專利名稱：無線通信裝置的制作方法
無線通信裝置鉢領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于無線通信的裝置，其具有連續(xù)旨結(jié)構(gòu)、定向天線和用于 在該 結(jié)構(gòu)和該定向天銀之間轉(zhuǎn)換能量的裝置。
背景技術(shù)：
為了##地面控制點(diǎn)和火車之間的連續(xù)無^^,在某個引導(dǎo)城市交if^中使用了這種連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)——例如在文獻(xiàn)FR2608U9中描述的那樣，其盡可 能不受與斬道環(huán)嫂(特別是在敗逸中)相關(guān)的特殊傳M件的影響。它的功能 非常不同于傳統(tǒng)^的功能，因?yàn)樗?i情過制it^波導(dǎo)上的縫隙連續(xù)網(wǎng)珊 在該輻射結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播的無線頻率能量的一小部分陣出到非常接近于(區(qū)區(qū)幾 狄)沿^ii行駛的火車的天線處，而幾乎完全不受當(dāng)?shù)氐膫?##的影響。 這種結(jié)構(gòu)類型由于它典型地沿著幾百米的長^4伸而被稱為"連續(xù)的"。因此已知的連續(xù)織結(jié)構(gòu)有^tA了被稱為"一維空間"的區(qū)域，絲無 線頻率能量集中于非常接近軌道的范圍內(nèi)，且沿著后者的長^1伸。然而，該 結(jié)構(gòu)不f沐^^蓋例如在火車站、車庫區(qū)域或車間內(nèi)的大的空間。在這種情 況下需要以平行波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的形式，以規(guī)律的間隔iM波導(dǎo)，這在經(jīng)濟(jì)上證明是 不現(xiàn)實(shí)的。但車站、車庫或車間的無線atA必要的或者甚至A^關(guān)重要的。然而這些區(qū)域證明很少限制于無線傳播，JU、，可以通過自由的無線傳播， 即，釆用以沿著^ii每幾百米的間l^i理的離散的定向^^皮有^k^' 一種在復(fù)雜的無 蓋區(qū)域中采用不受這些傳播環(huán)境的限制的連續(xù)^#^體，且 在較簡單的無線覆蓋區(qū)域中采用分離天線的混合方案被證明是一種有效的組 合。為了適應(yīng)這些限制，扭行如圖1所示的i^技術(shù)方案在連續(xù)，結(jié)構(gòu)1 (a里是波導(dǎo))的末端3留有重大的無線頻率能量，這是因?yàn)榕c傳播和來自 波導(dǎo)的絲沐關(guān)的衰減小于每千米20dB,還因?yàn)橥ǔＪ褂玫牟▽?dǎo)^JL被限制到 幾百米，也^i通常在引導(dǎo)城市交通系統(tǒng)中建立中間站的距離。這些能量由波導(dǎo)/同軸轉(zhuǎn)換器4提取，通過同軸電纜5傳輸，然后供應(yīng)給定向天線6，例如八木型賴，經(jīng)由在^fe^的空間中的自由傳播提供無^tA，如果需要的話， 由^i^JL間隔設(shè)置的M類似的A^來接替。然而，這樣的方案存在幾樣存、由于波導(dǎo)/同軸轉(zhuǎn)換^f吏得^Nl對昂貴； 由于;f^尋不增加到要M的每個空間中的電纜5和走向天線6，使得其難于實(shí) 現(xiàn)，且當(dāng)微波信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器和同軸電纜5向定向A^ 6傳輸時，在波導(dǎo)末端 可得到的微波信號急iWJ:減。itb^卜，信號傳輸中的突變會在其通&皮導(dǎo)和定 向天g間Bt^皮記錄下來。目前沒有已知的優(yōu)選的方案可以將A^型定向天線才棘與連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合以減小特別是信號衰減的問題。