ANTENNA SYSTEM FOR USE IN TUNNELS FOR BROADBAND SIGNAL TRANSMISSION

Abstract: 1. Tunnel antenna system for wide-band signal transmission with a transmitter (S) at one tunnel end and a receiver (E) at the other tunnel end, which ends are connected with each other by means of a communication cable (NK) into which one or several coupling networks re connected, which networks serve, on the one hand, to feed the transmitter signals from the communication cable into associated transmitting antennae (SA) and, on the other hand, to feed signals, radiated in the tunnel and received via associated receiving antennae (EA), into the communication cable, in which case for the purpose of suppressing selfexcited oscillations the coupling attenuation between the transmitting and receiving antennae is greater than their transmission attenuation, characterised in that each coupling network has, in each case, a first amplifier (V1) which is connected into the communication cable (NK), serves to compensate the communication cable attenuation and at the output of which there is connected via a first coupling element (K1) a second amplifier (V2) with amplification which can be adjusted as a function of the degree of coupling between transmitting and receiving antenna, the output signal of the latter being coupled by means of a first signal distributor (S1) into the transmitting antenna (SA) and in that the signals received by the receiving antenna (EA) are coupled out of the receiving antenna (EA) by means of a second signal distributor (S2) and supplied by means of a second coupling element (K2) to the input of the first amplifier (V1) and in that the adjusted amplification of the second amplifier (V2) together with the given amplification of the first amplifier (V1) reduces the circuit attenuation of the coupling network, mainly determined by the coupling attenuation between transmitting (SA) and receiving antenna (EA), to a value which is greater than 20 dB.

Description: Tunnelantennensystem zur breitbandigen Signalübertragung Die Erfindung betrifft ein Tunnelantennensystem zur breitbandigen Signal übertragung mit einem Sender an einem Tunnelende und einem Empfänger am anderen Tunnelende, die miteinander durch ein Nachrichtenkabel verbunden sind, in das ein oder mehrere Koppelnetzwerke eingeschaltet sind, welche einerseits der Einspeisung der Sendersignale aus dem Nachrichtenkabel in zugeordnete Sendeantennen und anderseits der Einspeisung von im Tunnel abgestrahlten und über zugeordnete Empfangsantennen aufgenommenen Signalen in das Nachrichtenkabel dienen, wobei zwecks Unterdrückung von eigenerregten Schwingungen die Koppeldämpfung zwischen den Sende- und Empfangsantennen grösser ist als deren Ubertragungsdänpfungen. Bekanntlich werden für den Funkverkehr zwischen Fahrzeugen, die sich innerhalb eines Tunnels befinden und einer in der Tunnelwarte vorgesehenen Station Antennen innerhalb der Tunnelröhre verlegt, die einerseits als Sendeantennen zur Abwicklung des Funkverkehrs von der Tunnelwarte zu den Fahrzeugen und anderseits als Empfangsantennen für den Funkverkehr in umgekehrter Richtung dienen. Als Antennen werden hierzu entlang der Tunnelröhre verlegte Doppelleitungen oder "Strahlende Kabel" verwendet, die an einem Tunnelende von einem Sender der Tunnelwarte angespeist werden und die am anderen Tunnelende in einen der Tunnelwarte zugeordneten Empfänger für die von den Fahrzeugen ausgesendeten Signale münden. An den Antennen ergeben sich zufolge von Kabelverlusten sowie von äusseren Einflüssen, wie Staub-, Russ- und Streusalzablagerungen, ferner durch zusätzliche Betauung oder durch nasse Tunnelwände erhebliche elektrische Dämpfungen, so dass es erforderlich ist, in die Antenne in gewissen Abständen in Kaskade geschaltete geregelte Verstärker einzusetzen, die den Signalpegel abschnittsweise anheben. Solche Antennensysteme sind jedoch in Kata strophenfällen, z.B. bei einem Brand gefährdet, denn bei einer Zerstörung der Antenne an einer Stelle im Inneren des Tunnels bleibt die im Sinn der Signalübertragungsrichtung nachfolgende Tunnelstrecke unversorgt. Man hat daher vorgeschlagen, zwei solche Antennensysteme parallel zueinander, jedoch mit einander entgegengesetzten Signalübertragungsrichtungen innerhalb der Tunnelröhre anzuordnen. Abgesehen davon, dass diese Anordnung aufwendig ist, so hat sie überdies den Nachteil, dass auch Reparaturen von Schäden an der Antenne schwierig durchzuführen sind. Ein mit "Strahlenden Kabeln" ausgestattetes Hochfrequenz-Verbindungs- system ist in der DE-OS 31 37 021 beschrieben, das für beide