DK170232B1 - Spor til tog kommunikationsanlæg- eller systemer - Google Patents

Description

DK 170232 Bl

Denne opfindelse vedrører spor til tog kommunikationsanlæg eller -systemer, i hvilke der benyttes spormonterede trans-pondere eller svarsendere.

Siden 1974 har British Railways benyttet transpondere eller 5 svarsendere på højhastighedsstrækninger. Disse transpondere er blevet benyttet til at tilvejebringe det spor til tog kommunikationsmedium, der er nødvendigt i et hastighedsinformationsanlæg til avancerede personbefordrende tog. Ved brug af et tipningsanlæg har disse tog været i stand til at pas-10 sere kurver med hastigheder, der er langt højere end de hastigheder, som er acceptable i forbindelse med konventionelle tog. Følgelig har lokomotivførerne ikke skullet lære et nyt sæt strækningshastigheder, idet det enkelte tog har været udstyret med et hastighedsinformationsanlæg eller -system, 15 der i førerkabinen viser den korrekte hastighed på pågældende strækning. Hastigheden og anden styringsinformation er blevet indkodet i forudbestemte meddelelser, der har være indeholdt i transpondere, der har været monteret på eller ved sporet.

Den enkelte transponder er blevet aktiveret af toget, og 20 meddelelserne er blevet læst af interrogatorer, der har været monteret på toget.

Senere er rejsetiderne blevet reduceret ved en forøgelse af den maksimale hastighed på forholdsvis lige strækninger fra 160 km/time til 200 km/time og ved introduktionen af 25 højtydende ikke-tippende rullende materiel, specielt dieseldrevne højhastighedstog (High Speed Train, HST).

På British Railways' strækninger er højhastighedstogene manuelt styrede, og lokomotivførerne er meget afhængige af kendskab til den aktuelle rute eller strækning. De eneste 30 anvisninger, som gives i førerhuset eller førerkabinen, er fra et automatisk advarselssystem eller -anlæg (AWS), der informerer om signaler, der nærmer sig, og om kritiske hastighedsbegrænsninger. Tog, der har en maksimalhastighed på mere end 160 km/time, har to lokomotivførere i kabinen, 2 DK 170232 B1 medens andre kabiner i øvrigt normalt er bemandet med en enkelt lokomotivfører.

Hastigheden 200 km/time anses for at være den maksimale sikre hastighed for drift styret af signaler placeret ved banelin-5 jen. Over denne hastighed kræves der signalering i lokomotiv- førerkabinen og hastighedsovervågning. Selv ved lavere has- * tigheder kan en form for hjælp eller bistand til lokomotivføreren retfærdiggøres af en reduceret kørselsindlæring for lokomotivføreren, enkeltmandsbemanding på alle tog og en 10 sikkerhedsforbedring.

Potentialet i transponderteknikken har derfor retfærdiggjort en investering i et forskningsprogram. Formålet med dette har været at bygge på de erfaringer, som er opnået med det hidtidige system, således at der hurtigt og sikkert kan konstru-15 eres et transpondersystem, når der opstår specifikke krav.

Én teknik, som benyttes i transponderteknikken, er baseret på induktiv kobling. Induktion giver et forholdsvis effektivt middel til aktivering af transpondere og sikrer, at de kun kan aktiveres, når de er placeret tæt ved en interrogator.

20 Denne udgør en væsentlig del eller et vigtigt træk i et togstyringsanlæg.

Transponderne skal være konstrueret således, at de arbejder i det lave radiofrekvensbånd. Dette bånd er specielt velegnet, da disse frekvenser slet ikke påvirkes af vand, regn og sne.

25 Transponderne har ikke nogen indre strømforsyning og modtager deres energi fra et bærebølgesignal, som genereres af inter-rogatoren. Interrogatorsenderen bringer en højfrekvensstrøm til at cirkulere i en rammeantenne. Det resulterende magnet- * felt inducerer en tilsvarende strøm i en rammeantenne i 30 transponderen. Transponderen genererer et fasemoduleret * tilbagekoblingssignal med den halve frekvens af den modtagne bærebølge. Andre transpondertyper, der anvender induktiv 3 DK 170232 B1 kobling, er beskrevet i US-patentskrift nr. 3299424 og GB-patentskrift nr. 1483692.

