АНТЕННЫЙ МОДУЛЬ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ И СВЯЗИ ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА
ANTENNA MODULE OF PASSENGER TRAIN COMMUNICATION AND SAFETY MONITORING SYSTEM

Изобретение относится к области средств беспроводной связи, а именно радиосвязи между абонентами, по крайней мере, один из которых расположен в средстве передвижения, и может быть использовано для обеспечения пассажирского поезда беспроводной адресной аварийной сигнализацией и внутренней связью, а также связью с удаленными абонентами.
Известен (RU, патент 49663) корабельный комплекс УКВ-радиосвязи, содержащий в своем составе групповой пульт управления, шину сопряжения и антенно-развязывающие устройства, при этом комплекс связи выполнен в виде модулей - антенного модуля, приемопередающего модуля и группового пульта управления, причем в антенный модуль входят передающий антенный модуль, приемный антенный модуль и коммутируемый усилитель-разветвитель, в приемопередающий модуль входят набор усилитель мощности, радиоприемное устройство и возбудитель, а в групповой пульт управления входят автоматизированное рабочее место оператора, сетевой коммутатор, управляемый коммутатор, блок формирования и обработки информации, блок модемов, блок питания, вычислительная система центрального процессора и шина сопряжения, причем передающий антенный модуль через коммутируемый усилитель-разветвитель, усилитель мощности и возбудитель соединен с управляемым коммутатором и с шиной управления, при этом шина управления через радиоприемные устройства соединена с приемным антенным модулем, а также с блоком формирования и обработки информации и с вычислительной системой центрального процессора, которая через шину сопряжения соединена с комплексом связи с системой управления и блоком формирования и обработки информации, который, в свою очередь, соединен с шиной управления и шиной сопряжения через блок модемов.
Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала.
0
1
2
1
2
0
1
0
П
2
0
ст
П
ст
Известен (RU, патент 2210845) антенный модуль для приема сигналов спутниковых систем, содержащий антенный блок с основанием, куполом и размещенным на основании под куполом приемно-усилительным узлом, причем основание антенного блока, служащее антенным экраном, выполнено из токопроводящего материала, а купол, служащий обтекателем, выполнен из диэлектрического радиопрозрачного материала, причем антенный блок своим основанием размещен в чашеобразном углублении диэлектрической подставки, обеспечивающей электрическую изоляцию основания антенного блока от металлической трубчатой опоры, при этом в чашеобразном углублении диэлектрической подставки в зоне, свободной от размещения антенного блока, выполнены отверстия для водостока, металлическая трубчатая опора соединена своей верхней частью с выступом, выполненным в нижней части диэлектрической подставки, а в выступе выполнено сквозное отверстие для размещения закрепленного на основании антенного блока первого высокочастотного соединителя, предназначенного для отвода принятых и усиленных антенным блоком сигналов и подвода к нему внутреннего напряжения питания антенного модуля, с антенным блоком соединен расположенный внутри металлической трубчатой опоры усилительный блок, предназначенный для дополнительного усиления сигналов посредством собственного усилителя, а также для формирования внутреннего напряжения питания антенного модуля для усилителей антенного и усилительного блоков посредством ограничителя-стабилизатора постоянного напряжения, усилительный блок имеет второй и третий высокочастотные соединители, расположенные на противоположных концах его токопроводящего корпуса, электрически изолированного от металлической трубчатой опоры, причем второй высокочастотный соединитель соединен с первым высокочастотным соединителем, а третий высокочастотный соединитель предназначен для подключения высокочастотного коаксиального кабеля, служащего для отвода принятых и усиленных антенным модулем сигналов и подвода внешнего напряжения питания от внешнего источника питания, при этом основание антенного блока, корпус усилительного блока и наружные проводники всех высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под общим электрическим потенциалом E - потенциалом "Земля", внутренний проводник третьего высокочастотного соединителя в рабочем режиме находится под электрическим потенциалом E - потенциалом "Питание внешнее", а внутренние проводники первого и второго высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под электрическим потенциалом E - потенциалом "Питание внутреннее", где E>E>E, E-E=U, E-E=U, U - внешнее напряжение питания, поступающее от внешнего источника питания, U=const - внутреннее напряжение питания антенного модуля, формируемое в усилительном блоке ограничителем-стабилизатором постоянного напряжения и предназначенное для питания усилителей антенного и усилительного блоков.
Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке конструкции антенного модуля, применимого для внешней связи вагонов и локомотива пассажирского поезда.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении безопасности эксплуатации пассажирского поезда и обеспечении голосовой телефонной связи проводников и других сопровождающих поезд лиц.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать антенный модуль разработанной конструкции. Разработанный антенный модуль системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда содержит металлическое основание, на котором размещены две базовые станции DECT, закрытые металлическими кожухами, на основании дополнительно закреплены два ТЭНа, каждый из которых установлен с возможностью обогрева одной из базовых станций DECT при отрицательных наружных температурах, и кронштейн, на котором закреплены две кросс-поляризованные антенны, каждая из которых подключена к одной из базовых станций DECT, весь антенный модуль закрыт радиопрозрачным колпаком, внутри которого размещен термодатчик, причем базовые станции DECT и термодатчик выполнены с возможностью подключения к центральной управляющей системе контроля безопасности и связи пассажирского поезда, а ТЭНы и базовые станции DECT подключены к источнику питания. Кроме того, антенный модуль может дополнительно содержать антенну ГЛОНАСС/GPS, установленную с возможностью подключения к центральной управляющей системе.
