专利名称：无线通信装置的制作方法
无线通信装置鉢领域本发明涉及用于无线通信的装置，其具有连续旨结构、定向天线和用于 在该 结构和该定向天银之间转换能量的装置。
背景技术：
为了##地面控制点和火车之间的连续无^^,在某个引导城市交if^中使用了这种连续辐射结构——例如在文献FR2608U9中描述的那样，其尽可 能不受与斩道环嫂(特别是在败逸中)相关的特殊传M件的影响。它的功能 非常不同于传统^的功能，因为它允"i情过制it^波导上的缝隙连续网珊 在该辐射结构内部传播的无线频率能量的一小部分阵出到非常接近于(区区几 狄)沿^ii行驶的火车的天线处，而几乎完全不受当地的传###的影响。 这种结构类型由于它典型地沿着几百米的长^4伸而被称为"连续的"。因此已知的连续織结构有^tA了被称为"一维空间"的区域，絲无 线频率能量集中于非常接近轨道的范围内，且沿着后者的长^1伸。然而，该 结构不f沐^^盖例如在火车站、车库区域或车间内的大的空间。在这种情 况下需要以平行波导网络的形式，以规律的间隔iM波导，这在经济上证明是 不现实的。但车站、车库或车间的无线atA必要的或者甚至A^关重要的。然而这些区域证明很少限制于无线传播，JU、，可以通过自由的无线传播， 即，釆用以沿着^ii每几百米的间l^i理的离散的定向^^皮有^k^' 一种在复杂的无 盖区域中采用不受这些传播环境的限制的连续^#^体，且 在较简单的无线覆盖区域中采用分离天线的混合方案被证明是一种有效的组 合。为了适应这些限制，扭行如图1所示的i^技术方案在连续，结构1 (a里是波导)的末端3留有重大的无线频率能量，这是因为与传播和来自 波导的絲沐关的衰减小于每千米20dB,还因为通常使用的波导^JL被限制到 几百米，也^i通常在引导城市交通系统中建立中间站的距离。这些能量由波导/同轴转换器4提取，通过同轴电缆5传输，然后供应给定向天线6，例如八木型賴，经由在^fe^的空间中的自由传播提供无^tA，如果需要的话， 由^i^JL间隔设置的M类似的A^来接替。然而，这样的方案存在几樣存、由于波导/同轴转换^f吏得^Nl对昂贵； 由于;f^寻不增加到要M的每个空间中的电缆5和走向天线6，使得其难于实 现，且当微波信号经过转换器和同轴电缆5向定向A^ 6传输时，在波导末端 可得到的微波信号急iWJ:减。itb^卜，信号传输中的突变会在其通&皮导和定 向天g间Bt^皮记录下来。目前没有已知的优选的方案可以将A^型定向天线才棘与连续辐射结构技术结合以减小特别是信号衰减的问题。方向性开槽波导天^Ai^技术中已知的。这种类型的常M^it常高高 ^^X在塔上以具有好的无线间隙，特别是为向着移动单元的通信清空了笫一菲涅尔区域。这种类型的^a预^:向iife^并对由发射才;ut信的所有能量具 有最小的拥塞。典型地，依期望来自这种AM的增益而定，其沿传播轴延伸的^iiA寸不会超ii^个波长，即在2.5GHz时^iiA寸小于l米。在M波长的尺寸以外，这种天线的增益和其方向性将不再M地增加，并且由于这棒乜不 再实用。然而，不可能使用例如同一截面的波导将这样的方向性波导天线直接与具 有波导的连续辐射结构相结合，因为从由连续辐射结构辐射的减小能量的信号到同样的但由于该定向天线强烈的4^辐射而具有更大能量(典型地大于60分贝)的信号的突然转换，会"淹没掉"突然移动通奴向^部分的絲区域的 火车天线。因为这样的转^1在非常有限的距离，不到一米(定向戏的狄)， 内完成的，JJt样的转换也受到火车狄的影响，所以火车或地面无线装置可肯fe会失去它们的同步，且因此它们将临时处于不能再有^it行^U匕间通信的 状态。发明内容本发明的通信装置目的在于通过提出一个经济、有效、制作简单易于实现的方案来解决用于传^^x^目不同的几个区域的无g蓋的装置的问题。才 ;^发明，上面4C到的类型的通信装置^:这才羊的 <吏纟寻#"^置和定向
