專利名稱：應(yīng)用于ctcs標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到鐵道機(jī)車安全設(shè)備的控制領(lǐng)域，特指一種應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng) 答器的天線裝置。
技術(shù)背景近年來，鐵道部門參照ERTMS/ETCS的要求正在制訂中國列車控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)(CTCS 標(biāo)準(zhǔn))，標(biāo)準(zhǔn)中將ATC系統(tǒng)分為5級，為了使乘務(wù)員的失誤減低到最小，除第0級外，所 有的CTCS級別都對應(yīng)答器提出了相應(yīng)的要求，比如在第1、 2級有"應(yīng)答器作為連續(xù)信 息的補(bǔ)充"，第3、 4級有"應(yīng)答器作為定標(biāo)設(shè)備"等，因此，在CTCS系統(tǒng)中，應(yīng)答器將 作為必配的設(shè)備，從而可使列車控制系統(tǒng)的自動化程度進(jìn)一步得到提高，也將使我國ATC 系統(tǒng)的研制水平向更高的層次邁進(jìn)，鐵路運輸?shù)陌踩缘玫礁辛Φ乇ＷC。點式應(yīng)答器天線裝置作為能量和信號無線傳輸?shù)难b置，在應(yīng)答器系統(tǒng)中起著重要作 用。但是由于現(xiàn)在普遍使用的天線并不包括功放模塊，功放模塊一般放置在點式應(yīng)答器 車載機(jī)箱中，這樣在天線與功放之間需要用電纜連接。為使天線能發(fā)射最大的功率，功 放模塊和天線間的阻抗匹配尤顯重要。這樣各廠家對電纜長度、走向和型號等參數(shù)就需 作出嚴(yán)格規(guī)定，降低了設(shè)備安裝和使用的靈活性。另外，由于27M功率載波功率較大， 天線接收到的FSK信號包含了很大的27M干擾，為保證信號有可容忍范圍內(nèi)的信噪比， 需要對信號進(jìn)行處理。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu) 簡單緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、提升了傳送精度、提高了CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器整體性能的應(yīng) 用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器 的天線裝置，其特征在于它包括27M天線單元、4M天線單元、放大濾波單元以及安裝 于天線殼體內(nèi)的功放單元，所述27M天線單元通過電纜與功放單元相連，4M天線單元通 過電纜與放大濾波單元相連，所述功放單元包括依次連接的信號源單元、 一級功放單元 和二級功放單元以及功率檢測單元，所述FSK放大濾波單元包括放大單元以及分別裝設(shè) 于放大單元輸入端和輸出端的第一低通濾波單元和第二低通濾波單元，信號源單元產(chǎn)生
的晶振信號依次經(jīng)一級功放單元和二級功放單元放大后由27M天線單元輸出，并通過功 率檢測單元產(chǎn)生功率檢測信號傳送給FSK放大濾波單元，與通過4M天線單元接收的FSK 信號疊加后輸出。所述一級功放單元包括依次相連的第一濾波單元、第一功放器件U9和第一變壓器 T3，第一濾波單元裝設(shè)于第一功放器件U9的輸入端，第一變壓器T3裝設(shè)于第一功放器 件U9的輸出端。所述二級功放單元包括依次相連的分壓單元、第二濾波單元、第二功放器件U12和 第二變壓器T4，第二功放器件U12通過第二濾波單元和分壓單元與一級功放單元相連， 第二功放器件U12通過第二變壓器T4與27M天線單元相連。所述4M天線單元包括平板線圈和帶通濾波匹配單元，用來濾除27M信號的干擾和實 現(xiàn)天線內(nèi)部匹配的帶通濾波匹配單元由電容C1、 C2、 C3和電感L1組成，4M天線單元的 信號輸出端設(shè)有第三變壓器Tl 。