方向性開槽波導(dǎo)天^Ai^技術(shù)中已知的。這種類型的常M^it常高高 ^^X在塔上以具有好的無線間隙，特別是為向著移動單元的通信清空了笫一菲涅爾區(qū)域。這種類型的^a預(yù)^:向iife^并對由發(fā)射才;ut信的所有能量具 有最小的擁塞。典型地，依期望來自這種AM的增益而定，其沿傳播軸延伸的^iiA寸不會超ii^個波長，即在2.5GHz時^iiA寸小于l米。在M波長的尺寸以外，這種天線的增益和其方向性將不再M(fèi)地增加，并且由于這棒乜不 再實(shí)用。然而，不可能使用例如同一截面的波導(dǎo)將這樣的方向性波導(dǎo)天線直接與具 有波導(dǎo)的連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因?yàn)閺挠蛇B續(xù)輻射結(jié)構(gòu)輻射的減小能量的信號到同樣的但由于該定向天線強(qiáng)烈的4^輻射而具有更大能量(典型地大于60分貝)的信號的突然轉(zhuǎn)換，會"淹沒掉"突然移動通奴向^部分的絲區(qū)域的 火車天線。因?yàn)檫@樣的轉(zhuǎn)^1在非常有限的距離，不到一米(定向戲的狄)， 內(nèi)完成的，JJt樣的轉(zhuǎn)換也受到火車狄的影響，所以火車或地面無線裝置可肯fe會失去它們的同步，且因此它們將臨時處于不能再有^it行^U匕間通信的 狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的通信裝置目的在于通過提出一個經(jīng)濟(jì)、有效、制作簡單易于實(shí)現(xiàn)的方案來解決用于傳^^x^目不同的幾個區(qū)域的無g蓋的裝置的問題。才 ;^發(fā)明，上面4C到的類型的通信裝置^:這才羊的 <吏纟尋#"^置和定向
天線分別由絲結(jié)構(gòu)的第二和第三部純成。本發(fā)明的通信裝置^Rr有下面特征中的一個-蹄結(jié)構(gòu)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，輻射結(jié)構(gòu)的笫三部分包括第三同樣的縫隙系列，其主要"j^l接 近但小于在波導(dǎo)中傳播的信號的半波長；-,結(jié)構(gòu)的第一、第二和第三部分是鄰近的JLil;續(xù)的；-在兩個連續(xù)的縫隙間的間隔沿著輻射結(jié)構(gòu)的三個部分的長度方向是恒定 Jbf目同的；一第二部分的^1# i到20米的范圍內(nèi)； -第三縫隙系列包括多達(dá)IO個縫隙；-第三縫隙系列由第^隙系列與反向的同一縫隙系列的連接形成，其主要 ^JL從傳掩f言號的半波"^iW減小到比傳橋ft號的波長小很多的尺寸。


^^發(fā)明的，目的、特4i^優(yōu)點(diǎn)掩逸過閱讀該通信裝置的M實(shí)施方式的結(jié)合附圖的描迷而變得清楚，其中-圖1是經(jīng)由沿^iiM的連續(xù)^f^體然后經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)的定向^的自 由傳播的無線通信裝置的示意圖，-圖2是根提第一實(shí)施例的經(jīng)由沿執(zhí)道^JL的^^體然后經(jīng)由自由傳播的 無線通信^置的示意圖，-圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的經(jīng)由沿輛道^1的^J^體，允i^面列車連接 的范圍局部地增加的無線通信裝置的示意圖。M實(shí)施方式圖1是經(jīng)由沿MM的連續(xù)W^體然后經(jīng)由定向^的自由傳播的無 線通信裝置的示意圖，如上所述。圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的無線通信裝置10的示意圖。該通信裝置10包括 由具有長方形橫截面的波導(dǎo)形成絲結(jié)構(gòu)，其具有三部分絲結(jié)構(gòu)a, b， c，分 別被縫隙12， 14， 16穿透。該通信裝置10 ;^J^地面上的某一高度，或者必 要的話，安^^il拱頂。該第一,部分a在火車移動的區(qū)域內(nèi)延伸，M
