设计，并调整谐振参数，实现组合后应答器的作用范围增大。
2.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，该连接件材质与所述无源应答器壳体材质相同，均为SMC材质；组合后的有源应答器可将全部的信号传输同轴电缆覆盖在SMC材质壳体下方，此可组合式应答器可承受人员踩踏而不影响其功能。
3.根据权利要求2所述的应答器，其特征在于，将所述连接件的四个内螺纹嵌件放置到要连接的应答器壳体的四个连接固定孔中，然后通过紧固组合件将两个应答器壳体组合为一体，即可实现应答器物理尺寸增大；
应答器尾缆在组合后的有源应答器内部与PCB连接后，通过尾缆出线孔与信号设备通信。
4.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述连接件里面使用玻璃胶对同轴线缆连接处进行密封，保证其防水性能。
5.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，在保证自身能量足够的前提下，所述可组合式应答器可进行无限拼接组合，实现应答器作用范围的定制化。
6.根据权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述分布式设计包括接收天线、发送天线的结构及谐振参数的分布式设计，在每一分布式天线部分中，均包含天线自身结构以及设置谐振参数的元器件。
7.根据权利要求6所述的应答器，其特征在于，所述天线自身结构包括天线线圈，所述设置谐振参数的元器件包括电容、电感等无源器件。
8.根据权利要求7所述的应答器，其特征在于，所述分布式天线部分采用同轴电缆芯线作为天线线圈，配合电容、电感等无源器件实现线圈的整体调谐，实现对于特定频率的谐振状态，提高发射、接收效率。
9.根据权利要求8所述的应答器，其特征在于，所述分布式天线部分的调谐原理如下面两个公式所示，
Figure FDA0003489945950000021
Figure FDA0003489945950000022
其中C1、C2、L2为谐振器件、L1为分布式谐振天线自身电感量，通过具体谐振参数的设置，各分布式天线部分均有27.095MHz、4.23MHz两个谐振点，其谐振频率分别为ω4.23MHz及ω27.095MHz；
其中L1由实际测量得出，C1、C2、L2基于谐振频率计算公式进行确定。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102216969A (zh) * 2008-11-21 2011-10-12 欧洲联盟 密封设备
CN105162477A (zh) * 2015-09-30 2015-12-16 北京交大思诺科技股份有限公司 一种扩展作用范围的应答器
CN109478722A (zh) * 2016-07-22 2019-03-15 微软技术许可有限责任公司 具有多个谐振耦合回路的天线

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