Совокупность существенных признаков, представляющая собой комплект используемых при изготовлении антенного модуля элементов, а также условие их соединения, необходимы и достаточны для достижения указанного технического результата.
Данное утверждение основано на следующих предпосылках. Наличие металлического основания позволяет надежно закрепить все используемые в конструкции антенного модуля элементы, а именно - две базовые станции DECT, ТЭНы, кронштейн, кросс-поляризованные антенны и термодатчик. Наличие металлических кожухов вокруг базовых станций DECT позволяет избежать ВЧ-помех, препятствующих надежной работе указанных базовых станций DECT. Наличие термодатчика, подключенного к центральной управляющей системе, и ТЭНов, подключенных к источнику питания (предпочтительно, к системе электропитания вагона) позволяет создать для работы базовых станций DECT комфортные условия работы. Установка кросс-поляризованных антенн, подключенных к базовым станциям DECT, позволяет надежно передавать информацию вдоль состава всего пассажирского состава от локомотива до последнего вагона. Наличие радиопрозрачного колпака позволяет, с одной стороны, устойчиво осуществлять прием/передачу сигнала по пассажирскому составу, а с другой стороны, гарантирует неизменное положение кросс-поляризованных антенн, не изменяющееся при действии ветра или случайных механических воздействий относительно направления движения пассажирского поезда; защищает от механических повреждений при мойке вагонов, очистке от снега и льда. Использование в модуле антенны ГЛОНАСС/GPS, подключенной к центральной управляющей системе, позволяет всегда точно знать местонахождение пассажирского состава.
В базовом варианте реализации разработанный антенный модуль содержит металлическое заземленное (дюральалюминий) основание, толщиной не менее 4 мм при оптимальной толщине около 10 мм, обеспечивающей необходимые прочностные характеристики, два базовые станции DECT, закрытых металлическими (оцинкованная сталь) кожухами, две кросс-поляризованные антенны (фирмы Huber+Suhner модель SPA 1900/85/8/0/DS), каждая из которых состоит из развернутых на +45°С и -45°С от вертикали антенных систем, расположенных симметрично относительно средней линии экрана, что позволяет кросс-поляризованной антенне работать в режиме разнесенного приема без пространственного разноса антенн, два ТЭНа подогрева, кронштейн крепления кросс-поляризованных антенн и термодатчик. Кроме того, модуль содержит средство крепления антенны ГЛОНАСС/GPS. Типовые размеры антенного модуля 240×237×67 мм, а его масса составляет примерно 10 кг. На внешней поверхности базовых станций закреплены ТЭНы. Базовые станции установлены непосредственно на металлическое основание, затем накрыты сверху металлическими кожухами для исключения ВЧ-помех. На один из металлических кожухов базовой станции может быть установлена антенна ГЛОНАСС/GPS с использованием магнитного крепления. Так же на металлическом основании установлены кронштейн крепления кросс-поляризованных антенн и термодатчика. В свою очередь, на кронштейне крепления кросс-поляризованных антенн размещены две кросс-поляризованные антенны и термодатчик. Каждая из двух базовых станций DECT, с одной стороны, выполнена с возможностью подключения к центральной управляющей системе системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда двумя парами (один кабель на одну базовую станцию), с другой стороны, подключена двумя фидерами 10-сантиметровой длины к одной кросс-поляризованной антенне. ТЭНы выполнены с возможностью подключения через центральную управляющую систему к термодатчику. Все установленные устройства на металлическом основании антенного модуля герметично закрыты диэлектрическим (пластиковым) кожухом. Все кабели (от базовых станций, подогрева, антенны GPS) проходят через три герметичных ввода, установленных в металлическом основании антенного модуля.
Антенна ГЛОНАСС/GPS подключается ВЧ-кабелем к АССН, который расположен в штабном вагоне.
Предпочтительно антенный модуль устанавливают на крыше штабного вагона пассажирского поезда (стандартная комплектация - два антенных модуля на штабной вагон).
Антенный модуль разработанной конструкции может быть использован следующим образом.
Антенные модули при температуре до -20°C работают без подогрева, при температуре ниже -20°C срабатывает термодатчик и включает через центральную управляющую систему ТЭНы, при этом ТЭНы начинают подогревать базовые станции DECT внутри антенного модуля.
Базовые станции DECT запитаны по кабелям (витым парам) от центральной управляющей системы. По этим же кабелям центральная управляющая система управляет базовыми станциями DECT.
Базовые станции DECT формируют ВЧ-сигнал DECT и распространяют его в обе стороны вдоль поезда посредством кросс-поляризованных антенн.
Кросс-поляризованные антенны расположены в антенном модуле таким образом, чтобы покрыть сигналом DECT весь состав общей протяженностью, не превышающей 650 м. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости (вдоль поезда, вид сверху) антенного модуля приведена на чертеже.
Применение указанной конструкции антенного модуля обеспечивает надежную передачу/прием радиосигнала в стандарте DECT при любых внешних условиях нахождения пассажирского состава.