专利名称：应答器车载设备的能量传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种点式应答器车载设备的能量传输装置，特别涉及一种为地面应答器提供工作能量并接收其发送数据信号的装置。
背景技术：
随着我国铁路的快速发展，我国制定了铁路中长期发展规划，其规划中的中国列车控制系统CTCS(China Train Control System)是为保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运行需求的技术规范，是我国未来铁路技术发展的方向，CTCS按照系统条件和功能共分5级，从0级到4级。CTCS中用于列车定位的关键设备是点式应答器，所述的点式应答器是一种原理上采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备用于在特定地点实现机车与地面间的相互通信。应答器平时处于休眠状态，当列车驶过，靠接收车载传输模块的功率而工作并同时发送调制编码信息给车载传输模块。车载设备的能量传输装置就是产生并发送应答器所需的能量给天线并接收应答器发送的编码信息给车载解码单元。因此该设备重要的指标是稳定的输出功率，高效率和可靠性。稳定的输出功率保证应答器获得稳定的工作电源，高效率和可靠性保证设备在列车上适应较恶劣的环境。因此，急需一种能随时保持应答器的能量传输装置。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种应答器车载设备的能量传输装置，为地面应答器提供足够，可靠，稳定的射频能量。本实用新型所述的应答器车载设备的能量传输装置由信号产生单元、放大电路、 自动电平控制电路、驻波检测电路、收发隔离电路、温度传感器、温度告警电路、控制电路、 驻波告警电路、收发天线和接收通道组成，信号产生单元产生的信号经放大电路后输出给发送收发天线；自动电平控制电路在放大电路链路中实现闭环控制输出功率；驻波检测电路在放大电路末级检测输出正向功率和反射功率给出驻波告警信号；温度告警电路通过温度传感器的感应电压给出温度告警信号；控制电路根据告警信号来控制功放管的电源实现功放保护；接收通道提供收发天线到车载主控板的4MHz信号通路；收发隔离电路给车载收发天线提供接收4MHz调制信号到车载解码单元高隔离度的射频通道。所述的放大电路由第一放大器，第二放大器，第三放大器组成，其中所述的第一放大器采用的是MMIC内匹配的低噪放管SGA5389，采取有源偏置电路提供工作电压，电容和电阻形成反馈稳定该管的工作状态；所述的第二放大器采用的是三菱的rd06hhfl场效应管，输出驱动功率为1W，采用了串联二极管的偏置电压温补工作电流；所述的第三放大器采用的是三菱的rd30hhfl场效应管，输出功率为20W，采用串联二极管的偏置电压温补工作电流，采用使能的电源片来控制偏置电压的关断。[0010]所述的自动电平控制电路由Pin 二极管电调衰减器、运放比较放大器、正向功率检波电路、RF放大器组成，其中，Pin 二极管电调衰减器为T型电阻衰减网络。所述的收发隔离电路由T型的LC谐振网络组成，包括4MHz串联谐振电路、27MHz 并联谐振电路、27MHz串联谐振电路及27MHz并联谐振电路，在4MHz串联谐振电路与27MHz 并联谐振电路之间设置有收发天线端口，27MHz并联谐振电路上连接有4MHz数据通道， 4MHz串联谐振电路和27MHz并联谐振电路接地线。所述的信号产生单元由27. 095MHz温补型晶体振荡器产生。所述的信号产生单元产生的信号进入放大器之前需要滤波电路进行滤波，所述的滤波电路为电感和电容搭建的低通滤波电路，截止频率为30MHz，二次谐波抑制度为30dB 以上。本实用新型所述的温度告警和驻波告警信号返回给控制电路，通过控制电路控制第三放大器的栅极电压来控制功放的工作。本实用新型所述的驻波检测电路有定向耦合器，定向耦合采用的是两个高频高磁导率的磁芯绕制而成，能够耦合出功放输出的正向功率和反射功率。应答器车载设备的能量传输装置的工作方式为27. 095MHz温补型晶体振荡器产生的信号经衰减滤波后进入放大电路，经驻波检测单元中的定向耦合器和收发隔离电路中的隔离器后送入射频同轴电缆所接的车载天线。定向耦合器的正向功率检波反馈给第二放大器的输入端形成闭环控制的自动电平控制电路，使得输出功率稳定。定向耦合器的正向功率，反向功率检波电压及温度传感器感应电压经过运放比较放大后得到该功率放大器的各种告警信号反馈给控制端控制整个功放的开关。输出端接收射频同轴电缆传来的应答器调制信号经隔离器后传给车载单元的解调模块。本实用新型和现有技术相比，更注重功率放大器的稳定性，定向耦合器，比较器， Pin 二极管形成自动电平控制电路使得功放输出的功率受到限制稳定在所要求的输出功率；功放的辅助告警电路比较完善，功放高温，输出端开路，输出端短路，功放输出功率过大过小，功放与车载天线匹配较差等各种情况都会反馈给控制端并由控制端来确定整个功放是否关断；隔离电路由T型的LC谐振网络组成，具有较高的隔离度而且设计简单。
