CN204516905U - 一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施方式提供了一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备，该设备包括：至少一个辐射单元，所述辐射单元包括至少一个天线组，每个天线组包括多个微带天线，一个天线组内的微带天线的工作频段相同，特别的，当通信系统处于多通道、多频段工作时，就需要构建多个天线组，不同天线组内微带天线的工作频率不相同。本申请实施方式可以实现地铁车地通讯系统中车上通讯设备与地面的通信。

Description

一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备

技术领域

本申请的实施方式涉及地铁通讯系统技术领域，尤其涉及一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备。

背景技术

目前，基于各种实际应用需要，在地铁内部建设有各种通讯系统，比如，用于实现地铁列车调度控制的地铁无线调度指挥系统(TETRA)，为解决地铁高密度、高速度及大客流带来的安全运营压力而建设的基于通信的列车控制系统(CBTC)，用于进行地铁内警用、消防调度、车站公安值班通讯的警用无线通讯系统等。这些系统在地铁内相对各自独立，采用各自的无线通信制式，这就将导致多方面的问题。比如，使用相同载波通信的不同系统之间可能产生同频干扰，地铁内的电磁环境过于复杂，重复建设严重，导致无线资源的浪费和建设成本增加。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请实施方式提供了一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备，通过该车载通讯设备可以实现各个系统的统一通信。

本申请实施方式提供的地铁车地通讯系统中的车载通讯设备包括：至少一个辐射单元，所述辐射单元包括至少一个天线组，每个天线组包括多个微带天线，一个天线组内的微带天线的工作频率相同；当存在多个天线组时，不同天线组内微带天线的工作频率不相同。

优选地，天线组内的多个微带天线两两组成一个子天线组，所述子天线组内的两个微带天线通过传输线连接，各子天线组通过传输线连接。

优选地，所述天线组为四个微带天线组成的四元阵，四个微带天线分别为第一、第二、第三、第四微带天线，其中：第一微带天线与第二微带天线通过第一传输线连接，第三微带天线与第四微带天线通过第二传输线连接，第一传输线和第二传输线通过第三传输线连接。

优选地，所述微带天线为方形贴片。

本申请实施方式可以实现地铁车地通讯系统中车载通讯设备包括辐射单元，辐射单元内的天线组包括多个微带天线，组内各个微带天线的工作频率相同，当存在多个天线组时，各个天线组内微带天线的工作频率不相同。与现有技术相比，本申请实施方式可以适应多种应用需要，从而为地铁车地通讯系统中的各种系统提供统一通信。此外，辐射单元中的微带天线还具有低剖面，易于安装等优点。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1为本申请的地铁车地通讯系统中车载通讯设备的一个实施例的组成结构图；

图2为本申请实施例中的矩形贴片微带天线示意图；

图3为本申请一个实施例中四个微带天线组成的四元阵示意图；

图4为本申请一个实施例中的微带天线采用方形贴片的示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请的公开更加透彻和完整，并且能够将本申请公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在地铁内的车地通讯系统中至少包括两部分内容，一是位于地铁列车上的车载通讯设备部分，二是位于地铁的隧道中的地面通讯设备部分，车地通讯系统通过列车通讯设备和地面通讯设备这两部分之间的信息交互实现信号控制、调度等重要任务。参见图1，该图示出了本申请提供的地铁车地通讯系统中的车载通讯设备的一个实施例的组成结构。在该实施例中车载通讯设备10包括：至少一个辐射单元11，所述辐射单元包括至少一个天线组12，每个天线组包括多个微带天线，一个天线组内的各个微带天线的工作频段相同；当工作于多通道、多频段时，存在多个天线组，不同天线组内微带天线的工作频率不相同。微带天线可以接受来自地铁车地通讯系统中的地面通讯设备的信号，也可以将地铁车地通讯系统中车载通讯设备的信号发送出去，这种收发信号的功能是通过微带天线辐射电波来实现的。参见图2，该图示出了微带天线的基本结构。

在上述的实施例中，地铁车地通讯系统中车载通讯设备包括辐射单元，辐射单元内的天线组包括多个微带天线，各个微带天线的工作频率相同；与现有技术相比，当处于多通道工作状态时，各个天线组的工作频率不同，可以对应于不同的工作通道，使得本申请实施方式可以适应多种应用需要，从而为地铁车地通讯系统中的各种系统提供不同的载波频率，进而提供统一通信。此外，辐射单元中的微带天线还具有低剖面，易于安装等优点。

在实际应用中，针对上述实施例可以有各种具体的实现方式。比如，对于天线组中包括的多个微带天线可以存在不同的连接方式。本申请优选的一种连接方式是将多个微带天线组进行划分，每两个划分为一个子天线组，这两个子天线组内的两个微带天线通过传输线连接，然后各个子天线组之间再通过传输线连接。下面以一个实例进行说明，参见图3，在该实例中，一个天线组内的微带天线为四个，四个微带天线组成一个四元阵。在四元阵中的前两个(第一、第二微带天线)用传输线连接，后两个(第三、第四微带天线)也用传输线连接，然后将两根传输线使用另一根传输线进行连接。这样，一个四元阵可以对应一个工作通道，当存在多通道应用时，其他的天线组可以采用类似或相同的连接方式，再联结到各自对应的电子设备上去，从而提供不同载波频率。

