Brevet FR2608119A1 — publié le 19880617

Dispositif de transmission dtinformations et/ou d'instructions à large bande passante entre un véhicule ferroviaire et un poste de contrôle de trafic La pressente invention-concerne un-dispositif de transmission d'in formations et/ou d'instructions à large bånde passante et/ou de lo calisation entre un véhicùle ferroviaire à propulsion électrique et un poste de contrôle, comportant un tube creux parallèle à la voie, formant -guide d'ondes, dont une face émissive est percée d'un réseau d'ouvertures : de passage d'un rayonnement électromagnétique en hyperfréquences, le véhicule étant muni d'au moins une antenne d'émis sion et/ou de réception d'ondes hyperfréquences disposée à proximité de la face du tube percée d'un réseau d'ouvertures, le poste de contrôle de trafic étant muni d'au moins un organe d'alimentation du tube creux en ondes hyperfréquences et/ou d'au moins un organe de réception d'ondes hyperfréquences provenant du tube creux. On a déjà proposé dans la publication "Waveguide communication system for centralized railway traffic control" de T. Kawakami et autres, IEEE Trans. on Vehicular Communications, sept 1964, p. 1-18, de disposer le long d'une voie ferrée pour train à grande vitesse un guide d'ondes circulaire, muni de coupleurs directionnels et de guides d'ondes auxiliaires rayonnants, les trains devant être munis d'une antenne d'émission et/ou de réception. Un tel dispositif permet des transmis sions de données et de conversations téléphoniques ou de télévision entre le train et un poste de contrôle. Il nécessite cependant l'installation tout le long de la voie d'un appareillage relativement complexe et coûteux. Il n'a été utilisé qu'à titre expérimental sur un tronçon de voie, uniquement pour la transmission d'informations, et n'a pas abouti à ce jour à un emploi industriel.Un système du même genre, décrit par H.M. Barlow, The Radio and Electronic Engineer, mai 1967, p. 275-281, utilisant un guide d'ondes de structure différente, en vue également de la seule transmission d'informations, présente le même inconvénient de complexité et de coat, et n'a pas non plus abouti à une exploitation industrielle. Le dispositif selon l'invention a pour but de permettre, non seulement la transmissIon d'informations, mais également le contrôle de la marche de. trains,..à l'aide d'éléments plus simples et moins coûteux, ces trains étant, soit du type classique roulant sur des rails, soit mus par un moteur linéaire. Ce dispositif est caractérisé en ce que le réseau d'ouvertures percé sur- la face émissive .du tube creux est tel qu'il permette la transmission entre.ces.ouvertures et l'antenne d'émission et/ou de réception de deux signaux distincts de champ électrique, l'un permettant la transmission des informations et/ou-instructions, l'autre de mesurer la vitesse et la position.du véhicule ferroviaire par détection de la présence de. ce second signal. y répond en outre de préférence à .au moins 1'une des caractéristiques suivantes - Les ouvertures possédent une grande dimension très supérieure à leur dimension perpendiculaire, certaines d'entre elles sont perpendiculaires à l'axe du tube creux.et certaines autres obliques par rapport à cet axe, disposées selon un motif particulier correspondant à un codage approprié, les ouvertures perpendiculaires à l'axe transmettant une composante axiale (Ez) véhiculant des informations et/ou des instructions, et les ouvertures obliques par rapport à l'axe transmettant en outre une composante perpendiculaire (E ) permettant la y connaissance par le véhicule de sa position absolue et de toute autre information liée à celle-ci, notamment sa vitesse maximale autorisée. - L'organe d'alimentation de la ligne ferroviaire en ondes hyperfréquences est un émetteur sur deux hyperfréquences différentes, l'une correspondant à l'échange d'information et/ou d'instructions, l'autre procurant des fluctuations d'amplitude importantes des signaux reçus par une antenne solidaire du véhicule et restant à proximité de la face du tube percée d'ouvertures, de façon à permettre par comptage du nombre d'ouvertures la localisation du véhicule et la mesure