专利名称：地下通道通信方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信领域内的地下通道通信方法及设备，特别适合于铁路隧道、公路隧道、地下铁路及矿中坑道内等场合作远距离地下通道通信的方法及设备。
目前地下通道内的通信，包括铁路隧道、公路隧道、地下铁路及矿中坑道内等场合的通信手段主要采用漏泄同轴通信，这种通信方法及设备其主要缺点是投资大，每公里直接投资约13万元，加上为适应漏泄同轴而更换通信设备的投资就更大，同时维修困难，这些地下通信场合大多是煤、烟尘多，漏泄同轴表面需要经常清除脏污，因此给应用维护带来较大困难和不便。
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种生产制作简单、成本低廉、安装维修方便、性能可靠的适于地下通道内作远距离通信的地下通道通信方法及设备。
本发明的目的是以下述方式完成的实现地下通道通信方法是在地下通道内设置两个端站1和若干个中继2方法进行与地下通道内移动目标(或固定目标)的收发信机3之间的通信传输，该方法端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间用有线电缆串接，有线传输带有话音的中频信号与工作状态控制信号合一的通信信号，端站1或中继站2与移动目标(或固定目标)的收发信机3之间以无线方式传输收发通信信号。
实现地下通道通信的设备它的各端站1或中继站2由功率分配器4、收发开关5、收信机6、发信机7、监视器8、控制器9、电源10、天线11组成。控制器9由限幅放大器12、隔离衰减器13、检波器14、18、19、电子开关15、16、17、20构成。收信机6的话音信号、中频信号输出端2分别与控制器9的限幅放大器12入端、电子开关15入端连接，限幅放大器12串接隔离衰减器13、检波器14后与电子开关15另入端连接，电子开关15中频信号输出端分别与电子开关16、检波器18入端连接，检波器18输出端分别与电子开关16、17入端连接，电子开关16出端、17入端与控制器9的中频信号输入输出A端连接，A端通过电缆与下级端站1或中继站2对应的控制器9的中频信号输入输出A端连接。电子开关17输出端分别与检波器19入端、发信机7中频信号入端2连接，检波器19输出端与收发开关5入端、电子开关20入端连接，电子开关20另一入端与电源10出端连接、其出端分别与收信机6、发信机7电源切换控制端连接。并且收信机6的信号入端1、发信机7的信号出端1分别与收发开关5的输出端1、输入端2连接，收信机6、发信机7的监测信号端3分别与监视器8入端1、2连接，收发开关5的输入端3、输出端4通过功率分配器4与天线11连接。
本发明的端站1的天线11为单个单元天线、中继站2的天线11由若干个单元天线组成天线阵，并在地下通道内天线11以垂直极化方式激励传输TEOI和一组TMm、n模的混合波形(及EM波)的波方法无线传输收发通信信号，这种波类是TEM波，但不完全相同。
本发明相比现有技术有如下优点1、用本发明地下通道通信方法及设备实施的地下通道内的通信每公里投资只需6万元左右，并没有简接投资，因此成本低廉，大大低于现有漏泄同轴通信投资。
2、本发明地下通道通信设备安装简单，维修容易，不需做表面清理工作，可大大减轻维护工作量。
3、根据不同地下通道的长度可任意设置若干个中继站2，实现地下通道内的远距离通信。端站1与中继站2具有互换性，通用性，因此生产制作简单。
4、本发明性能可靠，经在1040米地下隧道内试用，通信效果良好，场强测量及列车运行通信试验均满足地下通道通信要求，具有推广应用价值。
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1理本发明通信原理及安装示意图。
图2是本发明端站1或中继站2的原理方框图。
图3是本发明控制器9的原理方框图。
