DE864576C - Anordnung zur drahtlosen Nachrichtenuebermittlung, insbesondere in Tunneln und Gruben - Google Patents

Description

• Anordnung zur drahtlosen Nachrichtenübermittlung, insbesondere in Tunneln und Gruben Um zwischen stationären und nichtstationären Punkten eine Nachrichtenverbindung zu ermöglichen, können mit Vorteil Funkverbindungen benutzt werden. Diese arbeiten aber nur dann befriedigend, wenn die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zwischen den Stationen nicht gestört wird bzw. die Wellen nicht so stark gedämpft werden, daß eine Funkverbindung nicht mehr möglich ist. Ein solch ungünstiger Fall liegt beispielsweise dann vor, wenn die bewegliche Station sich in Tunneln, Gruben od. dgl. befindet. Der drahtlose Nachrichtenverkehr in Tunneln od. dgl. wird noch dadurch sehr erschwert, daß die Reichweite der in den Tunnel eingestrahlten oder z. B. durch einen Dipol im Tunnel erregten Wellen außerordentlich gering ist. Die Ursache hierfür sind die hohen Verluste in dem die Grube oder das den Tunnel umschließenc?en Erdreich. Es ist daher infolge der hohen Energieabsorption im Erdreich nicht ohne weiteres möglich, elektrische Wellen mit normalen Strahlern, z. B. in Tunneln, so anzuregen, daß sie sich über größere Strecken bei praktisch brauchbaren Reichweiten ausbreiten.
• Zur drahtlosen Nachrichtenübertragung in Räumen, die von den Wellen absorbierenden Stoffen umgeben sind, insbesondere in Gruben und Tunneln, wird gemäß der Erfindung ein Leitungssystem verwendet, daß aus einem vorzugsweise parallel zu wenigstens einem Teil der Begrenzungsfläche der absorbierenden Stoffe verlaufenden Flachleiter und einem parallel zu diesem Flachleiter auf der den absorbierenden Stoffen abgekehrten Seite verlaufenden, vorzugsweise drahtförmigen Leiter besteht.
• Das Leitungssystem ist in Tunneln oder Gruben meist starken, die Leiteroberfläche angreifenden und diese verändernden Einflüssen unterworfen. Man kann nun die Herstellungskosten für ein solches Leitungssystem dadurch herabsetzen, daß man das System, vorzugsweise den Flachleiter, aus einem geeigneten Material herstellt und. dieses mit einem gut leitenden, korrosionsbeständigen Metall überzieht. Beispielsweise kann man den Flachleiter aus Eisenblech herstellen, das man mit einem Kupferüberzug versehen kann.
• Der Flachleiter wird vorteilhafterweise aus streifenförmigem Blech, aus mehreren, parallel verlaufenden, dicht benachbarten Drähten oder aus einem Drahtnetz gebildet. Die Breite des Flachleiters ist maßgebend für die Dämpfung und Ausbreitung der Wellen und-kann beispielsweise gleich dem vier- bis sechsfachen Betrag des Abstandes zwischen dem Flachleiter und dem z. B. runden Leiter gemacht werden. Den runden Leiter ordnet man vorzugsweise etwa senkrecht über der Mitte des Flachleiters an.
• Die Anordnung nach der Erfindung stellt ein unsymmetrisches Leitungssystem mit Erdeinfluß dar, dessen großer Vorteil in der sehr geringen Leitungsdämpfung und der sehr günstigen, in Tunnelrichtung gerichteten Strahlungseigenschaft besteht. Insbesondere kann sie gleichzeitig als Sende- und Empfangssystem dienen. Der Flachleiter hindert in der Nähe des Drahtes die Feldlinien am Eindringen in die absorbierenden Stoffe, z. B. in die Tunnelwand, und vermeidet daher eine starke Dämpfung der elektromagnetischen Energie, dagegen kann sich die elektromagnetische Energie insbesondere in die Mitte des Tunnelquerschnitts ungehindert ausbreiten. Da beispielsweise das elektromagnetische Feld eines normalen Dipols in einem Tunnel sehr rasch mit zunehmender Entfernung vom Dipol abnimmt und auch die Einfach-oder die gewöhnliche Doppelleitung als Leitungssystem. wegen der hohen Wellenabsorption in Tunneln. nicht gut brauchbar sind, kommt der Anordnung nach der Erfindung besondere Bedeutung zu.
• Um den Vorteil, der durch das Leitungssystem nach der Erfindung gewonnen werden kann, klarer erkennen zu lassen, werden im folgenden dessen Übertragungseigenschaften behandelt. Hierzu wird beispielsweise die in Fig. = und 2 wiedergegebene Anordnung zugrunde gelegt, die aus dem Flachleiter z oder dem durch mehrere nebeneinander parallel verlaufende Drähte gebildeten Flachleiter 2 und dem im Abstand A vor diesem angeordneten Leiter 3 mit dem Radius y bestehen; der Flachleiter r bzw. 2 ist entlang der Tunnelwand q. verlegt. Die Anordnung nach der Erfindung besitzt den Verlustwiderstand den Wellenwiderstand und die Dämpfung in den Beziehungen bedeuten: 2D den spezifischen Widerstand des Drahtmetalles, 8D die äquivalente Leitschichtdicke des Drahtes und ZO den Wellenwiderstand des leeren Raumes. Man erhält dabei bei Kupfer als Leiter Dämpfungswerte von z. B. 0,39, N/km.