天线分别由絲结构的第二和第三部純成。本发明的通信装置^Rr有下面特征中的一个-蹄结构的第二部分包括第4隙系列，其主要^l在第二部分的"Jt^ 向it^^^伸，辐射结构的笫三部分包括第三同样的缝隙系列，其主要"j^l接 近但小于在波导中传播的信号的半波长；-,结构的第一、第二和第三部分是邻近的JLil;续的；-在两个连续的缝隙间的间隔沿着辐射结构的三个部分的长度方向是恒定 Jbf目同的；一第二部分的^1# i到20米的范围内； -第三缝隙系列包括多达IO个缝隙；-第三缝隙系列由第^隙系列与反向的同一缝隙系列的连接形成，其主要 ^JL从传掩f言号的半波"^iW减小到比传桥ft号的波长小很多的尺寸。
^^发明的，目的、特4i^优点掩逸过阅读该通信装置的M实施方式的结合附图的描迷而变得清楚，其中-图1是经由沿^iiM的连续^f^体然后经由现有技术的定向^的自 由传播的无线通信装置的示意图，-图2是根提第一实施例的经由沿執道^JL的^^体然后经由自由传播的 无线通信^置的示意图，-图3是根據第二实施例的经由沿辆道^1的^J^体，允i^面列车连接 的范围局部地增加的无线通信装置的示意图。M实施方式图1是经由沿MM的连续W^体然后经由定向^的自由传播的无 线通信装置的示意图，如上所述。图2是根據第一实施例的无线通信装置10的示意图。该通信装置10包括 由具有长方形横截面的波导形成絲结构，其具有三部分絲结构a, b， c，分 别被缝隙12， 14， 16穿透。该通信装置10 ;^J^地面上的某一高度，或者必 要的话，安^^il拱顶。该第一,部分a在火车移动的区域内延伸，M
几百米的距离。第二和第三部分b和c在允许，能量i^增加的区域内延伸， 泉盖与火车和地面无线装置的能力相g的几米长的距离以经受A4t信号的突 然变化，并"结构10(车站，车间，车库或由连续辐射结构和分立天线的混 合无^MJ的^^端后，也允iff言号絲的方向性向着采用自由传播絲 的区^A。部分c特别地能够使用并向要覆盖的空间辐射在结构末端的所有 剩余能量。通信装置10 ^/f亍两个功能第一个功能由连续絲结构的第-^P刺橫， 使其可在空间的一维方向上与在该结构上方且邻近行驶的火车的天线进行通 信。第二个功能由第三部分c、定向狄##，使其可与安^i^离该通信装置 10末端、例如^JE^离开部分c的火车上的^jfc空间内经由自由传播进^it 信。中间的,结构b使得能够从一个功肯^莫ig^fJL^^k^到到另一个功 育M莫式，允许M续,结构a和定向天线c之间的无线频率能量的转换。在第一部分a中的缝隙12沿波导纵向方向才躺iOJL它们的主^lH^ 波导中传播的微波信号的波长小很多。该主要"j^^被理解为在横向方向上(也 称为"主轴")的缝隙的长度，该狄明显tb^纵向方向上( 为"次轴")的 -缝隙的长度大。这一特征使沿波导长^向只提拟艮小数量的能量，由》M寻到 具有很^^'錄减的絲结构。^#信号是微弱的但沿着结构的长#向是连 续JIA够强大,以经由在附i^多动的火车^^供无^it信。该部分a被称为"连 续,"。才娥交通网络的构造，它可以延伸几百米。第二部分b (其相当于能量转緣置)的缝隙14沿波导纵向方向躺iM。 