参照图1、图2、图3，本发明地下通道通信方法是在地下通道内设置两个端站1和若干个中继站2的方法进行地下通道内通信传输，实施例两个端站1设置在地下通道的出口处，在1040米长的地下通道(隧道)内设置2个中继站2，在地下通道口外的地面上各设置地面中继站21，以实现地面中继站21与地下通道内的移动(或固定)目标的收发信机3的通信传输。其中端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间用有线电缆串接，传输带有话音的中频信号与工作状态控制信号合一的通信信号，端站1及中继站2与移动(或固定)目标的收发信机3之间以无线方式传输收发通信信号。其工作原理如下，若地面中继站21要与隧道(或坑道等)内的移动(或固定)目标的收发信机3通话，如果没有中继站2，那么通信信号在隧道(或坑道等)内工作频率为150MHZ时只能传输距离100米，450MHZ时只能传输距离300米，当隧道较长就无法实现通信，采用本发明中继站2后，就能实现隧道内远距离通信。当地面中继站21向隧道内移动(或固定)目标的收发信机3发信号时，首先端站1的天线11收到地面中继站21的无线信号，端站1立即向若干个由有线电缆串接的中继站2经有线电缆传输带有话音的中频信号及工作状态控制信号，在此有线信号的控制下，各端站1及各中继站2全处于置发状态，其发出的无线信号被移动(或固定)目标收发信机3所接收，完成地下通道的通信。实施例移动或固定目标收发信机3如在列车上安装收发信机3。反之，地下通道内移动目标或固定目标的收发信机3要与地面中继站21通信，其发出的无线信号被它就近的端站1或中继站2接收，然后该站接收信号后通过串接的有线电缆向其它各端站1或中继站2传输带有话音的中频信号与工作状态控制信号，各端站1或中继站2接收到该信号后立即置发，地面中继站21便收到移动或固定目标的收发信机3的通信信号，从而完成地下通道内与地面的双向通信。本发明实施例端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间用一根电缆串接传输带有话音的中频信号与工作状态控制信号合一的通信信号。
本发明端站1的天线11为单个单元天线，中继站2的天线11由若干个单元天线组成天线阵，并天线11以垂直极化方式激励传输TEOI和一组TMm、n模的混合波形(即EM波)的波方法传输收发通信信号，这种EM波类似TEM波，但不完全相同。众所周知，地下通道内传输信号时，地下通道似一个波导，固有电磁波信号传输损耗很大，如工作频率150MHZ信号，传输距离约100米，因此地下通道内无法实施长距离通信，本发明的通信设备是考虑地下通道的几何尺寸、表面粗糙、壁的倾斜度、折射损耗、驻波安全裕量、天线耦合系数等因素设置中继站2数量及中继站2的天线阵的单元天线11的数量以及它们的设置位置，实现在地下通道内的长距离通信，实施例单个天线11采用振子天线。本发明实施例在1040米的隧道中设置2个中继站2，每个中继站2的天线阵由4个单元天线组成，其天线阵作用是扩大中继站2的无线作用区域。
本发明的设备各端站1或中继站2由功率分配器4、收发开关5、收信机6、发信机7、监视器8、控制器9、电源10、天线11组成，各端站1或中继站2除天线11设置数量不同外，其余组成部件相同，具有互换性、通用性、因此生产制作简单。其中控制器9由限幅放大器12、隔离衰减器13、检波器14、18、19、电子开关15、16、17、20构成，本发明控制器9可实现以下自动控制1、天线11的收发状态转换控制;
2、电源10的收发切换控制;
3、带有话音的中频信号的收发输入输出控制;
4、收信机6中频信号输出控制。
限幅放大器12其作用对收信机6输入的话音信号进行放大和限幅，满足信号幅度要求，隔离衰减器13其作用防止前级放大与后级检波产生互相干扰，并输出规定检波幅度，实施例是用普通电子线路原理自行设计而成。检波器14、18、19其作用是把话音讯号或中频信号变成直流信号，触发电子开关15、16、17、20导通或截止，实施例检波器均采用晶体二极管作检波器。电子开关15、16、17、20其作用在导通或截止时，输出各种工作状态控制信号，完成本发明工作状态自动控制作用。电子开关均采用晶体三极管作导通或截止完成开关作用。控制器9作用原理如下收信机6输入话音信号给检波器14检波后输出直流信号，控制触发电子开关15，达到收信机6中频信号输出控制。中频信号经检波器18检波后输出直流信号同时控制触发电子开关16、17，达到带有话音的中频信号的收发输入输出控制。带有话音的中频信号一路经检波器19检波后输出直流信号控制收发开关5，收发开关5由继电器控制电路达到天线11的收发状态转换控制，另一路直接送发信机7发送。检波器19检波后输出直流信号，同时也控制电子开关20，达到电源10的收发切换控制，使收信机6发状态断电，收状态通电，则发信机7发状态通电，收状态断电。电源10输出正12伏特电压，控制器9的中频信号输入输出A端实施例采用二通电缆插座，用一根电缆进行端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间有线电缆串接，传输通信信号。