I GB-patentskrift nr. 1483692 beskrives et transponderkredsløb, i hvilket retursignalet fra transponderen har en bære-5 frekvens, som er en harmonisk af bærefrekvensen af det modtagne interrogatorsignal. Dette opnås ved anvendelse af to resonanskredsløb, der er forbundet i parallel til fælles antenneterminaler for transponderen, og som er afstemte til henholdsvis interrogatorsignalets bærefrekvens og retursig-10 nalets bærefrekvens. En ikke-lineær diode er forbundet mellem de to resonanskredsløb til generering af det harmoniske bæresignal. Retursignalet er i form af tidsadskilte pulser, der danner en binær kode, som er fremstillet ved modulation af den harmoniske frekvens. Et binært "0" kan skelnes fra et 15 binært "1" ved at undertrykke amplituden af en del af bærefrekvensen af fx "0"-pulserne.

Ved analyse af kendte transpondersystemers funktion har det vist sig, at der kan frembringes et væsentligt forbedret tilbageførings- eller tilbagekoblingssignal ved at lade 20 tilbageføringssignalets frekvens være den samme som bærebølgens frekvens. Teoretisk udgør hele strømmen, der løber i transponderantennen, en kilde for tilbageføringssignalet. Tilbageføringssignalet opfattes af interrogatoren som en amplitudemodulation af det transmitterede signal.

25 Baseret på dette koncept er det et formål med opfindelsen at tilvejebringe et transponderanlæg eller -system, der har en høj virkningsgrad, og som derfor gør det muligt at udnytte en høj modulationsgrad, dvs. en høj datahastighed. Dette tillader igen, at der kan benyttes korte, kompakte interro-30 gatorantenner.

I overensstemmelse med opfindelsen omfatter et transponderkredsløb til transmission af en kodet meddelelse til en interrogator: 4 DK 170232 B1 a) en antenne til induktiv kobling med interrogatoren, hvor transponderkredsløbet forsynes med energi gennem den induktive kobling, og hvor transponderen transmitterer sin kodede meddelelse til interrogatoren gennem den induktive kobling, 5 b) en første kondensator forbundet i kredsløb med antennen, hvorved der tilvejebringes et afstemt kredsløb, der er afstemt til en første frekvens, og ^ c) en fasekoherent frekvensmodulator, der er kendetegnet ved,, at modulatoren omfatter: 10 (i) en anden kondensator, der kan forbindes ind i det af stemte kredsløb, hvorved det afstemte kredsløb genafstemmes til en anden, lavere frekvens, (ii) omkoblingsorganer indrettet til periodisk at koble den anden kondensator ind i og ud af det afstemte kredsløb, 15 (iii) en datahukommelse, hvis lagrede data udlæses i en forudbestemt tidsmæssig sekvens, når transponderkredsløbet har fået tilført energi, for at tilvejebringe en sekvens af styresignaler til omkoblingsorganerne, hvorved den anden kondensator kobles ind i og ud af det afstemte kredsløb 20 ifølge en forudbestemt sekvens, hvorved en kodet meddelelse udlæses fra transponderkredsløbet, hvor hver bit af meddelelsen udgøres af en forudbestemt kombination af perioder af den første og den anden frekvens, og (iv) et klokpulskredsløb, der modtager energi gennem den 25 induktive kobling, og hvis klokpulser styrer tidsfastsættelsen af de styresignaler, der udlæses fra hukommelsen, hvorved omkoblingen mellem den første og den anden frekvens sker fasekoherent, og hvorved omkoblingen af den anden kondensator ind i og ud af det afstemte kredsløb sker ved maksimal spæn-30 ding, hvorved energi lagres i den anden kondensator, når denne er udkoblet af det afstemte kredsløb, og frigøres, når den anden kondensator igen forbindes til det afstemte kredsløb.

Modulatoren er fortrinsvis en binær fsk modulator. > 35 Den foreliggende opfindelse adskiller sig fra den kendte teknik ved, at transponderkredsløbet omfatter en fasekoherent 5 DK 170232 B1 frekvensmodulator, der har de oven for nævnte karakteristiske træk. Ved anvendelse af transponderkredsløbet ifølge opfindelsen vil det således være muligt at opnå et transpondersystem med en forbedret modulationsgrad og dermed en højere 5 datahastighed.

Et eksempel på et transpondersystem, der omfatter et trans-ponderkredsløb i overensstemmelse med opfindelsen, vil i det følgende blive beskrevet under henvisning til den ledsagende tegning, i hvilken: 10 fig. 1 viser et skematisk diagram for transpondersystemet, og fig. 2 viser en graf afbildning, der viser den binære logik for transponderkredsløbet.