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、 本發(fā)明應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置將功放單元放在天線內(nèi)部，從功 放到天線板的電纜很短，在生產(chǎn)時就已經(jīng)裝配上電纜調(diào)整好與天線的匹配參數(shù)，應(yīng)答器 車載機(jī)箱對天線就只需要提供直流電源。然而現(xiàn)有產(chǎn)品把功放單元放置在應(yīng)答器車載機(jī) 箱內(nèi)部，為了使天線獲得最佳匹配效果，就要對電纜的長度、走向和型號做出嚴(yán)格的規(guī) 定。由于應(yīng)用現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，可能導(dǎo)致天線匹配不好，性能不穩(wěn)定。本發(fā)明大大降 低了對電纜和應(yīng)用環(huán)境的要求，增強(qiáng)了功放模塊的驅(qū)動能力和穩(wěn)定性；2、 本發(fā)明應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器把功率檢測信號疊加在FSK信號之上，供解調(diào)設(shè)備判斷功放工作和電纜連接是否正常，作為系統(tǒng)失效時發(fā)送報警信號的依據(jù)，增強(qiáng) 了安全性，這個功能是現(xiàn)有產(chǎn)品所不具備的。如果缺少了這個功能，可能系統(tǒng)故障、接 收不到應(yīng)答器信息時操作人員卻不知道，對行車安全造成影響；3、 本發(fā)明應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器采用高性能的信號濾波放大電路，增強(qiáng)了信 號信噪比，保證了信號的良好接收。


圖1是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中信號源單元的電路原理示意圖； 圖3是本發(fā)明中一級功放單元的電路原理示意圖； 圖4是本發(fā)明中二級功放單元的電路原理示意圖； 圖5是本發(fā)明中功率檢測單元的電路原理示意圖； 圖6是本發(fā)明中27M天線單元的電路原理示意圖； 圖7是本發(fā)明中4M天線單元的電路原理示意圖；圖8是本發(fā)明中第一低通濾波放大單元和第二低通濾波放大單元的電路原理示意圖。 圖例說明1、 27M天線單元 2、 4M天線單元3、功放單元 4、放大濾波單元5、信號源單元 6、 一級功放單元7、 二級功放單元 8、功率檢測單元41、放大單元 42、第一低通濾波單元43、第二低通濾波單元具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，它包括27M天線單元 1、 4M天線單元2、放大濾波單元4以及安裝于天線殼體內(nèi)的功放單元3， 27M天線單元 1通過電纜與功放單元3相連，4M天線單元2通過電纜與放大濾波單元4相連，所述功 放單元3包括依次連接的信號源單元5、一級功放單元6和二級功放單元7以及功率檢測 單元8，所述FSK放大濾波單元4包括放大單元41以及分別裝設(shè)于放大單元41輸入端和 輸出端的第一低通濾波單元42和第二低通濾波單元43，信號源單元5產(chǎn)生的晶振信號依 次經(jīng)一級功放單元6和二級功放單元7放大后由27M天線單元1輸出，并通過功率檢測 單元8產(chǎn)生功率檢測信號傳送給FSK放大濾波單元4，與通過4M天線單元2接收的FSK 信號疊加后輸出。其中， 一級功放單元6包括依次相連的輸入阻抗匹配單元、第一功放 器件和第一變壓器，輸入阻抗匹配單元裝設(shè)于第一功放器件的輸入端，第一變壓器裝設(shè) 于第一功放器件的輸出端。二級功放單元7包括依次相連的分壓單元、第二功放器件和 第二變壓器，第二功放器件通過第二濾波單元72和分壓單元71與一級功放單元6相連， 第二功放器件通過第二變壓器與27M天線單元1相連。4M天線單元2包括平板線圈和帶 通濾波匹配單元，用來濾除27M信號的干擾和實現(xiàn)天線內(nèi)部匹配的帶通濾波匹配單元由 電容和電感組成，4M天線單元2的信號輸出端設(shè)有第三變壓器。如圖2所示，本實施例中，信號源單元5主要由晶振U6組成，晶振U6的頻率為 27.095MHz，晶振U6的4腳為使能端，晶振U6的輸出經(jīng)過C49隔離直流電壓。
