CN201405884Y - 用于ctcs点式应答器的能量传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于CTCS点式应答器的能量传输装置，要解决的技术问题是为地面点式应答器提供可靠的、足够的射频能量。本实用新型的信号产生单元产生的射频信号经功率放大和控制单元放大后，再经检测、隔离单元向天线输出，功率检测电路获取功率放大电路输出的信号控制功率放大电路的输出，功率放大和控制单元设有电流取样、放大电路与比较放大电路，产生与功率放大电路电流相反的电压，对功率放大电路的工作电流进行限制。本实用新型与现有技术相比，采用限制工作电流的方式，依靠电流取样、放大电路、比较放大电路与功率放大器形成的闭环控制，当末级功放电流达到设定的安全值时会自动关断功放的工作，电路简单、实用。

Description

用于CTCS点式应答器的能量传输装置

技术领域

本实用新型涉及一种中国列车控制系统的点式应答器，特别是一种点式应答器的能量传输装置。

背景技术

中国列车控制系统CTCS是我国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全、提高运行效率的重要设备。在中国列车控制系统中，车载设备通过无线的方式来获取存储在地面点式应答器设备中的数据。在车载设备读取地面点式应答器数据的同时，车载设备必须给地面点式应答器提供其工作所需的能量，车载设备发射的射频信号通过射频电缆在车载天线周围激励起一定的场强，通过电磁的耦合方式地面应答器获取能量。能量传输装置就是产生射频信号的装置，另外，它还为地面点式应答器的返回信号提供一条具有高带外抑制的通道。能量传输装置的稳定、可靠关系着整个系统的可靠运行，是CTCS级系统中的关键设备之一。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于CTCS点式应答器的能量传输装置，要解决的技术问题是为地面点式应答器提供可靠的、足够的射频能量。

本实用新型采用以下技术方案：一种用于CTCS点式应答器的能量传输装置，信号产生单元产生的射频信号经功率放大和控制单元放大后，再经检测、隔离单元向天线输出，所述功率放大和控制单元设有功率驱动电路和功率放大电路组成的放大电路，功率检测电路获取功率放大电路输出的信号以控制功率放大电路的输出，所述功率放大和控制单元设有电流取样、放大电路与比较放大电路，电流取样、放大电路通过对功率放大电路的电流取样，将其转换成取样电压经过放大后送到比较放大电路，产生与功率放大电路电流相反的电压，该电压对功率放大电路的工作电流进行限制。

本实用新型的检测、隔离单元设有低通滤波器和双工隔离电路，所述功率放大电路输出的信号经低通滤波器、双工隔离电路向天线输出。

本实用新型的低通滤波器是椭圆函数滤波器。

本实用新型的双工隔离电路由4.23MHz隔离电路和27.095MHz隔离电路构成。

本实用新型的功率放大电路设有第三十场效应管、第三十一场效应管，第三十六电容、第三十八电容、第三十五电感构成T型级间匹配电路，连接第三十场效应管的漏极、第三十一场效应管的栅极。

本实用新型的电流取样、放大电路为连接在第三十一场效应管漏极的第三十电阻对电流取样，第三十电阻两端的电压分别通过第五十、五十三电阻至差分放大器的反相端和同相端、差分放大器的输出经第五十四电阻至第五十一算放大器的反相输入端。

本实用新型的比较、放大电路由第五十一运算放大器，连接在第五十一运算放大器输入、输出端之间的第五十二电阻，连接到反向输入端的第五十四电阻构成，第五十一运算放大器的输出电压控制第三十一场效应管的栅极。

本实用新型的检测、隔离单元设有天线检测电路，天线检测电路由直流电压稳压电路和自检控制电路连接构成；直流电压稳压电路由第七十稳压器，连接在第七十稳压器输入端、输出端与地的第七十至第七十二滤波电容，输入与输出之间的第七十二极管构成；自检控制电路的第七十一三极基极接第七十五电阻，第七十五电阻的另一端与第七十四三极管集电极相连，第七十四三极管基极接第七十六电阻的一端，第七十六电阻另一端接外部自检控制信号。

本实用新型的信号产生单元的信源产生电路产生的射频信号经信号分离电路、小信号放大电路放大后，输入到功率驱动电路；所述信源产生电路由温补晶体振荡器，第九至第十一电容、第六电感、第七电感组成的π型低通滤波器连接构成；所述信号分离电路由射级跟随器电路构成。

本实用新型的功率检测电路对功率放大电路的输出功率耦合取样，采用检波方式将其转换成直流电平，通过发射控制电路对功率驱动电路和小信号放大电路进行控制。

本实用新型与现有技术相比，采用限制工作电流的方式，依靠电流取样、放大电路、比较放大电路与功率放大器形成的闭环控制，当末级功放电流达到设定的安全值时会自动关断功放的工作，双工隔离电路采用简单的LC器件组成，电路简单、实用，天线检测电路通过向能量传输装置与外部天线构成的直流回路施加一定的直流电压，并测量检测点的电压值，据此来判断天线连接是否正常，从而避免在天线开、短路的情况下进行发射。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型实施例的信源产生、信号分离电路原理图。