• Andere bekannte Übertragungsarten ergeben wesentlich ungünstigere Verhältnisse. Zunächst sei der Fall angenommen, daß eine ausgestrahlte elektromagnetische Welle in einen Tunnel als Hohlleiterwelle eindringt. Sie unterliegt dann einer Dämpfung, die in der Größenordnung von go N/km liegt. Ein einzelner, parallel zur Tunnelwand verlaufender Leitungsdraht würde sogar eine Leitungsdämpfung von etwa zoo N/km aufweisen. Man kann daraus erkennen, daß ein Übertragungssystem mit Hilfe der Hohlleiterwelle oder der unsymmetrischen Einzelleitung, bei denen die Erdverluste direkt zur Dämpfung beitragen, die Dämpfung sehr groß ist, so daß diese Übertragungsarten praktisch ausscheiden.
• Die Anordnung nach der Erfindung hat besondere Bedeutung beim drahtlosen Nachrichtenverkehr mit fahrenden .Zügen in Tunneln oder in Gruben. Die Ankopplung des Leitungssystems an ein Sendernetz kann dabei so geschehen, daß am Tunneleingang ein Empfänger aufgestellt wird, der die ankommende drahtlose Energie empfängt. Dieser Empfänger verstärkt die aufgenommene Energie und führt sie direkt auf das Leitungssystem. Innerhalb des Tunnels befindet sich die Antenne des fahrenden Zuges im elektrischen Feld des Leitungssystems. Bei Verwendung von geeigneten elektrischen Filterweichen kann an dasselbe Leitungssystem noch eine Sendeeinrichtung angekoppelt werden, welche die vom fahrenden Zug durch das Leitungssystem aufgenommene und an das Tunnelende geführte Welle wieder ausstrahlt.
• Da bei der Anordnung nach der Erfindung auch die Feldstärkeverhältnisse interessieren, sei im folgenden auch hierfür ein Vergleich mit anderen bereits angeführten Leitungssystemen durchgeführt, z. B. mit einem Einzelleiter, der im Abstand h entlang der Tunnelwand verlegt ist, einem Doppelleitungssystem, dessen einen gegenseitigen Abstand von z. B. 5 cm aufweisende Drähte in einem Abstand h, z. B. =o cm, von der Tunnelwand verlegt sind, und mit einem Strahlersystem zur Nachrichtenübertragung mit Hilfe der Hohlleiterwelle im Tunnel. Die Leitungssysteme sind dabei im Tunnel so angeordnet, daß die elektrische Feldstärke in der Mitte des Tunnelquerschnittes vertikal gerichtet ist. Sendet man, am Tunnelanfang mit einer Sendeleistung von zo mW, dann wäre bei dem Übertragungssystem mit Hilfe der Hohlleiterwelle und auch bei dem Leitungssystem mit Einzelleiter in einer größeren Entfernung vom Tunnelanfang praktisch keine elektromagnetische Energie mehr vorhanden. Es wird daher, wie in Fig. 3 tabellarisch dargestellt, noch das Leitungssystem a nach der Erfindung und das parallel zur Tunnelwand verlaufende Doppelleitungssystem b miteinander verglichen. Man erzielt in der Mitte des Tunnelquerschnittes in einer Entfernung von z. B. z = z km vom Tunnelanfang bei der erfindungsgemäßen Anordnung noch eine FeldstärkeE von etwa 6 mV/m, während bei dem Doppelleitungssystem diese nur mehr 0,4 mV/m beträgt. In einer Entfernung von 3 km vom Tunnelanfang verhalten sich die Feldstärken bereits wie 38: i. Weitere Werte für die Feldstärke E bei bestimmten Entfernungen z (km) vom Tunnelanfangkönnen der Tabelle entnommen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur drahtlosen Nachrichtenübertragung in Räumen, die von die Wellen absorbierenden Stoffen umgeben sind, insbesondere in Gruben und Tunneln, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Leitungssystems, das aus einem vorzugsweise parallel zu wenigstens einer Begrenzungsfläche der absorbieren den Stoffe verlaufen-3en Flachleiter und einem parallel zu diesem Flachleiter, auf der den absorbierenden Stoffen abgekehrten Seite verlaufenden, vorzugsweise drahtförmigen Leiter besteht. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachleiter unmittelbar auf der Begrenzungsfläche aufgebracht ist. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des drahtförmigen Leiters von dem Flachleiter in bezug auf die Abmessungen des Raumquerschnittes klein ist. 4.. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem, vorzugsweise der Flachleiter, aus einem geeigneten Grundstoff besteht und mit einer gut leitenden, korrosionsbeständigen Schicht überzogen ist. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen aus einem metallischen Band bestehenden Flachleiter, insbesondere Blechstreifen. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis q, da-urch gekennzeichnet, daß der Flachleiter aus mehreren, dicht benachbarten parallel verlaufen'.en Drähten besteht. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Flachleiter aus einem Drahtnetz besteht. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Flachleiters etwa viermal so groß ist wie der Abstand des drahtförmigen Leiters vom Flachleiter und daß der Leiter etwa senkrecht über der Mitte des Flachleiters angeordnet ist. g. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem an eine Sendeeinrichtung, insbesondere an eine Sende-Empfangs-Einrichtung angeschlossen ist.