de sa vitesse. - Le tube est un rail creux d'alimentation en énergie du véhicule ou une plaque de réaction d'un système de propulsion à moteur linéaire. - Les faces internes du rail creux sont munies d'un dépôt électrolytique d'un métal bon conducteur électrique. - Le tube possède une section droite en forme de H, de façon à constituer un guide d'ondes rayonnant supérieur et un guide d'ondes rayonnant inférieur séparés par un fond, ce fond est percé d'un réseau d'ouvertures, le guide d'ondes supérieur est muni de courts-circuits électriques formant coupleurs directifs associés à une couche de matériau absorbant les ondes hyperfréquences et autorisant le seul passage de l'énergie hyperfréquences du guide d'ondes inférieur vers le guide d'ondes supérieur, divisant ce dermier en tronçons, le guide d'ondes inférieur est relié à un organe d'alimentation de la ligne en ondes hyperfréquences porteuses d'informations et/ou d'instructions pour tous les véhicules, et le guide d'ondes supérieur est relié à un organe d'alimentation en ondes hyperfréquences porteuses d'informations et/ou d'instructions à destination de et/ou en provenance des seuls véhicules se déplaçant le long des tronçons délimités par deux courts-circuits électriques successifs et les matériaux absorbants associés. - La face du tube percée d'un réseau d'ouvertures est en une matière plastique recouverte sur une faible épaisseur d'une métallisation dans laquelle est gravé le réseau d'ouvertures. - Au moins sur certains tronçons de la voie les ouvertures permettant la localisation du véhicule et la mesure de sa vitesse sont séparées par des intervalles tels qu'une consigne de passage de l'antenne correspondante du véhicule à des intervalles de temps égaux en face de ces ouvertures assure le contrôle de la vitesse du véhicule. On comprendra que la section droite du tube peut dans le cas général être quelconque, elliptique, circulaire ou rectangulaire. Une section droite rectangulaire conduit cependant à des simplifications d'ordre mécanique. Des ouvertures équidistantes pratiquées sur la face rayonnante du tube creux permettent de déterminer la vitesse du véhicule par simple comptage du nombre de détections par une antenne de localisation pendant un intervalle de temps donné. La position est obtenue en multipliant le nombre de détections par le pas séparant deux ouvertures successives. Les ouvertures de mesure de la vitesse et de la position du véhicule peuvent aussi être disposées de telle manière que des successions de présence ou d'absence d'un signal puissent être codées de façon à enregistrer ainsi des données telles que la position absolue et la vitesse autorisée en un point déterminé de la voie. Les raccordements des guides d'ondes rayonnants aux interruptions nécessitées par les passages des appareils de voie ou pour les problèmes de dilatation peuvent être constitués par une transition guide d'ondes-câble coaxial, un élément de câble coaxial souple et une transition câble coaxial-guide d'ondes. Pour compenser l'affaiblissement des signaux le long de la ligne, bien que celui-ci ne soit que modéré, des répéteurs de type connu disposés de loin en loin assureront la régénération de ces signaux. En outre, les guides d'ondes peuvent être percés d'ouvertures dont les dimensions augmentent par paliers, afin de compenser les pertes par atténuation linéique et d'obtenir des niveaux de signaux transmis quasi-constants, que l'on soit proche d'un récepteur ou en limite de portée de celui-ci. Un dispositif tel que défini ci-dessus permet l'échange d'informations analogiques à large bande et/ou numériques à haut débit, telles d'une part des signaux téléphoniques et/ou vidéo, et/ou d'autre part des signaux de télémesures et/ou de télécommandes, mais permet aussi les mesures de position et/ou de vitesse du véhicule se déplaçant près du tube formant guide d'ondes hyperfréquences. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un véhicule ferroviaire et sa voie de circulation, munis du dispositif de transmission selon l'invention. La figure 1 représente en perspective un véhicule ferroviaire et un élément de voie. La figure 2 représente à plus grande échelle une vue de la face du tube guide d'ondes percée du réseau d'ouvertures dont les orientations judicieuses permettent de mettre en évidence deux composantes distinctes du champ rayonné par le guide d'ondes, informations permettant les fonctions de transmission et/ou de localisation et/ou de mesure de vitesse. La figure 3 représente avec arrachement partiel un tronçon de rail d'alimentation en énergie présentant une section droite en forme de H, jouant le rôle de double guide d'ondes. Dans la figure 1, le véhicule ferroviaire 3, par exemple la motrice d'un rame de métropolitain, roule sur des rails 2 à proximité d'un support matériel formé par un tube creux constituant un guide d'ondes rayonnant 1 grâce à la présence d'ouvertures 2 géométriquement dissymétriques réalisant un réseau 7 sur une des faces 6 du support matérial. La motrice est munie d'une antenne d'émission et de réception 4 et d'une antenne de localisation 5. La première permet la transmission d'informations ou d'instructions de commande entre la motrice et un poste de contrôle de trafic auquel est reliée une extrémité du guide d'ondes et est constituée d'une ou plusieurs antennes élémentaires couples entre elles afin d'assurer les fonctions de gain et de régulation d'amplitude des signaux émis et reçus. L'antenne dite de localisation 5 permet de mesurer une autre composante du champ électromagnétique hyperfréquence reçue au-dessus du guide d'ondes et/ou de recevoir une longueur d'onde différente des signaux hyperfréquences. En admettant par exemple que les ouvertures soient équidistantes et d'un écartement connu, les signaux reçus par l'antenne donneront, par le nombre de périodes, la position du véhicule et, par la fréquence des transitions, sa vitesse. On peut également par exemple asservir le véhicule à ce que son antenne de - localisation reçoive le rayonnement des ouvertures à des intervalles de temps déterminés, ce qui permet de contrôler sa vitesse. La figure 2 montre comment il est possible sur la face 6 percée du réseau d'ouvertures, dont certaines 8 sont perpendiculaires à l'axe du guide d'ondes et d'autres 9 obliques par rapport à cet axe, d'orienter celles-ci afin de recevoir une amplitude constante de la composante Ez (droite 10) permettant les transmissions et de recevoir un signal discontinu (courbe 11) par la composante Ey permettant la y localisation et la mesure de vitesse du véhicule comme on l'a vu précédemment. La figure 3 représente un double guide d'ondes supérieur 12 et inférieur 13, de section droite en forme de H. Les signaux communs à tous les véhicules sont véhiculés par le guide d'ondes inférieur 13 et couplés au guide d'ondes supérieur 12 par des coupleurs directifs constitués d'ouvertures 15 situées dans le fond 14 du guide d'ondes supérieur. Des courts-circuits électriques 16 délimitent le guide d'ondes supérieur en éléments pouvant être de la taille d'un canton de voie par exemple. Un matériau absorbant 17 permet d'éviter les phénomènes d'ondes stationnaires dans le guide d'ondes supérieur. Ce guide d'ondes supérieur est relié à un organe d'émission et de réception d'ondes hyperfréquences différentes permettant d'échanger des informations et/ou des instructions de commande avec les véhicules se trouvant sur le tronçon délimité par deux courts-circuits électriques 16 consécutifs. Les pilotes automatiques fixes installés le long de la voie peuvent dialoguer avec le poste central de commande en injectant une onde hyperfréquence porteuse d'informations dans le guide d'ondes inférieur. Le tube creux représenté en 1, figure 1, ou apparaissant en figure 3 peut, grâce à ses dimensions géométriques compatibles, réaliser également les fonctions de rail d'énergie et/ou de guidage. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions à large bande passante et/ou de localisation entre un véhicule ferroviaire à propulsion électrique et un poste de contrôle, comportant un tube creux (1) parallèle à la voie, formant guide d'ondes, dont une face émissive (2) est percée d'un réseau d'ouvertures de passage d'un rayonnement électromagnétique en hyperfréquences, le véhicule étant-muni d'au moins une antenne d'émission et/ou de réception d'ondes hyperfréquences (4, 5) disposée à proximité de la face du tube percée d'un réseau d'ouvertures (7), le poste de contrôle de trafic étant muni d'au moins un organe d'alimentation du tube creux en ondes hyperfréquences et/ou d'au moins un organe de réception d'ondes hyperfréquences provenant du tube creux, caractérisé en ce que le réseau d'ouvertures percé sur la face émissive du tube creux est tel qu'il permette la transmission entre ces ouvertures et l'antenne d'émission et/ou de réception de deux signaux distincts de champ électrique, l'un permettant la transmission des informations et/ou instructions, l'autre de mesurer la vitesse et la position du véhicule ferroviaire par détection de la présence de ce second signal. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures de la face émissive possédent une grande dimension très supérieure à leur dimension perpendiculaire, en ce que certaines d'entre elles (8) sont perpendiculaires à l'axe du tube creux et certaines autres (9) obliques par rapport à cet axe, disposées selon un motif particulier correspondant à un codage appropriée, les ouvertures (8) perpendiculaires à l'axe transmettant une composante axiale (Ez) véhiculant des informations et/ou des instructions, et les ouvertures (9) obliques par rapport à l'axe transmettant en outre une composante perpendiculaire (E ) permettant la connaissance par la y véhicule de sa position absolue et de toute autre information liée à celle-ci, notamment sa vitesse maximale autorisée. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'alimentation de la ligne ferroviaire en ondes hyperfréquences est un émetteur sur deux hyperfréquences différentes, l'une correspondant à l'échange d'information et/ou d'instructions, l'autre procurant des fluctuations d'amplitude importantes des signaux reçus par une antenne solidaire du véhicule et restant à proximité de la face du tube percée d'ouvertures, de façon à permettre par comptage du nombre d'ouvertures la localisation du véhicule et la mesure de sa vitesse. 4/ Dispositif selon les revendications 2 ou 3, Caractérisé en ce que le tube est un rail creux d'alimentation en énergie du véhicule ou une plaque de réaction d'un système de propulsion à moteur linéaire. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faces internes du rail creux sont munies d'un dépôt électrolytique d'un métal bon conducteur électrique. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le tube possède une section droite en forme de H, de façon à constituer un guide d'ondes rayonnant supérieur (12) et un guide d'ondes rayonnant inférieur (13) séparés par un fond (14), en ce que ce fond est percé d'un réseau d'ouvertures (15), en ce que le guide d'ondes supérieur est muni de courts-circuits électriques (16) formant coupleurs directifs associés à une couche (17) de matériau absorbant les ondes hyperfréquences et autorisant le seul passage de l'énergie hyperfréquences du guide d'ondes inférieur vers le guide d'ondes supérieur, divisant ce dernier en tronçons, en ce que le guide d'ondes inférieur est relié à un organe d'alimentation de la ligne en ondes hyperfréquences porteuses d'informations et/ou d'instructions pour tous les véhicules, et en ce que le guide d'ondes supérieur est relié à un organe d'alimentation en ondes hyperfréquences porteuses d'informations et/ou d'instructions à destination de et/ou en provenance des seuls véhicules se déplaçant le long des tronçons délimités par deux courts-circuits électriques successifs et les matériaux absorbants associés. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la face du tube percée d'un réseau d'ouvertures est en une matière plastique recouverte sur une faible épaisseur d'une métallisation dans laquelle est gravé le réseau d'ouvertures. 8/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins sur certains tronçons de la voie les ouvertures permettant la localisation du véhicule et la mesure de sa vitesse sont séparées par des intervalles tels qu'une consigne de passage de l'antenne correspondante du véhicule à des intervalles de temps égaux en face de ces ouvertures assure le contrôle de la vitesse du véhicule.