幾百米的距離。第二和第三部分b和c在允許，能量i^增加的區(qū)域內(nèi)延伸， 泉蓋與火車和地面無線裝置的能力相g的幾米長的距離以經(jīng)受A4t信號的突 然變化，并"結(jié)構(gòu)10(車站，車間，車庫或由連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)和分立天線的混 合無^MJ的^^端后，也允iff言號絲的方向性向著采用自由傳播絲 的區(qū)^A。部分c特別地能夠使用并向要覆蓋的空間輻射在結(jié)構(gòu)末端的所有 剩余能量。通信裝置10 ^/f亍兩個功能第一個功能由連續(xù)絲結(jié)構(gòu)的第-^P刺橫， 使其可在空間的一維方向上與在該結(jié)構(gòu)上方且鄰近行駛的火車的天線進(jìn)行通 信。第二個功能由第三部分c、定向狄##，使其可與安^i^離該通信裝置 10末端、例如^JE^離開部分c的火車上的^jfc空間內(nèi)經(jīng)由自由傳播進(jìn)^it 信。中間的,結(jié)構(gòu)b使得能夠從一個功肯^莫ig^fJL^^k^到到另一個功 育M莫式，允許M續(xù),結(jié)構(gòu)a和定向天線c之間的無線頻率能量的轉(zhuǎn)換。在第一部分a中的縫隙12沿波導(dǎo)縱向方向才躺iOJL它們的主^lH^ 波導(dǎo)中傳播的微波信號的波長小很多。該主要"j^^被理解為在橫向方向上(也 稱為"主軸")的縫隙的長度，該狄明顯tb^縱向方向上( 為"次軸")的 -縫隙的長度大。這一特征使沿波導(dǎo)長^向只提擬艮小數(shù)量的能量，由》M尋到 具有很^^'錄減的絲結(jié)構(gòu)。^#信號是微弱的但沿著結(jié)構(gòu)的長#向是連 續(xù)JIA夠強(qiáng)大,以經(jīng)由在附i^多動的火車^^供無^it信。該部分a被稱為"連 續(xù),"。才娥交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造，它可以延伸幾百米。第二部分b (其相當(dāng)于能量轉(zhuǎn)緣置)的縫隙14沿波導(dǎo)縱向方向躺iM。 它們的主要^lAU^—部分a的縫隙12的主長復(fù)(主M比波長小很多)到比 第三部分c (相當(dāng)于定向天線)的縫隙16的主m小的M不等。第三部分c 的縫隙16都是一樣的，且與波導(dǎo)的縱向方向^0設(shè)置，它們的主"ML接近波導(dǎo) 中傳猶號的半波長。為了簡單姚，在圖2中只示出了幾個縫隙12， 14和16。 當(dāng)后者的尺寸增加時，從每個縫隙14提取的有效能量和由此,的能量iS^增 加，然而每個縫隙14的尺寸仍小于半波長。該能量由波導(dǎo)內(nèi)騎輸?shù)较P。在 波導(dǎo)向著其末端的方向和由》"波導(dǎo)末端后向著^#^蓋的空間的方向上.方 向性由來自不同連續(xù)縫隙12、 14、 16的^t合成呈現(xiàn)出來，才MrF面解糊縫 隙間距離的計(jì)算細(xì)'J來M^地^X縫隙12、 14、 16的間隔科目移。在部分a中，應(yīng)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射理論。所以，來自小孔、在 處;"U^的縫隙12,的絲可以以來自相等的艦的,，記為;，的形式表示，且以在波導(dǎo)內(nèi)傳播的磁場、記為/^。，和稱為"孑W^L化率，，的系數(shù)、 記為《 ，，之間的關(guān)系的形iC4示?；簿揠x孑L^^夠遠(yuǎn)的地方，相當(dāng)于來自該孔 徑的,的磁極的磁矩以二階的^ = m : /^。形U示。加長橢圓形式的縫隙^ l化率具有解析解。