如圖3所示，本實施例中， 一級功放單元6主要由依次相連的輸入匹配單元、第一 功放器件U9和第一變壓器T3組成，功放偏置電壓為9V，第一功放器件U9采用芯片AH101 ， 第一功放器件U9的增益為13dB，能把從晶振U6輸入的信號由13dBm放大到26dBm。輸 入匹配單元由匹配電容C51和C52組成，使得晶振輸出匹配到50歐姆， 一級功放單元6 的信號輸出經(jīng)過第一變壓器T3，第一變壓器T3的變比為1 : 1，起到阻抗匹配的作用。如圖4所示，本實施例中，二級功放單元7由依次相連的分壓單元、第二功放器件 U12和第二變壓器T4組成，二級功放單元7用來將一級功放單元6輸出的信號功率進(jìn)一 步放大。分壓單元71由電阻R1、 R33和電位器R7組成，可調(diào)整信號偏置電壓，來調(diào)整 功放的增益。第二濾波單元72由電容C8、 C10、 C25、 C27以及電阻R20組成，用來濾除 偏置信號的噪聲。其中，第二功放器件U12采用芯片MRF171A，它的增益為17dB，把由 一級功放單元6輸入的晶振信號從26dBm放大到43dBm。如圖5所示，本實施例中，功率檢測單元8由功率檢測器件U3、光電隔離器件U4 以及電阻組成。其中，功率檢測器件U3選用LTC5532,功率載波信號經(jīng)過電阻R34、 R35 和R43的分功率，輸入功率檢測器件U3中。R36和R37設(shè)置芯片內(nèi)部放大器增益，增益 為1+R36/R37。當(dāng)輸入射頻信號功率大于門限值時，芯片Vout腳置高，通過R38使光電 隔離器件U4中發(fā)光二極管端導(dǎo)通，輸出5V"功率檢測正常"信號。由于這個信號將疊加 到FSK信號上，L3和C48使FSK信號對5V電源保持高阻，防止FSK信號竄到電源中。由以上可知，依次連接的信號源單元5、 一級功放單元6、 二級功放單元7以及功率 檢測單元8組成功放單元3，功放單元3裝設(shè)于天線內(nèi)部，在生產(chǎn)時調(diào)整好與天線的匹配 參數(shù)，應(yīng)答器車載機(jī)箱對天線就只需要提供直流電源，大大降低了對電纜長度、走向和 型號等參數(shù)的要求，同時也減少了功放射頻功率在電纜上的損耗，增強(qiáng)了功放模塊的驅(qū) 動能力。如圖6所示，本實施例中，27M天線單元1由平板線圈和匹配電容組成，27M天線 用來發(fā)射27. 095M功率載波。C1 C5均為匹配電容，匹配電容用來使天線達(dá)到最優(yōu)匹配， 即輸入端在27. 095M頻率上反射系數(shù)在較小的范圍內(nèi)，功放單元3輸出的絕大部分能量 能通過天線傳播，而不被端口反射回。如圖7所示，本實施例中，4M天線單元2由平板線圈和帶通濾波匹配單元組成，4M 天線單元2用來接收FSK信號。電容C1、 C2、 C3和電感L1構(gòu)成了帶通濾波匹配單元， 帶通濾波匹配單元一方面可以用來濾除27M信號的干擾，二方面實現(xiàn)了天線在4M頻段的 匹配。4M天線單元2的信號輸出端設(shè)有第三變壓器T1，第三變壓器T1為1: 4的變壓器，
用來實現(xiàn)信號放大和通帶變窄。如圖8所示，本實施例中，F(xiàn)SK放大濾波單元4包括放大單元41 (Ul)以及分別裝 設(shè)于放大單元41輸入端和輸出端的第一低通濾波單元42和第二低通濾波單元43，其中 放大單元41采用芯片AD8354, AD8354為全帶寬固定增益20dB、飽和輸出4dBm的低噪聲 放大器，這樣4M的FSK信號、27M功率載波干擾以及其他高頻干擾都得到放大，此時需 要對信號濾波。位于放大單元41輸入端的第一低通濾波單元42由電容C13、 C14、 C15 以及電感L1和L2組成，其對27M干擾的抑制達(dá)到-40dB;位于放大單元41輸出端的第 二低通濾波單元43參數(shù)與第一低通濾波單元42相同，第二低通濾波單元43由電容C8、 CIO、 Cll以及電感L3和L4組成，這樣兩級濾波對27M信號達(dá)到80dB的衰減，大大提高 了信噪比。在本實施例中，電容C17、 C6和和電感L9用來對饋電回路進(jìn)行濾波，減小噪 聲，位于FSK放大濾波單元4輸出端的電容C4對信號隔直，并把功率檢測信號疊加在FSK 信號之上，CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的處理單元可以通過低通濾波得到功率檢測信號，用來 判斷功放單元3的工作和電纜連接是否正常。
