通訊定位天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于有軌電車進行車地通信和定位的通訊定位天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在軌道上行駛的電車需要了解各種情況，也需要將電車運行的狀況反映給控制室，因此，電車需要與地面交換信息，最好是連續(xù)不斷地與地面交換信息。德國在20世紀(jì)60年代開始研制軌道交叉感應(yīng)環(huán)線方法，實現(xiàn)了車一地信息傳輸。這種軌道交叉感應(yīng)電纜技術(shù)目前也被應(yīng)用于國內(nèi)的有軌電車設(shè)計中。
[0003]軌道感應(yīng)環(huán)線系統(tǒng)，顧名思義，地面沿著軌道布置有感應(yīng)環(huán)線，電車上安裝感應(yīng)線圈作為接收天線，電車在軌道上行駛與感應(yīng)線圈相互感應(yīng)，從而構(gòu)成與地面的連續(xù)、雙向信息交換。其基本的工作原理是，在軌道上鋪設(shè)交叉感應(yīng)回線，并對回線通以一定頻率的正弦信號，然后通過車載感應(yīng)線圈和地面交叉感應(yīng)回線的電磁耦合來完成信號和數(shù)據(jù)的傳輸。地面可以向電車傳遞各種速度數(shù)據(jù)、線路速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等各種信息，并且可以利用這些數(shù)據(jù)進行電車定位。
[0004]這種感應(yīng)環(huán)線的兩根電纜每隔一定距離要相互交叉一次，通過這種交叉可以至少實現(xiàn)如下功能:避免牽引電流對感應(yīng)環(huán)線的干擾;交叉形成與雙絞電纜類似的結(jié)構(gòu)，從而減少累積感應(yīng)干擾;還可以傳遞電車定位信息。交叉回線將交變電信號送到沿軌道線路鋪設(shè)的交叉回線上，在回線上產(chǎn)生交變磁場，從而被車載的接收天線所感應(yīng)接收。由于其抗干擾能力強，可靠性高，可準(zhǔn)確、快速地傳遞包括電車實時速度和位置在內(nèi)的各種需要的參數(shù)信號，且它近距離非接觸式的檢測方式可以保證更好的系統(tǒng)安全性，電纜內(nèi)部的交叉結(jié)構(gòu)能有效抑制對外部環(huán)境和其它車載設(shè)備的信號干擾，能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)和外界環(huán)境，因而在各種軌道應(yīng)用中得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種新型的用于有軌電車的通訊定位天線，其可以由沿軌道鋪設(shè)的地面部分和車載部分構(gòu)成。所述地面部分包括感應(yīng)環(huán)線、定位信號發(fā)生模塊LSG、通信模塊LCG及電源電路，所述車載部分包括收發(fā)天線、定位模塊LCP和通信模塊LCG。所述感應(yīng)環(huán)線為交叉形狀，所述收發(fā)天線的數(shù)量為1，且由位于同一平面內(nèi)且同名端串聯(lián)的兩個相同線圈A和B構(gòu)成，所述線圈A與所述感應(yīng)環(huán)線相對以接收感應(yīng)信號，所述線圈B位于所述線圈A—側(cè)以用于消除共模干擾。所述定位信號發(fā)生模塊LSG包括信號發(fā)生電路和信號放大電路;所述定位模塊LCP包括選頻放大電路、比例放大電路、濾波電路、檢波電路、采樣電路及查詢表。