Ubertragungsrichtungen strahlende Ubertragungsleitungen aufweist, die mit mehreren Ein-Richtungs-Verstärkern versehen sind, deren Verstärkung geringer ist als der Kopplungsgrad zwischen diesen Ubertragungsleitungen. Dieses System ist ebenso wie alle anderen, mit "Strahlenden Kabeln" ausgerüsteten Systeme durch die oben erwähnten Umwelteinflüsse gefährdet. Durch die EP A2 79 324 ist eine Breitband-Tunnelfunkanlage bekannt geworden, bei der die Sende- bzw. Empfangsgeräte an den beiden Tunnelenden durch ein gegen Beschädigungen geschützt verlegtes Nachrichtenkabel miteinander verbunden sind, an das in vorgegebenen Abständen Koppelnetzwerke angeschlossen sind, die einerseits die Sendersignale aus dem Nachrichtenkabel in zugeordnete Sendeantennen einspeisen und anderseits die von Fahrzeugen im Tunnel abgestrahlten und von zugeordneten Empfangsantennen aufgenommenen Signale dem Nachrichtenkabel zuführen. Diese an die einzelnen Koppelnetzwerke angeschlossenen Sende- und Emp fangsantennen weisen nur den Abständen zwischen den Koppelnetzwerken entsprechend gleiche Längen auf und sind daher im Falle einer Beschädigung leichter auswechselbar als eine Antenne von der Länge des ganzen Tunnels und überdies tritt in diesem Fall auch keine Unterbrechung der Nachrichtenübertragung auf. Bei diesem Anternensystem tritt jedoch so wie bei allen Antennensystemen, die zugleich senden und empfangen, das Proble der Schwingneigung bzw. der Eigenerregung zufolge der Kopplung zwischen den Sende- und Empfangssignalwegen auf, nämlich erfahrungsgemäss darin, wenn die Kreis dämpfung in dem von Verstärkungs- und Koppelelementen gebildeten signalübertragenden Kreis kleiner als 20 dB ist. Bei Antennenanlagen der eingangs angegebenen Art mit mehreren Koppelnetzwerken für die Signalübertragung vom Nachrichtenkabel zu den zugeordneten Antennen ist das Problem der Unterdrückung der Eigenerregung für jedes Koppelnetzwerk einzeln zu lösen, da innerhalb eines Tunnels die Koppel- und Dämpfungsverhältnisse an den verschiedenen Stellen (z.B. in Abhängigkeit vom Tunnelprofil oder aber von der Witterung) unterschiedlich sind. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Koppelnetzwerke so aufzubauen und auszugestalten, dass unter Einhaltung optimaler Koppelbedingungen trotzdem die Schwingneigung ausreichend unterdrückt wird. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass jedes Koppelnetzwerk je einen in das Nachrichtenkabel eingeschalteten, der Kompensation der Nachrichtenkabeldämpfung dienenden ersten Verstärker aufweist, an dessen Ausgang über ein erstes Koppelelement ein zweiter Verstärker mit einer in Abhängigkeit vom Kopplungsgrad zwischen Sendeund Empfangsantenne einstellbaren Verstärkung angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal mittels eines ersten Signalverteilers in die Sendeantenne eingekoppelt ist und dass die von der Empfangsantenne aufgenommenen Signale mittels eines zweiten Signalverteilers aus der Empfangsantenne ausgekoppelt und mittels eines zweiten Koppelelementes dem Eingang des ersten Verstärkers zugeführt sind und dass die eingestellte Verstärkung des zweiten Verstärkers zusammen mit der vorgegebenen Verstärkung des ersten Verstärkers die vorwiegend durch die Koppeldämpfung zwischen Sende- und Empfangsantenne bestimmte Kreisdämpfung des Koppelnetzwerkes auf einen Wert, der grösser als 20 dB ist, reduziert. Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung eines von den Koppelnetzwerken einer Tunnelfunkanlage dargestellt, die entlang der Tunnelröhre in gleichen Abständen, z.B. von etwa 400 m, voneinander angeordnet sind. Mit NK ist ein von einem Sender S an einem Tunnelende zu einem Empfänger E am anderen Tunnelende führendes Nachrichtenkabel bezeichnet, das sowohl die von der Turnelwarte an die zu den Fahrzeugen im Tunnel zu übertragenden Nachrichten vom Sender S aufnimmt als auch die von den Fahrzeugen abgestrahlten Nachrichten über den Empfänger E zur lunnelwarte überträgt. Jedes der Koppelnetzwerke übermittels einerseits die an die Fahrzeuge zu übertragenden Signale an eine zugeorndete Sendeantenne SA und anderseits die von einer zugeordneten Empfangsantenne EA empfangenen Signale der Fahrzeuge an das Nachrichtenkabel NK. Bei jedem Koppelnetzwerk ist in das Nachrichtenkabel NK ein Verstärker V1 eingeschaltet, dessen Verstärkung so bemessen ist, dass über das ganze Nachrichtenkabel NK hinweg vom Sender S bis zum Empfänger E ein etwa gleichbleibender Signalpegel aufrecht erhalten bleibt. An den Ausgang des Verstärkers V1 ist über ein erstes Koppelelement K1, beispielsweise über einen Richtkoppler, ein zweiter