图3是本实用新型实施例的功率放大和控制单元电路原理图。

图4是本实用新型实施例的比电流取样、放大电路原理图。

图5是本实用新型实施例的低通滤波器电路原理图。

图6是本实用新型实施例的双工隔离电路原理图。

图7是本实用新型实施例的比较放大电路原理图。

图8是本实用新型实施例的天线检测电路原理图。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，包括信号产生单元，功率放大和控制单元，检测、隔离单元。信号产生单元产生的信号经功率放大和控制单元放大、再经检测、隔离单元向天线输出。

信号产生单元具有信源产生电路、信号分离电路和小信号放大电路。功率放大和控制单元设有功率驱动电路、功率放大电路、电流取样、放大电路、比较放大电路、功率检测电路和发射控制电路。检测、隔离单元设置有低通滤波器、天线检测电路和双工隔离电路。

信源产生电路产生一个高稳定度频率的基准信号，经信号分离电路将输入信号分成两路信号，一路信号做测试用、同时也可以用做系统时钟的备用信号，另一路信号经小信号放大电路放大后，通过匹配电路输入到后面的功率放大和控制单元。同时信号分离电路为前级信源产生电路的高阻输出与后级小信号放大电路的低阻输入电路之间提供良好的匹配。

由功率驱动电路和功率放大电路组成两级功率放大电路，产生足够的射频功率输出。放大后的信号经过低通滤波器滤除高次谐波和杂散分量，经双工隔离电路向天线输出。

功率检测电路对功率放大电路的输出功率耦合取样，采用检波方式将其转换成直流电平，利用该电平通过发射控制电路对功率驱动电路和小信号放大电路的前级放大器进行控制，以保证是在输出功率正常状态下来开启发射。电流取样、放大电路通过对末级功放即功率放大电路的电流取样，将其转换成取样电压经放大后送到比较放大电路，通过比较放大后产生一个与末级功放电流相反的电压，用该电压去控制功率放大器的偏值达到自动功率控制的目的，同时对末级功率放大器的工作电流进行限制。

如图2所示，射频信号所需工作频率27.095MHz的基准信号由高稳定度的温补晶体振荡器X6产生。第九至第十一电容C9-C11、第六电感L6、第七电感L7组成低通滤波器，第六电感L6与第七电感L7串联连接，公共连接点接有到地的第十电容C10，第六电感L6的另一端接有到地的第九电容C9，电感L7另一端接有到地的第十一电容C11。低通滤波器对晶振输出信号进行滤波。第六三极管V6、连接V6基极的第六电阻R6、第十电阻R10，连接V6集电极的第七电阻R7、第八电容C8、接V6发射极的第十一电阻R11组成射级跟随器电路，利用射随器电路输入阻抗高、输出阻抗低的特点将前后级电路进行隔离。射随输出信号被分成了两路输出。

如图3所示，所述功率放大和控制单元完成对信号产生单元的前级信号进行放大，以产生足够的射频输出功率。功率放大部分设有第三十场效应管V30、第三十一场效应管V31，第三十六电容C36、第三十八电容C38、第三十五电感L35构成T型级间匹配电路，连接V30的漏极、V31的栅极，第三十一场效应管V31的输出信号通过由第三十四电容C34、第三十五电容C35、第三十四电感L34组成的π型匹配网络，将第三十一场效应管V31的输出阻抗匹配到50欧姆，π型匹配网络还可对高次谐波进行一定的抑制。两级放大器的工作状态和增益可以根据实际情况加以控制和调整。

电流取样、放大电路通过对末级功率放大器的工作电流取样，产生一个正比与工作电流的电压输出。当末级功率放大器的工作电流变化时，连接在V31漏极的第三十电阻R30两端的电压会产生一个电压变量ΔU，该电压变量ΔU送差分放大器放大。

如图4所示，差分放大器由第五十运算放大器N50、连接反相输入端的第五十电阻R50、连接反相输入端与输出端之间的第五十一电阻R51、连接同相输入端的第五十三电阻R53组成。差分放大器的输出电压送比较放大电路。

如图7所示，比较放大电路包括第五十一运算放大器N51、连接反相输入端与输出端之间的第五十二电阻R52、连接反相输入端的第五十四电阻R54。N51的反相输入端经R54接N50的输出端，N51的输出端经第五十五电阻R55接V31的栅极。

在本实施例中，自动功率调整、末级功放电流限制是这样实现的：接在末级功率放大器V31漏极支路上的第三十电阻R30对漏极电流取样，R30两端的电压被差分放大器N50放大后送比较放大电路，正比于末级功放工作电流的取样输入电压加到差分放大器N50输入端，当电流增加时，取样输入电压增加，此时差放输出电压上升，导致运算放大器N51的输出电压下降。用该电压去控制末级功放管V31的偏值，迫使其工作电流保持相对稳定，达到稳定输出功率的目的。同时当末级功放电流超过所设定的安全值时，比较放大器的输出电压翻转，从而关断功率放大器。