它们的主要^lAU^—部分a的缝隙12的主长复(主M比波长小很多)到比 第三部分c (相当于定向天线)的缝隙16的主m小的M不等。第三部分c 的缝隙16都是一样的，且与波导的纵向方向^0设置，它们的主"ML接近波导 中传猶号的半波长。为了简单姚，在图2中只示出了几个缝隙12， 14和16。 当后者的尺寸增加时，从每个缝隙14提取的有效能量和由此,的能量iS^增 加，然而每个缝隙14的尺寸仍小于半波长。该能量由波导内骑输到夕MP。在 波导向着其末端的方向和由》"波导末端后向着^#^盖的空间的方向上.方 向性由来自不同连续缝隙12、 14、 16的^t合成呈现出来，才MrF面解糊缝 隙间距离的计算細'J来M^地^X缝隙12、 14、 16的间隔科目移。在部分a中，应用由H. A. Bettie在"Theory of diffraction by small holes,
Phys. Rev.， vol. 66， pp. 1263， 1944"中提出的小孑U^f射理论。所以，来自小孔、在 处;"U^的缝隙12,的絲可以以来自相等的舰的,，记为;，的形式表示，且以在波导内传播的磁场、记为/^。，和称为"孑W^L化率，，的系数、 记为《 ，，之间的关系的形iC4示。徊巨离孑L^^够远的地方，相当于来自该孔 径的,的磁极的磁矩以二阶的^ = m : /^。形U示。加长椭圆形式的缝隙^ l化率具有解析解。采用孑W圣主轴长度"2/"，以 =—~~^~~的形式絲示它，其中"e"是椭圆形孑W圣的偏心率，"〖(e)"和'五(e)"分别A^—和第 4全椭圆积分。长方形缝隙12的^fel化率证明可以由具有相同主4^次轴的 椭圆缝P^MUE确^itii。所以，沿着魏4Mt部分a的"J^L^向"^j:具有 计算出的主轴的缝隙12,使得这些缝隙的极化率在允许波导内*播的功率和 ，到夕Mp的功率间的M减小接近60分贝， <议够的功率通过以^#地面-火车通信。孑1^ 1化率的上*示*明" 以/3的函数增加。沿着转换部分b的^1^"向，孑W圣极化率通im^地M缝隙14的M/而 i^f斤增加，使得从波导中提取的和由在附近平行:^亍驶的火车天线接收到的辐 射功率的7JC平^^初的-60dBiW增加。计算M/的变化，从而由每个缝隙传 输的功率随/3改变，产生在沿着该部分b的M方向上所需的功率增加的线性 变化，同时Bethe关于小孔的假说仍然是有效的。在部分b的末端，辐射信号 的功率大大增加了。在由部分c形成的定向天线中，>^1里开始已^i^获得了沿着第二部分b 的长^r向的较高水平的絲，目的絲大可^^，j用所有剩余的能量以'f秘 有皿,所有在波导末端的剩余能量。在空气中被准确供应的半波长谐振的 缝隙具有高水平的骑效率，且具有骑几乎所有传输到它的能量的特性。所 以，如果在第三部分ci经有谐振在工作频率的半波长缝隙16 ,该缝隙絲其 平面两侧的大部分A^能量。这些能量的一半从而被,到波导内部的半空间 (^f皮重新;iA^者)且一半被絲到夕h^。实际上，在波导中，在部分c中， 在第一半波长谐滅隙16后仍然保留接近一半的初始功率。然后在该终端部分 c中有减小数量n的连续半波长谐員隙16 ( " <10),使得通it^:隙16之后的 缝隙16，所有剩余能**有舰絲。这一过程导致传到波导内部的功率的快
