[发明专利]一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，具体地，涉及一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线。

背景技术

八木天线是在上个世纪二十年代由日本的八木秀次等提出的。由于八木天线方向性好，增益高，经过近百年的发展，八木天线的技术已经较为成熟，尤其是在米波段的发展尤为成熟，但是由于八木天线的体积较大一般用于地面固定台的比较多。当然，在大型舰艇上也有应用，但一般都是以八木天线阵列的形式得到推广的。而近年来，国内国外对八木天线的小型化也有一些研究，采用密距原理，缩短八木天线的轴向距离；甚至也有一些人研究了准八木天线，这些都为八木天线的小型化做出了贡献。而要在移动体上用八木天线，一定要使其体积尽量减小，以便于能够方便的架设于机车顶部。儿八木天线设计的关键在于其振子个数、各个振子长度和振子间的距离的确定。这些是八木天线能不能达到所求的电气参数的关键。

现在铁路的通信系统有多种，例如GSM-R系统、450MHz无线列调以及800MHZ列尾和列车安全预警通信等。这些系统采用的天线也是有多种类型，单就列车移动台所采用的天线就有加顶圆盘天线、加罩加顶天线、加杆垂直接地振子天线以及在中国列车运行控制系统—3级的铁路线上采用的与多中天线公用的，适应高速列车的多频段天线等。这些天线由于通信系统的特性决定了其必须是水平全向天线，都是单鞭天线的变种或者改进形式。现在为铁路量身设计了一种全新的基于无基础设施的列车间直接通信系统，该系统要求其天线必须是定向天线，且要求此天线增益高，可靠性好，通信距离远等。

现有的铁路通信系统有多种，其所用的移动台通信天线也是有多种多样的。例如在原有的中国列车运行控制系统—2级线上用的加顶圆盘天线、加罩加顶天线、加杆垂直接地振子天线以及在中国列车运行控制系统—3级线上用的多频段天线。但是这些天线主要是用于移动台和固定台之间的通信。有的通信距离近，例如用于800MHz列尾和列车安全预警通信系统的天线，其通信距离也就是2-3km；有的天线的固定台架设极高，例如，用于中国列车运行控制系统—3级线上的多频段天线，这样最大限度的提高了天线的通信距离。且现有的通信系统都要求天线为水平全向通信。因此都选用的是全向天线。

现有的八木天线多种多样，传统的八木天线由一组半波振子构成，根据功能不同又把这些振子分为反射振子、有源振子和引向振子。一般情况下反射振子和有源振子各一根。其中反射振子略长于λ/2，而有缘阵子接近λ/2。有源振子通常采用直线振子，有时候为了提高天线的输入阻抗也会采用折合振子。引向振子的数量由增益和方向性系数决定，一般为6-12根不等。引向振子的设计有两种方案，一种方案是采用等长度的引向振子，这种方案设计加工比较简单，优化调整也比较容易，但是其频带较窄，不适合用于宽带通信。另一种引向振子的设计方案是采用不等长的半波振子组阵，这种天线相比于第一种方案虽然天线的频带变宽了，但是为天线的设计、优化和加工增加了难度，尤其是在设计优化的过程中，参数增加了数个，优化的难度徒增。这些传统的八木天线的设计方案虽然各项电气参数都可以达到通信的要求，但是天线轴向距离庞大。如图1所示，L_X表示的就是传统的八木天线的振子，此振子为半波直线振子。从左往右，依次为反向振子L₁、有源振子L₂和引向振子L₃-L₁₀。其中L₁略长于半波长，而引向振子L₃-L₁₀略短于半波长，S_X表示各个振子之间的间距，可以设计为等间距和不等间距两种。而S表示天线的轴向距离，其中1表示馈电点。此八木天线在150MHz的频率下的轴向距离为5m左右，显然其体积太庞大，在移动的列车上使用的话不容易实现。

除了传统意义上的八木天线，现阶段也有一些人在研究密距八木天线，且设计的方案多种多样。例如有分型密距八木天线、将半波振子变异为面状的密距八木天线等等。也有人设计了准八木天线，就是把八木天线设计为贴片形式的。