如图5所示，低通滤波器由第二十一至第二十五电容C21-C25、第二十一电感L21、第二十二电感L22组成，低通滤波器为椭圆函数滤波器形式，这种滤波器的锐截止特性，使得采用较少的元器件就能够完成对高次谐波和杂散信号进行较大的抑制。

如图6所示，第六十至第六十八电容C60-C68、第六十至第六十五电感L60-L65构成双工隔离电路。L60-L63、C60-C65组成LC电路的低通滤波器，对频率27.095MHz的信号有较好的抑制作用，同时允许4.23MHz的信号通过。它使得频率为27.095MHz的发射信号通过天线输出，而不能进入接收通路。C66-C68、L64、L65组成4.23MHz信号的隔离电路，天线接收的4.23MHz信号在该电路的阻隔下只能沿接收通道传输。从而实现对发射的27.095MHz信号和接收的4.23MHz信号进行隔离。

如图8所示：天线检测电路采用测量直流电压的方式来检测天线连接状态。第七十稳压器N70，连接在N70输入端、输出端与地的第七十至第七十二滤波电容C70-C72，连接N70输入与输出之间的第七十二极管V70构成直流电压稳压电路。自检控制电路由第七十一三极管V71、第七十一三极管V73、第七十四三极管V74、第七十五电阻R75和第七十六电阻R76构成。V71基极接R75，R75的另一端与V74集电极相连。连接V74基极的R76的另一端接外部自检控制信号。外部直流电压加到第七十稳压器N70的输入端，经N70稳压后的直流输出电压通过第七十电阻R70连到第七十一三极管V71的发射极，

当自检控制信号为高电平时，V71、V74导通，直流电压通过R70、V71、R72、V72链路与外部天线构成一个直流回路，通过测量检测点的电压来判别天线的连接状态。从而避免在天线开、短路的情况下进行发射。

Claims (10)

1.一种用于CTCS点式应答器的能量传输装置，信号产生单元产生的射频信号经功率放大和控制单元放大后，再经检测、隔离单元向天线输出，所述功率放大和控制单元设有功率驱动电路和功率放大电路组成的放大电路，功率检测电路获取功率放大电路输出的信号以控制功率放大电路的输出，其特征在于：所述功率放大和控制单元设有电流取样、放大电路与比较放大电路，电流取样、放大电路通过对功率放大电路的电流取样，将其转换成取样电压经过放大后送到比较放大电路，产生与功率放大电路电流相反的电压，该电压对功率放大电路的工作电流进行限制。

2.根据权利要求1所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述检测、隔离单元设有低通滤波器和双工隔离电路，所述功率放大电路输出的信号经低通滤波器、双工隔离电路向天线输出。

3.根据权利要求2所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述低通滤波器是椭圆函数滤波器。

4.根据权利要求2所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述双工隔离电路由4.23MHz隔离电路和27.095MHz隔离电路构成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述功率放大电路设有第三十场效应管、第三十一场效应管，第三十六电容、第三十八电容、第三十五电感构成T型级间匹配电路，连接第三十场效应管的漏极、第三十一场效应管的栅极。

6.根据权利要求5所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述电流取样、放大电路为连接在第三十一场效应管漏极的第三十电阻对电流取样，第三十电阻两端的电压分别通过第五十、五十三电阻至差分放大器的反相端和同相端、差分放大器的输出经第五十四电阻至第五十一算放大器的反相输入端。

7.根据权利要求6所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述比较、放大电路由第五十一运算放大器，连接在第五十一运算放大器输入、输出端之间的第五十二电阻，连接到反向输入端的第五十四电阻构成，第五十一运算放大器的输出电压控制第三十一场效应管的栅极。

8.根据权利要求7所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述检测、隔离单元设有天线检测电路，天线检测电路由直流电压稳压电路和自检控制电路连接构成；直流电压稳压电路由第七十稳压器，连接在第七十稳压器输入端、输出端与地的第七十至第七十二滤波电容，输入与输出之间的第七十二极管构成；自检控制电路的第七十一三极基极接第七十五电阻，第七十五电阻的另一端与第七十四三极管集电极相连，第七十四三极管基极接第七十六电阻的一端，第七十六电阻另一端接外部自检控制信号。

9.根据权利要求8所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述信号产生单元的信源产生电路产生的射频信号经信号分离电路、小信号放大电路放大后，输入到功率驱动电路；所述信源产生电路由温补晶体振荡器，第九至第十一电容、第六电感、第七电感组成的π型低通滤波器连接构成；所述信号分离电路由射级跟随器电路构成。

10.根据权利要求9所述的用于CTCS点式应答器的能量传输装置，其特征在于：所述功率检测电路对功率放大电路的输出功率耦合取样，采用检波方式将其转换成直流电平，通过发射控制电路对功率驱动电路和小信号放大电路进行控制。

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