采用孑W圣主軸長度"2/"，以 =—~~^~~的形式絲示它，其中"e"是橢圓形孑W圣的偏心率，"〖(e)"和'五(e)"分別A^—和第 4全橢圓積分。長方形縫隙12的^fel化率證明可以由具有相同主4^次軸的 橢圓縫P^MUE確^itii。所以，沿著魏4Mt部分a的"J^L^向"^j:具有 計(jì)算出的主軸的縫隙12,使得這些縫隙的極化率在允許波導(dǎo)內(nèi)*播的功率和 ，到夕Mp的功率間的M減小接近60分貝， <議夠的功率通過以^#地面-火車通信。孑1^ 1化率的上*示*明" 以/3的函數(shù)增加。沿著轉(zhuǎn)換部分b的^1^"向，孑W圣極化率通im^地M縫隙14的M/而 i^f斤增加，使得從波導(dǎo)中提取的和由在附近平行:^亍駛的火車天線接收到的輻 射功率的7JC平^^初的-60dBiW增加。計(jì)算M/的變化，從而由每個縫隙傳 輸?shù)墓β孰S/3改變，產(chǎn)生在沿著該部分b的M方向上所需的功率增加的線性 變化，同時Bethe關(guān)于小孔的假說仍然是有效的。在部分b的末端，輻射信號 的功率大大增加了。在由部分c形成的定向天線中，>^1里開始已^i^獲得了沿著第二部分b 的長^r向的較高水平的絲，目的絲大可^^，j用所有剩余的能量以'f秘 有皿,所有在波導(dǎo)末端的剩余能量。在空氣中被準(zhǔn)確供應(yīng)的半波長諧振的 縫隙具有高水平的騎效率，且具有騎幾乎所有傳輸?shù)剿哪芰康奶匦?。?以，如果在第三部分ci經(jīng)有諧振在工作頻率的半波長縫隙16 ,該縫隙絲其 平面兩側(cè)的大部分A^能量。這些能量的一半從而被,到波導(dǎo)內(nèi)部的半空間 (^f皮重新;iA^者)且一半被絲到夕h^。實(shí)際上，在波導(dǎo)中，在部分c中， 在第一半波長諧滅隙16后仍然保留接近一半的初始功率。然后在該終端部分 c中有減小數(shù)量n的連續(xù)半波長諧員隙16 ( " <10),使得通it^:隙16之后的 縫隙16，所有剩余能**有艦絲。這一過程導(dǎo)致傳到波導(dǎo)內(nèi)部的功率的快
速的衰減，接近f丄)，并導(dǎo)ltM^^分a、 b和c的共同的傳播方向上所有剩余能量的有效輻射而沒有額外的損失(轉(zhuǎn)換器，連接器，電纜)。不M輸無線頻率能量的波導(dǎo)末端可以併持開口，用介質(zhì)套簡單^f呆護(hù)，其提供才;i^的密封。兩個連續(xù)的縫隙12、 14和16之間的間距是波導(dǎo)橫截面和所用信號波長的 函數(shù)。它是以沿在連續(xù)絲結(jié)構(gòu)附近的通信裝置的整個長^向，特別是在縫 隙上或兩個縫隙之間，獲得恒定振幅的信號的方式計(jì)算出來的。其通財慮供應(yīng)波導(dǎo)縫隙的倌號的相移;jM^尋，從導(dǎo)波波長-它本身是波導(dǎo)內(nèi)部;u可尺寸和 M播模式的函數(shù)-以及從空氣中、波導(dǎo)外經(jīng)歷的相移，通過來自對波導(dǎo)附近 的所有接收泉接收到的整個場做出貢獻(xiàn)的縫隙的所有輻射開始。該內(nèi)部縫隙距離沿著部分a， b和c的方向?yàn)槌?shù)和定值以在波導(dǎo)上提供to'Ji^提高的信號。該,波導(dǎo)沿傳輸^it的M方向以單^P^式安裝，并電和^^kii 接到船匕。為了確保簡單的傳齡這些部分間的固^y移除，這些單,分的每一個的M實(shí)際Ji^限制在不超過20m的值。從圖2中示出的部分b和c形成 終端部分。由第三部分c形成的定向戲"^1辦，限制在小于十個縫隙，在 ^上明顯地小于1米。第二轉(zhuǎn)換部分b可以M具有最多等于減^P分c的 ^1的單-~^分的狄。第一連續(xù)驗(yàn)部分a，期艮長，由所有^f^"^^^且成，這些單-"^分位于上ma是作為變體可以基于無線設(shè)備可以容許的信號的動態(tài)變化、由itb^斤需地提，分b和c的有效的轉(zhuǎn)激巨離形成終端部分的""^ 分。