所述通信模塊LCG包括2FSK調(diào)制電路和2FSK解調(diào)電路;其中，所述調(diào)制電路包括單片機、參考時鐘源、數(shù)控振蕩器、相位調(diào)制器、查詢表模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及放大電路;所述參考時鐘源用于為所述數(shù)控振蕩器提供參考時鐘信號;所述數(shù)控振蕩器包括相位累加器，所述單片機向所述數(shù)控振蕩器輸出控制信號以控制所述相位累加器的相位步長;所述相位調(diào)制器對數(shù)控振蕩器的輸出進行相位調(diào)制，并輸出至所述查詢表模塊，通過所述查詢表模塊將相位信息轉(zhuǎn)換成幅度信息，從而獲得正弦波波形的幅值離散值;數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述正弦波波形的幅值離散值轉(zhuǎn)換輸出模擬正弦電流信號;所述放大電路包括運算放大器，其用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬信號并進行信號放大;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器經(jīng)隔直電容將電流模擬信號輸入至所述運算放大器的同相輸入端，所述運算放大器的反相輸入端經(jīng)由可調(diào)電阻與電源電路連接，通過調(diào)節(jié)所述可調(diào)電阻的阻值改變所述放大電路的增益值，從而實現(xiàn)放大增益的可調(diào).所述選頻放大電路可以由隔離變壓器及其與之次級端連接的Hartley晶體管振蕩器構(gòu)成。所述定位信號發(fā)生模塊LSG和所述通信模塊LCG工作在不同的頻率上。
[0006]用于為定位信號發(fā)生模塊LSG和通信模塊LCG提供功率信號的電源電路可以包括變壓器TL、直流電源battery、二極管D1~D4、晶體管T1-T2以及max666和ICL型電壓轉(zhuǎn)換芯片;其中，所述變壓器TL的初級線圈連接220V市電，所述變壓器TL的次級線圈的兩端分別連接由所述二極管D1~D4構(gòu)成的全波整流電路的兩個輸入端;所述全波整流電路的正向輸出端連接所述max666芯片的輸入端口 Vin，并且分別經(jīng)電容C2連接GND、經(jīng)電容Cl連接所述max666芯片的LBI端口；所述晶體管TI的發(fā)射極經(jīng)電阻RI連接所述全波整流電路的正向輸出端，基極經(jīng)電阻R3與GND連接且經(jīng)電阻R4和R5連接所述max666芯片的輸入端口 Vin，收集極經(jīng)電阻R2連接GND;所述晶體管T2的發(fā)射極連接所述全波整流電路的正向輸出端，基極經(jīng)電阻R6與所述max666芯片的LBO端口連接，收集極經(jīng)電阻RlO連接GND;所述max666芯片的SHDN端口經(jīng)電阻RlO連接GND ；所述max666芯片的Vout端口經(jīng)電阻R7、R8和R9連接GND ；所述電源電路的正電壓輸出端連接于所述電阻R7和R8之間，輸出+5V的直流電壓，所述正電壓輸出端同時還經(jīng)電容C3與GND連接;所述max666芯片的Vset端口連接于所述電阻R8和R9之間；I CL型芯片的Vin端口連接所述電源電路的正電壓輸出端，Vout端口輸出-5V的直流電壓，構(gòu)成所述電源電路的負(fù)電壓輸出端;所述電源電路的負(fù)電壓輸出端還經(jīng)電容C5與GND連接，所述ICL型芯片的CAP+端口和CAP-端口經(jīng)電容C4連接。所述max666芯片的Vin端口還經(jīng)開關(guān)與所述直流電源b a 11 e r y連接，所述開關(guān)在市電斷電情形被檢測到時閉合以由直流電源battery 供電。
[0007]進一步地，本發(fā)明的信號發(fā)生電路可以包括RC振蕩網(wǎng)絡(luò)、運算放大電路和輸出電壓漂移抑制電路。所述RC振蕩網(wǎng)絡(luò)由電阻R12和電容C7并聯(lián)構(gòu)成;兩個二極管D5、D6反相并聯(lián)后與電阻R16串聯(lián)，電阻R16與二極管D5、D6形成的電路分別與電阻R15和電阻R17并聯(lián)構(gòu)成所述輸出電壓漂移抑制電路。所述電阻R12和所述電容C7的并聯(lián)電路的一端連接運算放大器Ul的同相輸入端，且經(jīng)由電阻Rll和電容C6連接所述電源電路的正電壓輸出端;所述電阻R12和所述電容C7的并聯(lián)電路的另一端經(jīng)限流電阻R13連接所述運算放大器Ul的反相輸入端;所述輸出電壓漂移抑制電路的一端經(jīng)電阻R14連接至所述運算放大器Ul的反相輸入端，另一端則連接所述運算放大器Ul的輸出端。