速的衰减，接近f丄)，并导ltM^^分a、 b和c的共同的传播方向上所有剩余能量的有效辐射而没有额外的损失(转换器，连接器，电缆)。不M输无线频率能量的波导末端可以併持开口，用介质套简单^f呆护，其提供才;i^的密封。两个连续的缝隙12、 14和16之间的间距是波导横截面和所用信号波长的 函数。它是以沿在连续絲结构附近的通信装置的整个长^向，特别是在缝 隙上或两个缝隙之间，获得恒定振幅的信号的方式计算出来的。其通財虑供应波导缝隙的倌号的相移;jM^寻，从导波波长-它本身是波导内部;u可尺寸和 M播模式的函数-以及从空气中、波导外经历的相移，通过来自对波导附近 的所有接收泉接收到的整个场做出贡献的缝隙的所有辐射开始。该内部缝隙距离沿着部分a， b和c的方向为常数和定值以在波导上提供to'Ji^提高的信号。该,波导沿传输^it的M方向以单^P^式安装，并电和^^kii 接到船匕。为了确保简单的传齡这些部分间的固^y移除，这些单,分的每一个的M实际Ji^限制在不超过20m的值。从图2中示出的部分b和c形成 终端部分。由第三部分c形成的定向戏"^1辦，限制在小于十个缝隙，在 ^上明显地小于1米。第二转换部分b可以M具有最多等于减^P分c的 ^1的单-~^分的狄。第一连续驗部分a，期艮长，由所有^f^"^^^且成，这些单-"^分位于上ma是作为变体可以基于无线设备可以容许的信号的动态变化、由itb^斤需地提，分b和c的有效的转激巨离形成终端部分的""^ 分。在^MJ连续辐射结构和分离天线的混合,方案的情况下，除第三部分c 形成的定向天线外，下游的无^A被具有依靠无线环境特别是车站、车间、 车库或城的传播环嫂的特性的自由传播影响。上i^释已经考虑了在通信装置上行WL离开该无M盖区域的火车。由 第二和第三部分b和c形成的终端^t部^f狄车接J^'J的信号功率it^提高。 当火车^殳有安装##本发明的通信装置的区域向安装该装置的区域靠近时， 该问题会变^目反的，确皿时从定向天线(第三部分c )直到连续,结构(第 "^分a )接J^)J的信号功率的连续剩氐。这种相反的安排在下面的情况下特别 有用，其中具有复杂无，盖的轨道的两^分需^^ J，波导并围绕由一个或多个连续分离天^^供它的无^M的简单区域。在安装了才W居本发明的
终端转换部分的第一波导区域的末端，^^吏用的无线设备所育嫁忍的动态范围，传输的信号的功树顺升高。itt^自由传^H^应用在中间的自由传播 沐免，其中最大量的无线频率能量仍然由终端转换部M输而只有非常有限的 损失，这使得可育y^供有效的自由传播。在波导安装的第二区域附近再次被根 据本发明的絲波导覆盖，由于驗源的接近信号将增大，一^it^三部分c 的开始端并沿着第二部分b的"]^方向，信号将在几米内逸斩变小，直到已回 到沿第^P分a的整个^1方向接收到的基4^K平。在该第一实施例中，该通信装置的第一、第^第三部分是相邻JJi续的，第二部分b使得从具有^^ti^，模i^fit;度到具有强烈,的^k^作模式。备变糊嫁易避济。该装置允许在功率上连续提高，超过可调节的长度，能够&'j;UMH狄 车上的无线设备it^斤地"5M""这种在功率上的提高，而没有失K言号同步的危 险。作为变体，可以通过局部地欣缝隙尺寸增大几米而局部地增加辐射，例如 在为了绕^±^盆和交叉口将波导物 ^^部艇离火车天线的情况中。扭 几米中局部辐射的额外的能量使得彬尝了与距离上局部地增加的差异相关的额外的衰减。图3中示出了这样的变体。在,结构20中要^^部增加信号,的区域，第一缝隙系列14 (中间的 絲区域b )形絲两个连续的^J"部分a之间，第一缝隙系列的主要")^1从 大大小于波导中传播信号的波长增加到小于半波长。然后形成第4隙系列14， (中间的,区域b，)，其主要"]^1从小于半波长减小到大大小于波导中传皿 号的波长。在这些中间部分b和b，中缝隙主轴M的变化由上述的针对第二部 分b描述的理论确定。紧5睹部分b，中的缝隙系列的部分b中的缝隙系列局部 地形成了^H虽烈的，部分c，。为了在要求U中获^J言号的必要增加，可 以在要求的长度中通i^f加它的主要^l都等于部分b中的^#一个缝隙14或 部分b，中第一个缝隙14，的缝P承iM^l部分c，。为了得到州尝与距离J^j部辆 加的差异相关的额外衰减必须的,功率且在的该区域的局部信号增加c，后由 部分b，允许返回类型操作，该尺寸，即部分b、 c，和b，中缝隙主轴的上限基于