在^MJ連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)和分離天線的混合,方案的情況下，除第三部分c 形成的定向天線外，下游的無^A被具有依靠無線環(huán)境特別是車站、車間、 車庫或城的傳播環(huán)嫂的特性的自由傳播影響。上i^釋已經(jīng)考慮了在通信裝置上行WL離開該無M蓋區(qū)域的火車。由 第二和第三部分b和c形成的終端^t部^f狄車接J^'J的信號功率it^提高。 當(dāng)火車^殳有安裝##本發(fā)明的通信裝置的區(qū)域向安裝該裝置的區(qū)域靠近時， 該問題會變^目反的，確皿時從定向天線(第三部分c )直到連續(xù),結(jié)構(gòu)(第 "^分a )接J^)J的信號功率的連續(xù)剩氐。這種相反的安排在下面的情況下特別 有用，其中具有復(fù)雜無，蓋的軌道的兩^分需^^ J，波導(dǎo)并圍繞由一個或多個連續(xù)分離天^^供它的無^M的簡單區(qū)域。在安裝了才W居本發(fā)明的
終端轉(zhuǎn)換部分的第一波導(dǎo)區(qū)域的末端，^^吏用的無線設(shè)備所育嫁忍的動態(tài)范圍，傳輸?shù)男盘柕墓漤樕摺tt^自由傳^H^應(yīng)用在中間的自由傳播 沐免，其中最大量的無線頻率能量仍然由終端轉(zhuǎn)換部M輸而只有非常有限的 損失，這使得可育y^供有效的自由傳播。在波導(dǎo)安裝的第二區(qū)域附近再次被根 據(jù)本發(fā)明的絲波導(dǎo)覆蓋，由于驗(yàn)源的接近信號將增大，一^it^三部分c 的開始端并沿著第二部分b的"]^方向，信號將在幾米內(nèi)逸斬變小，直到已回 到沿第^P分a的整個^1方向接收到的基4^K平。在該第一實(shí)施例中，該通信裝置的第一、第^第三部分是相鄰JJi續(xù)的，第二部分b使得從具有^^ti^，模i^fit;度到具有強(qiáng)烈,的^k^作模式。備變糊嫁易避濟(jì)。該裝置允許在功率上連續(xù)提高，超過可調(diào)節(jié)的長度，能夠&'j;UMH狄 車上的無線設(shè)備it^斤地"5M""這種在功率上的提高，而沒有失K言號同步的危 險。作為變體，可以通過局部地欣縫隙尺寸增大幾米而局部地增加輻射，例如 在為了繞^±^盆和交叉口將波導(dǎo)物 ^^部艇離火車天線的情況中。扭 幾米中局部輻射的額外的能量使得彬嘗了與距離上局部地增加的差異相關(guān)的額外的衰減。圖3中示出了這樣的變體。在,結(jié)構(gòu)20中要^^部增加信號,的區(qū)域，第一縫隙系列14 (中間的 絲區(qū)域b )形絲兩個連續(xù)的^J"部分a之間，第一縫隙系列的主要")^1從 大大小于波導(dǎo)中傳播信號的波長增加到小于半波長。然后形成第4隙系列14， (中間的,區(qū)域b，)，其主要"]^1從小于半波長減小到大大小于波導(dǎo)中傳皿 號的波長。在這些中間部分b和b，中縫隙主軸M的變化由上述的針對第二部 分b描述的理論確定。緊5睹部分b，中的縫隙系列的部分b中的縫隙系列局部 地形成了^H雖烈的，部分c，。為了在要求U中獲^J言號的必要增加，可 以在要求的長度中通i^f加它的主要^l都等于部分b中的^#一個縫隙14或 部分b，中第一個縫隙14，的縫P承iM^l部分c，。為了得到州嘗與距離J^j部輛 加的差異相關(guān)的額外衰減必須的,功率且在的該區(qū)域的局部信號增加c，后由 部分b，允許返回類型操作，該尺寸，即部分b、 c，和b，中縫隙主軸的上限基于
上艦隙的不i^f伴的標(biāo)識 計(jì)算。當(dāng)然，在該區(qū)域類型后傳播的信號能對目對于不包括部分b、 c，和b，的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有衰減，逸就暗示著在波導(dǎo)^1相同的情 況下需^^^供更多的轉(zhuǎn)發(fā)器。已經(jīng)描述了考慮了地面到火車通信情況的這種裝置功能，其中在該地面到 火車通信情況中無線頻率能量傳輸?shù)捷椛浣Y(jié)構(gòu)供火車使用。^^送省收可逆 性"fit^^it用于本發(fā)明，即在火車對地面的通信中無線頻率能量由火車^ 發(fā)射，由m結(jié)構(gòu)接收并在該結(jié)構(gòu)中傳播到逸處的接^lt^置。