權(quán)利要求
1、 一種應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，其特征在于它包括27M天線單 元(1)、 4M天線單元(2)、放大濾波單元(4)以及安裝于天線殼體內(nèi)的功放單元(3)， 所述27M天線單元(1)通過電纜與功放單元(3)相連，4M天線單元(2)通過電纜與放 大濾波單元(4)相連，所述功放單元(3)包括依次連接的信號源單元(5)、 一級功放 單元(6)和二級功放單元(7)以及功率檢測單元(8)，所述FSK放大濾波單元(4)包 括放大單元(41)以及分別裝設(shè)于放大單元(41)輸入端和輸出端的第一低通濾波單元(42)和第二低通濾波單元(43)，信號源單元(5)產(chǎn)生的晶振信號依次經(jīng)一級功放單 元(6)和二級功放單元(7)放大后由27M天線單元(1)輸出，并通過功率檢測單元(8) 產(chǎn)生功率檢測信號傳送給FSK放大濾波單元(4)，與通過4M天線單元(2)接收的FSK 信號疊加后輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，其特征在于 所述一級功放單元(6)包括依次相連的輸入阻抗匹配單元、第一功放器件(U9)和第一 變壓器(T3)，輸入阻抗匹配單元裝設(shè)于第一功放器件(U9)的輸入端，第一變壓器(T3) 裝設(shè)于第一功放器件(U9)的輸出端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，其特征在 于所述二級功放單元(7)包括依次相連的分壓單元、第二功放器件(U12)和第二變 壓器(T4)，第二功放器件(U12)通過第二濾波單元(72)和分壓單元(71)與一級功 放單元(6)相連，第二功放器件(U12)通過第二變壓器(T4)與27M天線單元(1)相 連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，其特征在 于所述4M天線單元(2)包括平板線圈和帶通濾波匹配單元，用來濾除27M信號的干 擾和實現(xiàn)天線內(nèi)部匹配的帶通濾波匹配單元由電容(Cl、 C2、 C3)和電感(Ll)組成，4M 天線單元(2)的信號輸出端設(shè)有第三變壓器(Tl)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，其特征在于 所述4M天線單元(2)包括平板線圈和帶通濾波匹配單元，用來濾除27M信號的干擾和 實現(xiàn)天線內(nèi)部匹配的帶通濾波匹配單元由電容(Cl、 C2、 C3)和電感(Ll)組成，4M 天線單元(2)的信號輸出端設(shè)有第三變壓器(Tl)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的天線裝置，它的27M天線單元通過電纜與功放單元相連，4M天線單元通過電纜與放大濾波單元相連，安裝于天線殼體內(nèi)的功放單元包括依次連接的信號源單元、一級功放單元和二級功放單元以及功率檢測單元，F(xiàn)SK放大濾波單元包括放大單元以及分別裝設(shè)于放大單元輸入端和輸出端的第一低通濾波單元和第二低通濾波單元，信號源單元產(chǎn)生的晶振信號依次經(jīng)一級功放單元和二級功放單元放大后由27M天線單元輸出，并通過功率檢測單元產(chǎn)生功率檢測信號傳送給FSK放大濾波單元，與通過4M天線單元接收的FSK信號疊加后輸出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、傳送精度高等優(yōu)點，從而提高了CTCS標(biāo)準(zhǔn)點式應(yīng)答器的整體性能。
文檔編號H04B1/06GK101123447SQ20071003568
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者穎 任, 呂浩炯, 戴毅欣, 田立新 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司