图1应答器车载设备的能量传输装置组成示意图。图2应答器车载设备的能量传输装置中驻波检测电路的定向耦合器设计原理图。图3应答器车载设备的能量传输装置中自动电平控制电路示意图。图4应答器车载设备的能量传输装置中隔离电路示意图。
具体实施方式
如图1所述，本实用新型所述的应答器车载设备的能量传输装置由信号产生单元、放大电路、自动电平控制电路、驻波检测电路、收发隔离电路、温度传感器、温度告警电路、控制电路、驻波告警电路、收发天线和接收通道组成，信号产生单元产生的信号经放大电路后输出给发送收发天线；自动电平控制电路在放大电路链路中实现闭环控制输出功率；驻波检测电路在放大电路末级检测输出正向功率和反射功率给出驻波告警信号；温度告警电路通过温度传感器的感应电压给出温度告警信号；控制电路根据告警信号来控制功放管的电源实现功放保护；接收通道提供收发天线到车载主控板的4MHz信号通路；收发隔离电路给车载收发天线提供接收4MHz调制信号到车载解码单元高隔离度的射频通道。所述的放大电路由第一放大器，第二放大器，第三放大器组成，其中第一放大器选用的是单片微波集成电路低噪声放大管SGA5389，该管作为内匹配管子比较容易针对50 欧姆系统调输入输出匹配。对放大管提供有源偏置的工作电压，可以为该管提供比较稳定的工作电压，具有温补作用。第二放大器搭建的驱动级放大单路，选用的是三菱的高频场效应管RD06hhfl，该管主要应用于30MHz射频信号的放大，6W的额定输出功率可是使其能轻松输出IW的驱动功率。运放，三极管，和Pin 二极管搭建的自动电平控制电路通过对末级放大输出功率的耦合电压信号比较放大后自动控制Pin 二极管的衰减度，使得第二放大器输入信号的强度根据第三放大器输出功率的强度而改变，使得器件本身变化，环境引起工作点变化的情况下，在一定范围内自动纠正偏移的电平回到要求的数值，使得整个放大器输出功率稳定，见图3。第三放大器选用的是三菱的高频场效应管RD30hhfl，该管主要应用于30MHz射频信号的放大，30W的额定输出功率可是使其能轻松输出所需的20W功率。温度传感器，提供温度报警电路所需的感应电压。通过使能的LDO电源芯片，可以根据控制信号确定是否提供该管的栅极电压。如图2所示，其应答器车载设备的能量传输装置中驻波检测电路的定向耦合器设计原理图，为变压器搭建的定向耦合器电路，选用的是高频高磁导率的磁芯来确保定向耦合器的隔离度和耦合度。如图3所示，所述的自动电平控制电路由Pin 二极管电调衰减器、运放比较放大器、正向功率检波电路、RF放大器组成，其中，Pin 二极管电调衰减器为T型电阻衰减网络。图4为应答器车载设备的能量传输装置中隔离电路示意图，天线接收的4MHz信号通过该隔离电路送到车载接收电路。所述的收发隔离电路由T型的LC谐振网络组成，包括 4MHz串联谐振电路、27MHz并联谐振电路、27MHz串联谐振电路及27MHz并联谐振电路，在 4MHz串联谐振电路与27MHz并联谐振电路之间设置有收发天线端口，27MHz并联谐振电路上连接有4MHz数据通道，4MHz串联谐振电路和27MHz并联谐振电路接地线。所述的信号产生单元由27. 095MHz温补型晶体振荡器产生。所述的信号产生单元产生的信号进入放大器之前需要滤波电路进行滤波，所述的滤波电路为电感和电容搭建的低通滤波电路，截止频率为30MHz，二次谐波抑制度为30dB 以上。本实用新型所述的温度告警和驻波告警信号返回给控制电路，通过控制电路控制第三放大器的栅极电压来控制功放的工作。本实用新型所述的驻波检测电路有定向耦合器，定向耦合采用的是两个高频高磁导率的磁芯绕制而成，能够耦合出功放输出的正向功率和反射功率，。应答器车载设备的能量传输装置的工作方式为27. 095MHz温补型晶体振荡器产生的信号经衰减滤波后进入放大电路，经驻波检测单元中的定向耦合器和收发隔离电路中的隔离器后送入射频同轴电缆所接的车载天线。定向耦合器的正向功率检波反馈给第二放大器的输入端形成闭环控制的自动电平控制电路，使得输出功率稳定。定向耦合器的正向功率，反向功率检波电压及温度传感器感应电压经过运放比较放大器后得到该功率放大器的各种告警信号反馈给控制端控制整个功放的开关。输出端接收射频同轴电缆传来的应答器调制信号经隔离器后传给车载单元的解调模块。