權(quán)利要求
1. 一種無線通信裝置(10，20)，具有連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)，定向天線(c)和用于在該連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)和定向天線(c)之間轉(zhuǎn)換能量的裝置(b)，其中該連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)具有由注入微波信號的第一縫隙系列(12)穿透的波導(dǎo)，其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置(b)和所述定向天線(c)分別由輻射結(jié)構(gòu)的第二部分和第三部分組成，所述輻射結(jié)構(gòu)的第一、第二和第三部分(a，b，c)是相鄰且連續(xù)的。
2. 才娥;M'決求1所述的無線通信裝置(10， 20)， ^##于所述, 結(jié)構(gòu)的第二部分(b )包括第4隙系列(14),其主要長度沿所述第二部分(b ) 的M方向逐漸延伸，且所述輻射結(jié)構(gòu)的所^三部分(c)包括第三同樣的縫 隙系列(16)，其主要^l接近但小于在所i^構(gòu)中傳播的信號的半波長。
3. #^權(quán)利要求2所迷的無^ii信^i (10， 20)， ^ft棘于在兩個連 續(xù)的縫隙(12， 14, 16)間的間隔沿著絲結(jié)構(gòu)的三轉(zhuǎn)分(a， b， c)的狄 方向是恒^Jbf目同的。
4. 才缺權(quán)矛澳求2或3所述的無線通信裝置(10， 20)， ^##于第三 系列縫隙(16)包括多達(dá)10個縫隙。
5. 才M居;K^要求2所迷的無線通信裝置(10， 20)，其4t征在于第三縫隙 系列(16)由第4隙系列(14)與顛倒的同一縫隙系列(14，)的連接形成， 其主要長度從傳播信號的半波長逐漸地減小到比傳播信號的波長小很多的尺 寸。
6. 才娥上述^^可一個權(quán)利要求的無線通信裝置(10, 20)，其特征在于縫 隙(12， 14， 16)與該,結(jié)構(gòu)的縱向方向^設(shè)置。
7. 才財居上述^^T一個權(quán)利要求的無線通信裝置(10， 20)，其特征在于第 二部分(b)的^1^1到20米的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線通信裝置(10，20)，其具有連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)，定向天線(c)和用于在該連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)和定向天線(c)之間轉(zhuǎn)換能量的裝置(b)，其中該連續(xù)輻射結(jié)構(gòu)(a)被注入微波信號的第一縫隙系列(12)穿透，其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置(b)和所述定向天線(c)分別由輻射結(jié)構(gòu)的第二部分和第三部分組成。
文檔編號H04B5/00GK101397019SQ20081017694
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者D·杜霍特, M·海德伯特 申請人:阿爾斯通運(yùn)輸股份有限公司;國家運(yùn)輸及其安全研究所