在设计微带天线过程中，可以对微带天线的一些工作参数进行设定，设定出来的不同参数值对微带天线的技术效果存在区别，同时，这些参数对微带天线的外形、结构等也存在影响。比如，在进行微带天线设计时，希望多个微带天线组合后方向图为一个牛舌状，并且舌面垂直于地铁车地通讯系统中地面通讯设备通信面的纵向，这样的优势在于可以确保全面而可靠地接收波导辐射信号。还比如，在进行微带天线设计时，针对微带天线有关尺寸进行设计，而且，微带天线的具体形式不同，设计方式可能存在区别。在本申请中，微带天线具体可以采用边馈的微带方形贴片，贴片形式在设计相关物理量时要进行不同的考虑。

在设计过程中，按照如下方式对有关参数进行设计。

谐振半波贴片天线的长度为：

$\begin{array}{c}L=0.5{\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}-2\mathrm{\ΔL}\\ \frac{\mathrm{\Δl}}{h}=0.412\frac{({\mathrm{\ϵ}}_e+0.3)(w/h+0.264)}{({\mathrm{\ϵ}}_e-0.258)(w/h+0.8)}\end{array}---\left(1\right)$

其中：h——微带天线介质板的厚度

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2}{(1+\frac{12h}{w})}^{-1/2}$

ε_r——介质板相对介电常数

谐振时辐射电阻为：

$R_r=90[{\mathrm{\ϵ}}_r^2/({\mathrm{\ϵ}}_r-1)]{(L/W)}^2\mathrm{\Ω}---\left(2\right)$

由此可见，微带天线的辐射阻抗、长度、宽度是相互关联的。

阻抗带宽(VSWR<2:1)可以由下式求得：

$B=3.77\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_r-1}{{\mathrm{\&epsiv;}}_r^2}\&CenterDot;\frac{W}{L}\&CenterDot;\frac{h}{{\mathrm{\&lambda;}}_0}---\left(3\right)$

其中：h/λ<<1。λ₀——自有空间波长

此带宽是相对于中心频率的百分比。

注意，从(3)可以看出，带宽B正比于基材厚度h，但是受到限制，虽然增加h能增加工作频带宽度，但会导致较大的表面波和寄生辐射，使方向性差。

对于边馈的微带贴片天线，一般采用阻抗变换器，其长度为

Z是阻抗变换器的阻抗，与两端阻抗Z₁、Z₂为：

$Z=\sqrt{Z_1\&CenterDot;Z_2}---\left(4\right)$

以上各物理参量见图2示意图。

参见图4，该图示出了微带贴片。假设工作频率f₀＝5.5GHz，某介质基片的相对介电常数ε_r＝2.27而厚度为h＝λ₀/50，那么可以根据上述诸公式就可以设计出如下的微带天线参数：

由前述公式(1)可得

$L=W=0.491{\mathrm{\&lambda;}}_0/\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r}$

由前述公式(2)可得辐射电阻

R_r＝365.2Ω

由公式(3)得工作带宽B＝0.0186＝1.86％。

为了与135Ω传输线相匹配，所有λ/4阻抗变换段的特性阻抗为：

$Z_1=\sqrt{135\&times;365}=222\mathrm{\&Omega;}$

以及长度 ${\mathrm{\&lambda;}}_0/4\sqrt{2.27}=0.166{\mathrm{\&lambda;}}_0$

而135Ω分配线经并联后，为67.5Ω，再经过一个节阻抗变换器，其特性阻抗为：

$Z_2=\sqrt{67.5\&times;100}=82\mathrm{\&Omega;}$

以上结果如图3所示，图中

本申请实施方式提供的地铁车地通讯系统的车载通讯设备可以安装于地铁列车上，用于实现车地通讯。现有用于实现信号调度、控制的地铁无线调度指挥系统、地铁内警用、消防调度等无线通信系统均可通过本申请的车载通讯设备实现通讯。值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明创造并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明创造旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (4)

1.一种地铁车地通讯系统中的车载通讯设备，其特征在于，该设备包括：至少一个辐射单元，所述辐射单元包括至少一个天线组，每个天线组包括多个微带天线，一个天线组内的微带天线的工作频率相同，当存在多个天线组时，不同天线组内微带天线的工作频率不相同。

2.根据权利要求1所述的车载通讯设备，其特征在于，天线组内的多个微带天线两两组成一个子天线组，所述子天线组内的两个微带天线通过传输线连接，各子天线组通过传输线连接。

3.根据权利要求2所述的车载通讯设备，其特征在于，所述天线组为四个微带天线组成的四元阵，四个微带天线分别为第一、第二、第三、第四微带天线，其中：第一微带天线与第二微带天线通过第一传输线连接，第三微带天线与第四微带天线通过第二传输线连接，第一传输线和第二传输线通过第三传输线连接。

4.根据权利要求3所述的车载通讯设备，其特征在于，所述微带天线为方形贴片。