上舰隙的不i^f伴的标识 计算。当然，在该区域类型后传播的信号能對目对于不包括部分b、 c，和b，的波导结构有衰减，逸就暗示着在波导^1相同的情 况下需^^^供更多的转发器。已经描述了考虑了地面到火车通信情况的这种装置功能，其中在该地面到 火车通信情况中无线频率能量传输到辐射结构供火车使用。^^送省收可逆 性"fit^^it用于本发明，即在火车对地面的通信中无线频率能量由火车^ 发射，由m结构接收并在该结构中传播到逸处的接^lt^置。
权利要求
1. 一种无线通信装置(10，20)，具有连续辐射结构(a)，定向天线(c)和用于在该连续辐射结构(a)和定向天线(c)之间转换能量的装置(b)，其中该连续辐射结构(a)具有由注入微波信号的第一缝隙系列(12)穿透的波导，其特征在于所述转换装置(b)和所述定向天线(c)分别由辐射结构的第二部分和第三部分组成，所述辐射结构的第一、第二和第三部分(a，b，c)是相邻且连续的。
2. 才娥;M'决求1所述的无线通信装置(10， 20)， ^##于所述, 结构的第二部分(b )包括第4隙系列(14),其主要长度沿所述第二部分(b ) 的M方向逐渐延伸，且所述辐射结构的所^三部分(c)包括第三同样的缝 隙系列(16)，其主要^l接近但小于在所i^构中传播的信号的半波长。
3. #^权利要求2所迷的无^ii信^i (10， 20)， ^ft棘于在两个连 续的缝隙(12， 14, 16)间的间隔沿着絲结构的三转分(a， b， c)的狄 方向是恒^Jbf目同的。
4. 才缺权矛澳求2或3所述的无线通信装置(10， 20)， ^##于第三 系列缝隙(16)包括多达10个缝隙。
5. 才M居;K^要求2所迷的无线通信装置(10， 20)，其4t征在于第三缝隙 系列(16)由第4隙系列(14)与颠倒的同一缝隙系列(14，)的连接形成， 其主要长度从传播信号的半波长逐渐地减小到比传播信号的波长小很多的尺 寸。
6. 才娥上述^^可一个权利要求的无线通信装置(10, 20)，其特征在于缝 隙(12， 14， 16)与该,结构的纵向方向^设置。
7. 才財居上述^^T一个权利要求的无线通信装置(10， 20)，其特征在于第 二部分(b)的^1^1到20米的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种无线通信装置(10，20)，其具有连续辐射结构(a)，定向天线(c)和用于在该连续辐射结构(a)和定向天线(c)之间转换能量的装置(b)，其中该连续辐射结构(a)被注入微波信号的第一缝隙系列(12)穿透，其特征在于所述转换装置(b)和所述定向天线(c)分别由辐射结构的第二部分和第三部分组成。
文档编号H04B5/00GK101397019SQ20081017694
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月25日
发明者D·杜霍特, M·海德伯特 申请人:阿尔斯通运输股份有限公司;国家运输及其安全研究所