Verstärker V2 angeschlossen, dessen Ausgang weiters über einen ersten Signalvertei ler S1, beispielsweisse einen Differentialübertrager, an die dem Koppelnetzwerk zugeordnete Sendeantenne SA angeschlossen ist. Die zugeordnete Empfangsantenne EA ist mit einem zweiten Signalverteiler 52 versehen, der gleichartig ausgebildet ist wie der erste Signalvertei ler S1, jedoch den Signal fluss in umgekehrter Richtung über ein zweites Koppelelement K2 zum Nachrichtenkabel NK und zwar vor dem Eingang des ersten Verstärkers V1 leitet. Zufolge des Umstandes, dass zwischen der Sendeantenne SA und der Empfangsantenne EA eine unvermeidbare Kopplung besteht, ergibt sich eine Kreisstruktur des Koppelnetzwerkes für einen allenfalls störenden Signalfluss über die Bauteile des Koppelnetzwerkes. Ein von der Empfangsantenne EA aufgenommenes Signal gelangt nämlich über den Signalvertei ler 52, das Koppelelement K2, den Verstärker V1, das Koppelelement K1, den Verstärker V2 und den Signalverteiler S1 an die Sendeantenne SA und wird von dieser wieder in die Empfangsantenne EA eingespeist. Wenn die Gesamtdämpfung (Kreisdämpfung) im angegebenen Kreis der Bauelemente geringer ist als 20 dB, kommt es zu erheblichen Dämpfungsverzerrungen bis zu Schwingneigungen, die die normale Signalübertragung beeinträchtigen. Während die Dämpfungs- bzw. Verstärkungsmasse der in diesem Kreis eingeschalteten Bauelemente kalkulierbar und auch angenähert konstant sind, hängt das Dämpfungsmass der Koppel strecke zwischen Sende- und Empfangsantenne von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten aber auch von der Witterung ab. Bei Tunnelfunkanlagen mit mehreren erfindungsgemäss ausgebildeten Koppelnetzwerken ergibt sich eine einwandfreie Störungsunterdrückung dann, wenn die Kreisdämpfung grösser als 20 dB ist. Da die Kreisdämpfung vorwiegend von der Koppeldämpfung zwischen der Sendeantenne SA und der Empfangsantenne EA abhängt, welche wiederum den örtlichen Bedingungen unterliegt, ist zur genauen Einstellung der jeweiligen Kreisdämpfung ein Eingriff in die Verstärkungen bzw. Dämpfungen der Bauelemente des Koppelnetzwerkes erforderlich. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass der Verstärker V2 so ausgebildet ist, dass seine Verstärkung verändert werden kann. In der Praxis haben sich die folgenden Verstärkungs- und Dämpfungswerte bewährt: Verstärkung der Verstärker V1 und V2 : +20 dB Dämpfung der Koppelelemente K1 und K2 : -6 bis -14 dB Dämpfung der Signalverteiler S1 und S2 : -3 bis -6 dB, wenn die Kopplungsdämpfung zwischen den beiden Antennen SA und SE etwa -40 dB beträgt.

Claims: Patentanspruch: Turnelantennensystem zur breitbandigen Signalübertragung mit einem Sender an einem Tunnelende und einem Empfänger am anderen Tunnelende, die miteinander durch ein Nachrichtenkabel verbunden sind, in das ein oder mehrere Koppelnetzwerke eingeschaltet sind, welche einerseits der Einspeisunr der Sendersignale aus dem Nachrichtenkabel in zugeordnete Sendeantennen und anderseits der Einspeisung von im Tunnel abgestrahlten und öber zugeordnete Empfangsantennen aufgenommenen Signalen in das Nachrichtenkabel dienen, wobei zwecks Unterdrückung von eigenerregten Schwingungen die Koppeldämpfung zwischen den Sende- und Empfangsantennen grösser ist als deren Ubertragungsdämpfungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedes Koppelnetzwerk je einen in das Nachrichtenkabel (NK) eingeschalteten, der Kompensation der Nachrichtenkabeldämpfung dienenden ersten Verstärker (V1) aufweist, an dessen Ausgang über ein erstes Koppelelement (K1) ein zweiter Verstärker (V2) mit einer in Abhängigkeit vom Kopplungsgrad zwischen Sende- und Empfangsantenne einstellbaren Verstärkung angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal mittels eines ersten Signalverteilers (S1) in die Sendeantenne (SA) eingekoppelt ist und dass die von der Empfangsantenne (EA) aufgenommenen Signale mittels eines zweiten Signalverteilers (52) aus der Empfangsantenne (EA) ausgekoppelt und mittels eines zweiten Koppelelementes (K2) dem Eingang des ersten Verstärkers (V1) zugeführ sind und dass die eingestellte Verstärkung des zweiten Verstärkers (V2) zusammen mit der vorgegebenen Verstärkung des ersten Verstärke: :s (V1) die vorwiegend durch die Koppeldämpfung zwischen Sende (SA)- und Empfangsantenne (EA) bestimmte Kreisdämpfung des Koppelnetzwerkes auf einen Wert, der grösser als 20 dB ist, reduziert.

Inventors: MAREK, WERNER, STOCKINGER, HELMUT
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT OSTERREICH
Application year: 1985
Main classification: H04B5
IPC codes: H04B5