Idet der henvises til tegningen, er transponderkredsløbet angivet i fig. 1 med den generelle henvisningsbetegnelse 1, 15 og interrogatoren er angivet med den generelle henvisningsbetegnelse 2.

Det er lettest at forstå transponderanlæggets funktion ved at betragte det som en svagt koblende transformer med luftadskilte viklinger. En interrogatorantenne 3 udgør den primære 20 vikling, medens transponderkredsløbet 2's rammeantenne 4 udgør den svagt koblende sekundære vikling. Fra transformerteorien vil man se, at en eventuel belastningsimpedans, som forbindes til rammeantennen, dvs. den sekundære vikling, kan omsættes til primærsiden som en ækvivalent impedans. Det 25 er denne impedans transformation, som udgør den centrale mekanisme i dataoverførslen.

Ved modulation vil der over den til spolen 4 forbundne impedans optræde en modulationsspænding V i interrogatorkreds-løbet 2 som følge af virkningen fra den primære strøm, der 30 virker på referenceimpedansen. Denne udgør tilbageføringssignalet i modsætning til konventionelle transponderanlæg, i DK 170232 B1 6 hvilke der benyttes separate frekvenser til sende- og tilbageføringskanalerne .

Sløjfen eller rammen 4 udgør en del af en afstemt kreds 5, således som det vil blive beskrevet nedenfor. ? 5 Den i denne udførelsesform valgte modulationsmetode er ko- * herent telegrafering med frekvensskift (GB:fsk, frequency shift keying) med et konstant (50%) forhold mellem markering og mellemrum. Ved omkobling af resonansbærerbølgefrekvensen for transpondersløjfen 4 mellem Fc og Fc/2, er frekvens-10 referenceimpedansen i det primære kredsløb, som er afstemt til Fc, henholdsvis lav og høj. Dette resulterer i en ændring i den primære spænding V og i transpondertilbageførinssig-nalet. Hvis logisk '1' defineres som 2 perioder af Fc efterfulgt af 1 periode af Fc/2, og logisk '0' defineres som 1 15 periode af Fc/2 efterfulgt af 2 perioder af Fc som vist i fig. 2, frembringes der en binær kode med konstant forhold med transponderen arbejdende 50% af tiden ved frekvensen Fc.

Dette er en tilstrækkelig betingelse til konstant, datauafhængig, energioverførsel til transponderen. Dette udgør et 20 meget fordelagtigt træk ved transponderkonstruktionen.

Interrogatorantennen er afstemt til Fc ved hjælp af en kondensator C±. Transponderrammen eller -sløjfen 4 er afstemt til Fc ved hjælp af en kondensator C2, der er en del af en afstemt kreds 5. Klokpulseme til styring af transponder-25 logikken udledes af transpondersløjfen 4 og ledes til en hukommelse 6 via et faseskiftnetværk 7. Hukommelsen 6 er en EEPROM (electronically erasable programmable read only memory: elektronisk sletbart, programmerbart læselager).

EEPROM'en er en 128 eller 256 bit seriel udlæsehukommelse, f t 30 men kan være af vilkårlig størrelse. Den er udstyret med tre hukommelsespositioner pr databit.

Som antydet ovenfor er en databitperiode sammensat af 2 perioder af Fc og 1 periode af Fc/2 og danner i alt 3 hele perioder for kredsløbet. I løbet af denne periode har inter- i 7 DK 170232 B1 rogatoren afsluttet 4 perioder af Fc. Som vist i fig. 2 omfatter et binært logisk '1' i denne udførelsesform 2 perioder af Fc efterfulgt af 1 periode af Fc/2, medens et binært logisk '0' omfatter 1 periode af Fc efterfulgt af 2 perioder 5 af Fc/2, dvs. den modsatte rækkefølge af et binært ' 1'.

Udgangssignalet fra hukommelsen 6 benyttes til styring af modulation af transponderkredsløbet. Modulatoren består af en effekt FET transistor TR og en kondensator C3, der er en del af den afstemte kreds 5. Omkoblingen af transistoren TR 10 styres af udgangssignalet fra hukommelsen 6. Når transistoren TR ikke er ledende, svinger kredsen 5 på resonansfrekvensen Fc og er alene afstemt af C2. Når transistoren TR leder, indkobles C3 parallelt med C2 og afstemmer kredsen 5 til Fc/2.