[0008]進一步地，本發(fā)明的信號放大電路可以包括P型晶體管T3、N型晶體管T4和運算放大器U2;所述P型晶體管T3的收集極連接所述電源電路的正電壓輸出端，并經(jīng)由電阻R18連接其基極。高頻交變信號經(jīng)由二極管D7和電阻R19連接至所述晶體管T3的基極;所述晶體管T3的發(fā)射極連接至所述運算放大器U2的同相輸入端;所述N型晶體管T4的發(fā)射極連接所述運算放大器U2的同相輸入端。高頻交變信號經(jīng)由二極管D8連接至所述晶體管T4的基極;所述N型晶體管T4的收集極連接所述電源電路的負(fù)電壓輸出端，并經(jīng)由電阻R20連接其基極；所述運算放大器U2的同相輸入端還經(jīng)由電容C9和電阻R21的并聯(lián)電路連接GND;所述運算放大器U2的反相輸入端還經(jīng)由電阻R22連接GND;所述運算放大器U2的輸出端連接感應(yīng)環(huán)線以提供放大的高頻交變信號，同時還經(jīng)由電容Cl I和電阻R23的并聯(lián)電路與GND連接。
[0009]進一步地，本發(fā)明的解調(diào)電路包括限壓模塊、鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、放大電路、箝位電路及施密特觸發(fā)器。所述限壓模塊包括二極管和三極管，所述收發(fā)天線接收的調(diào)制信號經(jīng)隔直電容輸入所述限壓模塊，從而輸出電壓幅值在所述限壓模塊允許通過范圍內(nèi)的信號。所述鑒相器、所述環(huán)路濾波器和所述壓控振蕩器構(gòu)成鎖相環(huán)結(jié)構(gòu);所述鑒相器還對輸入的兩個信號進行相位比較，并基于兩者的相位差輸出相應(yīng)的相差電壓。所述環(huán)路濾波器由電阻和電容構(gòu)成，濾除從所述鑒相器輸出的相差電壓中的高頻及噪聲成分。所述相差電壓經(jīng)濾波處理后被所述放大電路進行放大，并分為兩路信號，其中一路信號直接被輸入至所述施密特觸發(fā)器，而另一路信號則經(jīng)由所述箝位電路處理后被輸入至所述施密特觸發(fā)器;其中，當(dāng)所述鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)處于鎖定狀態(tài)時，所述另一路相差電壓信號經(jīng)所述箝位電路處理后形成為由所述調(diào)制信號中的兩個頻率值確定的參考電壓。
[0010]更進一步地，本發(fā)明的解調(diào)電路還可以包括一個頻率調(diào)節(jié)電路，用于與所述壓控振蕩器連接以通過改變所述壓控振蕩器的電容值來改變所述壓控振蕩器的中心頻率。所述頻率調(diào)節(jié)電路由2個多路開關(guān)及一組電容構(gòu)成;每個多路開關(guān)包括4個開關(guān)，所述一組電容包括4個電容值不同的電容，所述開關(guān)的導(dǎo)通或切斷通過所述單片機進行控制。
[0011]更進一步地，本發(fā)明的車載的通信模塊還可以包括數(shù)控模擬開關(guān)模塊，用于實現(xiàn)信號發(fā)送模式和信號接收模式之間的切換。所述數(shù)控模擬開關(guān)模塊包括2個雙向模擬開關(guān)，所述雙向模擬開關(guān)中的每一個均具有輸入端、輸出端和控制端，所述雙向模擬開關(guān)的所述控制端與所述單片機連接以接收所述單片機的控制信號來控制所述模擬開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)閉，所述雙向模擬開關(guān)之一的輸入端連接所述調(diào)制電路且輸出端連接所述收發(fā)天線，從而構(gòu)成通信信號發(fā)送通道;所述雙向模擬開關(guān)中的另一個的輸入端連接所述收發(fā)天線且輸出端連接所述解調(diào)電路，從而構(gòu)成通信信號接收通道。
[0012]更進一步地，本發(fā)明的通訊定位天線還可以包括設(shè)置于地面控制室中的公共參考時鐘模塊。所述公共參考時鐘模塊包括公共參考時鐘源及若干個可調(diào)延時芯片，所述公共參考時鐘源的輸出信