一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，包括水平设置的天线轴，以及依次竖直固定设置在所述天线轴上的有源振子、第一至第八引向振子和反向振子；所述有源振子与天线轴之间绝缘连接，有源振子还与激励源直接连接，信号通电后通过馈电点流至有源振子；当有源振子接通信号后，通过在第一至第八引向振子和反向振子构成的无源振子上产生感应电磁场，在反向振子的方向上减弱电磁波的传播，在引向振子的方向上增强电磁波的强度；无源振子与天线轴直接连接。该基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，可以克服现有技术中占用空间大、与列车匹配性差和可靠性低等缺陷，以实现占用空间小、与列车匹配性好和可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线
本专利技术涉及通信设备
，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。
技术介绍
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，LX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，SX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。天线的设计与通信系统是息息相关、一一对应的，新的通信系统设计对应的天线是能使其可靠工作的基础。由于我们的天线是在高速移动的列车上使用，且要求在列车头部和尾部各架设一个定向天线，而现有的用于铁路移动通信系统的天线都是水平全向天线，因此这些都不能选用。最终选用了方向性好、增益高的八木天线。传统的八木天线轴向距离太大，但是列车顶部空间有限，而列车顶部还有很多要架设的设备，因此节省列车顶部的空间就显得尤为重要。现有的密距八木天线多种多样，但大都在密距化的过程中有增加了天线的纵向高度，而由于机车车辆限界和接触网的设计要求，列车顶部架设设备的高度是有严格限制的。如果选用这些密距八木天线势必会超出机车车辆限界的规定值，因此设计一款轴向距离和纵向高度都适中的密距八木天线尤为重要。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在占用空间大、与列车匹配性差和可靠性低等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，以达到占用空间小、与列车匹配性好且可靠性高的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，包括水平设置的天线轴，以及依次竖直固定设置在所述天线轴上的有源振子、第一至第八引向振子和反向振子；所述有源振子与天线轴之间绝缘连接，有源振子还与激励源直接连接，信号通电后通过馈电点流至有源振子；当有源振子接通信号后，通过在第一至第八引向振子和反向振子构成的无源振子上产生感应电磁场，在反向振子的方向上减弱电磁波的传播，在引向振子的方向上增强电磁波的强度；无源振子与天线轴直接连接。进一步地，在所述天线轴背面靠近反向振子的位置，设有天线的馈电面；所述馈电面的两边与有源振子直接相连。进一步地，所述有源振子、第一至第八引向振子和反向振子，均是采用中空圆柱形良辐射材料设置的折合振子；所述折合振子，具体为底边中心位置具有用于固定连接天线轴的开口的矩形结构；所述折合振子的长度为该矩形结构的顶边长度，折合振子的宽度为该矩形结构的顶边与底边之间的距离；所述折合振子每条边均为圆柱形结构。进一步地，所述有源振子的长度为第一预设长度，第一至第八引向振子的长度相同即均为第二预设长度，反向振子的长度为第三预设长度；所述第一预设长度大于第二预设长度，第三预设长度大于第一预设长度；所述有源振子的宽度、第一至第八引向振子的宽度、以及反向振子的宽度均相同，有源振子每条边横截面的半径、第一至第八引向振子每条边横截面的半径、以及反向振子每条边横截面的半径均相同即为R。这里，第一预设长度、第二预设长度和第三预设长度都是经由全局优化所得且经过验证的最优解。此处的全局优化指的是一种算法，这是遗传算法的原理决定的，就是在进行数据处理的过程中可以在数据的全范围内寻找最大值或者最小值，而不是极大值或者极小值。此处的最优解指的是天线的参数的最优解，比如说天线的每一个预设长度和预设距离的以什么样的长度组合组合在一起的时候能获得最优天线参数结果。进一步地，在所述天线轴的两端，分别预留有长度相同的预留距离；所述有源振子与第一引向振子之间的距离为第一预设距离；所述第一至第八引向振子中相邻两个引向振子之间的距离相等，为第二预设距离；所述第八引向振子与反向振子之间的距离为第三预设距离；所述天线轴的高度为预设高度，天线轴的宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，其特征在于，包括水平设置的天线轴，以及依次竖直固定设置在所述天线轴上的有源振子、第一至第八引向振子和反向振子；所述有源振子与天线轴之间绝缘连接，有源振子还与激励源直接连接，信号通电后通过馈电点流至有源振子；当有源振子接通信号后，通过在第一至第八引向振子和反向振子构成的无源振子上产生感应电磁场，在反向振子的方向上减弱电磁波的传播，在引向振子的方向上增强电磁波的强度；无源振子与天线轴直接连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，其特征在于，包括水平设置的天线轴，以及依次竖直固定设置在所述天线轴上的有源振子、第一至第八引向振子和反向振子；所述有源振子与天线轴之间绝缘连接，有源振子还与激励源直接连接，信号通电后通过馈电点流至有源振子；当有源振子接通信号后，通过在第一至第八引向振子和反向振子构成的无源振子上产生感应电磁场，在反向振子的方向上减弱电磁波的传播，在引向振子的方向上增强电磁波的强度；无源振子与天线轴直接连接，所述有源振子、第一至第八引向振子和反向振子，均是采用中空圆柱形良辐射材料设置的折合振子；所述折合振子，具体为底边中心位置具有用于固定连接天线轴的开口的矩形结构；所述折合振子的长度为该矩形结构的顶边长度，折合振子的宽度为该矩形结构的顶边与底边之间的距离；所述折合振子每条边均为圆柱形结构，在所述天线轴的两端，分别预留有长度相同的预留距离；所述有源振子与第一引向振子之间的距离为第一预设距离；所述第一至第八引向振子中相邻两个引向振子之间的距离相等，为第二预设距离；所述第八引向振子与反向振子之间的距离为第三预设距离；所述天线轴的高度为预设高度，天线轴的宽度为2R；该基于列车间直接通信的机车台密距八木天线，能够应用于列车间直接通信系统；当应用于列车间直接通信系统时：所述有源振子的第一预设长度为75.6cm，第一至第八...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茂青，周怀庆，林俊亭，韩兰奎，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62