一种用于轨道交通列车多种检测方式的复合天线

摘要

本发明公开了一种用于轨道交通列车多种检测方式的复合天线，其包括腔壳、信标天线、环线天线和抗干扰层。信标天线包括上层辐射体和下层辐射体，下层辐射体是长方形，其面积是菱形下层辐射体面积的2‑4倍。环线天线具有线圈，该线圈在基板上的投影的中心位置处设置有抗干扰层，该抗干扰层由氧化锌和氧化铝组成。本发明的复合天线结构简单牢固，抗干扰性能好，可以有效降低成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，特别涉及一种用于轨道交通列车的复合天线。

背景技术

在轨道交通的基于通信的列车控制系统（CBTC）中，常用的定位方法有两种。一种是目前主流的信标定位方法，该方法是，在轨道的地面上每隔一段距离设置一个信标，使用车载信标天线读取地面上的电子标签，通过电子标签中所记载的位置信息来确定出列车所到达位置。另一种为环线通讯定位方法，该方法是在地面上铺设交叉感应环线，使用环线天线来读取列车所在位置，同时车载设备也可以和轨旁设备进行通讯。交叉感应环线既能满足双向通信的要求，也能满足列车定位的要求，对轮轨铁路来说弥补了数字轨道电路不能传输车对地信息的不足。

上述两种定位方式，各有所长，信标定位法的电子标签不需要外界供电，仅靠车载信标天线提供的辐射能量就能进行充电并发出信号，成本相对较低。环线通讯定位法可以实现车地设备的交互，并且在定位精度上能够有一个巨大的提升。但是这两种定位方法也有各自的短板，使用电子标签定位，在定位精度和与轨旁设备交互能力上还有一些缺陷。使用感应环线定位，需要在环线旁设立机柜，对环线进行供电及信号操作。

结合两者的优点，对车载控制系统进行优化是发展方向。在车站附近使用环线定位法来进行精确的定位和操作轨旁设备；在远离车站处使用信标定位法，可进行粗略的列车定位。因此，在感应交叉环线上同时设置电子标签，则可以利用这两种定位方式的优点，同时也能防止其中一种方式失效时无法定位的事故。然而电子标签在安装时，需要在标签的底部安装金属垫片，以增强电子标签所能够接收与发送的能量。但是环线在底部有金属的环境下，会对信号有所干扰。而且在列车车辆的转向架的有限位置上安装两个天线，则会使天线体积减小，降低了灵敏度。

发明内容

针对上述所涉及的问题，本发明提出一种用于轨道交通列车多种检测方式的复合天线。该复合天线大大减小了天线体积，同时也能有效地降低信号干扰，提高了灵敏度。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于轨道交通列车多种检测方式的复合天线，该复合天线为长方形，其包括腔壳、信标天线、环线天线和抗干扰层，腔壳由基板和天线罩组成，基板包括底板和设置在底板上的反射板，信标天线设置在天线长度方向上的基板中段，信标天线具有第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元和第二辐射单元悬空设置在基板的上方，第一辐射单元包括第一上层辐射体和第一下层辐射体，第二辐射单元包括第二上层辐射体和第二下层辐射体，第一上层辐射体和第二上层辐射体是菱形且面积相等，第一下层辐射体和第二下层辐射体是长方形且面积相等，第一上层辐射体的面积与第一下层辐射体的面积比为1：2～1：4，第一下层辐射体和第二下层辐射体通过金属带连接，在基板的下部设有同轴电缆，同轴电缆一端的屏蔽层和反射板连接，同轴电缆的内芯穿过基板后连接到第二辐射单元的第二下层辐射体上，在第一上层辐射体和第一下层辐射体的中心位置处用螺钉使第一上层辐射体和第一下层辐射体与反射板连接，在第二上层辐射体和第二下层辐射体的中心位置处用螺钉使第二上层辐射体和第二下层辐射体与反射板连接，环线天线包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈分别悬空设置在天线长度方向上的基板的两端，第一线圈和第二线圈与地面环线相对以接收感应信号，抗干扰层设置在基板上的第一线圈和第二线圈在基板投影的中心的位置，抗干扰层设置在反射板上且由氧化锌和氧化铝组成，氧化锌和氧化铝的重量比是1：1～1：2。

本发明的研究人员在研究中发现，信标天线包括两个辐射单元，每个辐射单元都具有相互平行的两层辐射体，其中上层辐射体都是菱形，下层辐射体都是长方形，上层辐射体的面积与下层辐射体的面积比为1：2～1：4，则可以有效的降低轨道地面上金属垫片对环线信号的干扰。研究人员在实验中发现，如果将上层辐射体和下层辐射体都设置为长方形其余条件不变，或者将上层辐射体和下层辐射体的面积设置为相等其余条件不变，则金属垫片对环线信号的干扰仍然比较大。这可能是处于平行的不同层面的不同形状的辐射体，在不同面积下对金属垫片产生了“相互干扰”作用，使得金属垫片对环线信号的干扰减弱。

本发明的研究人员在研究中还发现，在环线天线的线圈的中央位置设置氧化锌和氧化铝的涂层，可以有效地减小金属垫片对环线信号的干扰，而且氧化锌和所述氧化铝的重量比在1：1～1：2之间可以使得干扰减小很多。研究人员在实验中发现，单独地使用氧化锌或氧化铝并不能起到减小干扰的作用，这可能是因为氧化锌和氧化铝产生了协同作用，将金属垫片产生的干扰吸收了。