本发明收信机6作接收通信信号，发信机7作发送通信信号，实施例收信机6、发信机7均采用上海航运电子设备厂生产的DB-4型收发信机的电路，工作频率为151MHZ。监视器8其作用对收信机6、发信机7工作状态进行监视，本发明实施例采用自行设计的检波器达到对其工作状态进行监测。收发开关5作用实现本发明端站1或中继站2接收信号、发送信号的交替工作，实施例采用市售的JR7-M型继电器作控制收发开关工作。功率分配器4其作用在置发时，把发信机7输出功率分配给各天线11，在接收时，把天线11接收的信号相加后送给收信机6，实施例采用自行设计的功率分配器制作而成。移动目标或固定目标的收发信机3由用户自行配置，只要与本发明设备工作频率相同即可进行地下通道内的远距离通信传输。
本发明单个端站1或中继站2的安装结构如下收信机6、发信机7、电源10、以及控制器9和监视器8、收发开关5、功率分配器4分别安装在4个插件内，插件内部各自的电路元器件用印刷板装配，便于装配和维护，插件的尺寸大小为高500毫米、宽80毫米、深200毫米，4个插件安装在高600毫米、宽500毫米、深210毫米的机箱内，机箱的侧板上安装有与功率分配器4相连的天线11的天线插座和中频信号输入输出的二通电缆插座A，机箱后盖板上加工有安装孔，可以把本发明设备直接安装在地下通道的壁上，天线11直接安装在地下通道内，天线11与天线插座之间用电缆连接，端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间中频信号输入输出二通电缆插座A之间用电缆串接，即可进行地下通道内的通信传输。
权利要求
1.一种地下通道通信方法及设备，其特征在于地下通道通信方法在地下通道内设置两个端站1和若干个中继站2的方法进行与地下通道内移动目标(或固定目标)的收发信机3之间的通信传输，该方法端站1与中继站2、中继站2与中继站2之间用有线电缆串接，有线传输带有话音的中频信号与工作状态控制信号合一的通信信号，端站1或中继站2与移动目标(或固定目标)的收发信机3之间以无线方式传输收发通信信号。
2.根据权利要求1所述的地下通道通信方法及设备，各端站1或中继站2由功率分配器4、收发开关5、收信机6、发信机7、监视器8、电源10、天线11组成，其特征在于还有控制器9组成，其中控制器9由限幅放大器12、隔离衰减器13、检波器14、18、19、电子开关15、16、17、20构成，收信机6的话音信号、中频信号输出端2分别与控制器9的限幅放大器12入端、电子开关15入端连接，限幅放大器12串接隔离衰减器13、检波器14后与电子开关15另入端连接，电子开关15中频信号输出端分别与电子开关16、检波器18入端连接，检波器18输出端分别与电子开关16、17入端连接，电子开关16出端、17入端与控制器9的中频信号输入输出A端连接，A端通过电缆与下级端站1或中继站2对应的控制器9的中频信号输入输出A端连接，电子开关17输出端分别与检波器19入端、发信机7中频信号入端2连接，检波器19输出端与收发开关5入端、电子开关20入端连接，电子开关20另一入端与电源10出端连接、其出端分别与收信机6、发信机7电源切换控制端连接;并且收信机6的信号入端1、发信机7的信号出端1分别与收发开关5的输出端1、输入端2连接，收信机6、发信机7的监测信号端3分别与监视器8入端1、2连接，收发开关5的输入端3、输出端4通过功率分配器4与天线11连接。
3.根据权利要求1或2所述的地下通道通信方法及设备，其特征在于端站1的天线11为单个单元天线、中继站2的天线11由若干个单元天线组成天线阵，并在地下通道内天线11以垂直极化方式激励传输TEOI和一组TMm、n模的混合波形(即EM波)的波方法无线传输收发通信信号。
全文摘要
本发明公开了一种地下通道通信方法及设备，在地下通道内设置两个端站和若干个中继站，端站或中继站之间用有线串接传输中频和控制信号合一的通信信号，端站或中继站与动目标之间以无线方式传输通信信号。本发明端站或中继站由收发信机、控制器、天线等部分组成，端站与中继具有互换通用性，生产制作简单，同时还具有成本低廉，安装维护方便，性能可靠特点，便于推广应用，适于地下隧道、坑道、地铁等场合作长距离地下通信传输。
文档编号H04B3/60GK1053982SQ9110049
公开日1991年8月21日 申请日期1991年1月24日 优先权日1991年1月24日
发明者吴蔚英, 康益谦, 冯锡生, 毛力田, 刘永森, 张光良, 于春来, 周文甫 申请人:机械电子工业部石家庄第五十四研究所