权利要求1.应答器车载设备的能量传输装置由信号产生单元、放大电路、自动电平控制电路、驻波检测电路、收发隔离电路、温度传感器、温度告警电路、控制电路、驻波告警电路、收发天线和接收通道组成，信号产生单元产生的信号经放大电路后输出给发送收发天线；自动电平控制电路在放大电路链路中实现闭环控制输出功率；驻波检测电路在放大电路末级检测输出正向功率和反射功率给出驻波告警信号；温度告警电路通过温度传感器的感应电压给出温度告警信号；控制电路根据告警信号来控制功放管的电源实现功放保护；接收通道提供收发天线到车载主控板的4MHZ信号通路；收发隔离电路给车载收发天线提供接收4MHz 调制信号到车载解码单元高隔离度的射频通道。
2.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的放大电路由第一放大器，第二放大器，第三放大器组成，其中所述的第一放大器采用的是MMIC内匹配的低噪放管SGA5389，采取有源偏置电路提供工作电压，电容和电阻形成反馈稳定该管的工作状态；所述的第二放大器采用的是三菱的rd06hhfl场效应管，输出驱动功率为1W，采用了串联二极管的偏置电压温补工作电流；所述的第三放大器采用的是三菱的rd30hhf 1场效应管，输出功率为20W，采用串联二极管的偏置电压温补工作电流，采用使能的电源片来控制偏置电压的关断。
3.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的自动电平控制电路由Pin 二极管电调衰减器、运放比较放大器、正向功率检波电路、RF放大器组成，其中，Pin 二极管电调衰减器为T型电阻衰减网络。
4.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的收发隔离电路由T型的LC谐振网络组成，包括4MHz串联谐振电路、27MHz并联谐振电路、27MHz 串联谐振电路及27MHz并联谐振电路，在4MHz串联谐振电路与27MHz并联谐振电路之间设置有收发天线端口，27MHz并联谐振电路上连接有4MHz数据通道，4MHz串联谐振电路和 27MHz并联谐振电路接地线。
5.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的信号产生单元由27. 095MHz温补型晶体振荡器产生。
6.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的信号产生单元产生的信号进入放大器之前需要滤波电路进行滤波，所述的滤波电路为电感和电容搭建的低通滤波电路，截止频率为30MHz，二次谐波抑制度为30dB以上。
7.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的温度告警和驻波告警信号返回给控制电路，通过控制电路控制第三放大器的栅极电压来控制功放的工作。
8.根据权利要求1所述的应答器车载设备的能量传输装置，其特征在于，所述的驻波检测电路有定向耦合器，定向耦合采用的是两个高频高磁导率的磁芯绕制而成，能够耦合出功放输出的正向功率和反射功率。
专利摘要本实用新型所述的应答器车载设备的能量传输装置由信号产生单元、放大电路、自动电平控制电路、驻波检测电路、收发隔离电路、温度传感器模块、温度告警模块、控制模块、驻波告警模块、发送天线和接受通道组成。本实用新型和现有技术相比，更注重功率放大器的稳定性，定向耦合器，比较器，pin二极管形成自动电平控制电路使得功放输出的功率受到限制稳定在所要求的输出功率；功放的辅助告警电路比较完善，功放高温，输出端开路，输出端短路，功放输出功率过大过小，功放与车载天线匹配较差等各种情况都会反馈给控制端并由控制端来确定整个功放是否关断；隔离电路由T型的LC谐振网络组成，具有较高的隔离度而且设计简单。
文档编号H04B1/59GK202029872SQ20112011559
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者贺觅知 申请人:北京锦鸿希电信息技术股份有限公司