优选地，螺钉的外层套有隔离拄，隔离柱将第一辐射单元和第二辐射单元悬空设置在基板的上方。

优选地，第一线圈和第二线圈感应对应的地面感应环线的磁场并通过线圈电缆分别输出感应电压至列车上的控制单元。

优选地，第一线圈和第二线圈感应大小相同。

优选地，天线罩采用玻璃钢材质。

本发明具有以下优点：

1、本发明的复合天线是多功能天线，可替换原有的信标天线和环线天线，并减小了天线体积。

2、本发明的复合天线能够接收更加准确的信号，抗干扰性能好。

3、本发明的复合天线结构简单牢固，能有效降低成本。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的复合天线的结构示意图。

图2是图1的复合天线去掉天线罩的俯视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

如图1所示，本发明的复合天线为长方形，其包括腔壳、信标天线4、环线天线和抗干扰层18。腔壳由基板和天线罩3组成。基板包括底板1和设置在底板上的金属材质的反射板2。天线罩3可以玻璃钢材质制成，可对整个天线实施良好密封并防止湿气进入，以适应列车在恶劣的天气中运行，提高天线的稳定性，延长其工作寿命。

信标天线4设置在天线长度方向上的基板中段，并且由隔离柱14支撑悬空设置在反射板2的上方。信标天线4具有第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元和第二辐射单元悬空设置在基板的反射板2的上方。第一辐射单元包括第一上层辐射体5和第一下层辐射体6，第一上层辐射体5设置在第一下层辐射体6的上方且两者相互平行。第二辐射单元包括第二上层辐射体7和第二下层辐射体8，第二上层辐射体7设置在第二下层辐射体8的上方且两者相互平行。第一上层辐射体5和第二上层辐射体7是菱形且面积相等，第一下层辐射体6和第二下层辐射体8是长方形且面积相等。第一上层辐射体5的面积与第一下层辐射体6的面积比为1：2～1：4。第一下层辐射体6和第二下层辐射体8通过金属带9连接，以保证第一下层辐射体6和第二下层辐射体8等幅同相馈电。在基板的下部设有同轴电缆10。同轴电缆10一端的屏蔽层11和反射板2连接，同轴电缆10的内芯12非接触地穿过底板1和反射板2后连接到第二辐射单元的第二下层辐射体8上。在第一上层辐射体5和第一下层辐射体6的中心位置处用螺钉13使第一上层辐射体5和第一下层辐射体6与反射板2电性连接，起到直流接地的作用，以避免列车在室外时遭遇雷击而被破坏。同样地，在第二上层辐射体7和第二下层辐射体8的中心位置处用螺钉13使第二上层辐射体7和第二下层辐射体8与反射板2连接。低损耗的隔离柱套设在螺钉的外部，其直径较大，起到稳定两个辐射单元的结构稳定性作用。本发明的辐射体采用金属材质。

环线天线包括第一线圈15和第二线圈16，第一线圈15和第二线圈16分别悬空设置在天线长度方向上的基板的两端，第一线圈15和第二线圈16与地面环线相对以接收感应信号，抗干扰层18设置在基板上的第一线圈15和第二线圈16在基板投影的中心的位置，抗干扰层18设置在反射板2上且由氧化锌和氧化铝组成，氧化锌和氧化铝的重量比是1：1～1：2。另外，在螺钉13的外层套有低损耗的隔离拄14。第一线圈15和第二线圈16分别由介质支撑柱17支撑，并悬空设置于基板的反射板2的上方。第一线圈15和第二线圈16感应对应地面感应环线(未示出)的磁场并通过线圈电缆(未示出)分别输出感应电压至控制单元(未示出)。

列车上还设有信号处理电路，其对第一线圈和第二线圈的感应电压进行比例放大、带通滤波及检波后输出至控制单元。控制单元根据第一线圈的感应电压与第二线圈的感应电压之间的比值输出列车的位置信号。

从图2可知，信标天线4设置在基板的中部，环线天线的第一线圈15和第二线圈16分别设置在基板的两端。直径较大的隔离柱14将信标天线的上层辐射体5、7和下层辐射体6、8固定住，并使之悬空设置在基板的上方。上层辐射体5、6是菱形。下层辐射体是6、8长方形，其面积是上层辐射体5、6的2倍。在研究中发现，上层辐射体和下层辐射体分别采用不同形状，且下层辐射体的面积是上层辐射体的面积的2~4倍，则可以有效地减小感应环线由于电子标签下金属垫片而生成的干扰。下层辐射体6、8之间通过金属带9进行连接。实际制造过程中，金属带9可与下层辐射体6、8一次性切割加工，一体生成。抗干扰层18分别设置在第一线圈15和第二线圈16在反射板2的投影的中心位置，其由氧化锌和氧化铝组成，其中氧化锌和氧化铝的重量比是1：1～1：2。抗干扰层可以预先制备，通过贴片粘合在反射板2上，也可以通过气相沉积、蒸镀、涂覆等工艺设置在反射板2上。在研究中发现，在线圈下方的反射板上设置由氧化锌和氧化铝组成的涂层，可以有效地降低感应环线因为电子标签的金属垫片而产生的干扰。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。