C3 er tilnærmelsesvis lig med 3 x C2. Klokpulskredsen sikrer, 15 at frekvensskiftet sker på den positive spids af kredsløbs-kurveformen, således som det fremgår af fig. 2. Dette gør transistoren TR i stand til at åbne eller lukke i et strømminimum og opretholde et fasekontinuerligt signal i kredsløbet. C3 har også en høj restladning, når transistoren TR 20 åbner. Denne ladning bevares, indtil den næste periode af

Fc/2 er påkrævet, når den står til rådighed til at fortsætte en jævn kurveform fra den afstemte kreds.

Modulatoren er bevidst konstrueret som et parallelt netværk til minimering af det tidsrum, inden for hvilket tran-25 sistorens indre resistans er indkoblet i kredsløbet. Herved minimeres kredsløbstabene.

Strømmen til forsyning af transponderkredsløbet 1 tilføres fra interrogatoren 2 og udtages fra et udtag 8 på ramme-eller sløjfeantennen 4, hvilket udtag er forbundet til et 30 strømudglatnings- eller stabiliseringskredsløb 9.

Et specielt træk ved den ovenfor beskrevne transponderkredsløbskonstruktion er brugen af en fasekoherent modulator.

Herved opnås et højt amplitudemodulationsniveau ved bærebølgefrekvensen Fc ved omdirigering af energi til en sekundær

Claims (3)

1. Transponderkredsløb til transmission af en kodet meddelel se til en interrogator (2), hvilket kredsløb omfatter: a) en antenne (4) til induktiv kobling med interrogatoren, hvor transponderkredsløbet forsynes med energi gennem den induktive kobling, og hvor transponderen transmitterer sin 10 kodede meddelelse til interrogatoren (2) gennem den induktive kobling, b) en første kondensator (C2) forbundet i kredsløb med antennen, hvorved der tilvejebringes et afstemt kredsløb (5), der er afstemt til en første frekvens (Fc), og 15 c) en fasekoherent frekvensmodulator, kendetegnet ved, at modulatoren omfatter: (i) en anden kondensator (C3), der kan forbindes ind i det afstemte kredsløb (5), hvorved det afstemte kredsløb genafstemmes til en anden, lavere frekvens (Fc/2), 20 (ii) omkoblingsorganer (TR) indrettet til periodisk at koble den anden kondensator (C3) ind i og ud af det afstemte kredsløb (5), (iii) en datahukommelse, hvis lagrede data udlæses i en forudbestemt tidsmæssig sekvens, når transponderkredsløbet 25 (1) har fået tilført energi, for at tilvejebringe en sekvens af styresignaler til omkoblingsorganerne (TR), hvorved den anden kondensator (C3) kobles ind i og ud af det afstemte kredsløb (5) ifølge en forudbestemt sekvens, hvorved en kodet meddelelse udlæses fra transponderkredsløbet (1), hvor hver 30 bit af meddelelsen udgøres af en forudbestemt kombination af perioder af den første og den anden frekvens (Fc, FC/2), og (iv) et klokpulskredsløb, der modtager energi gennem den induktive kobling, og hvis klokpulser styrer tidsfastsættelsen af de styresignaler, der udlæses fra hukommelsen (6), 35 hvorved omkoblingen mellem den første og den anden frekvens DK 170232 B1 (Fc, Fc/2) sker fasekoherent, og hvorved orakoblingen af den anden kondensator (C3) ind i og ud af det afstemte kredsløb sker ved maksimal spænding, hvorved energi lagres i den anden kondensator (C3), når denne er udkoblet af det afstemte 5 kredsløb, og frigøres, når den anden kondensator (C3) igen forbindes til det afstemte kredsløb (5).

2. Transponderkredsløb ifølge krav l, kendetegnet ved, at modulatoren er en binær fsk modulator.

3. Transponderkredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at modulatoren har et konstant (50%) forhold mellem markering og mellemrum, at de relative værdier af den første og den anden kondensator (C2, C3) er sådanne, at den første frekvens (Fc) er to gange den anden 15 frekvens (Fc/2), hvorved den kodede meddelelse er i binær form, idet hver bit af meddelelsen omfatter to perioder af den første frekvens (Fc) og én periode af den anden frekvens (Fc/2), og at hukommelsen (6) er indrettet til at styre omkoblingsorganerne (TR) således, at én bit i den binære kode 20 omfatter en periode af den anden frekvens efterfulgt af to perioder af den første frekvens, og den anden bit omfatter to perioder af den første frekvens efterfulgt af én periode af den anden frekvens.