[發明專利]一種基于微天線的真空管道飛行列車通信系統

有效

• 申請號: 201910031296.6
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109795525B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 劉留;張嘉馳;李錚;裘陳成;劉葉;周濤
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B61L15/00
• 分類號: B61L15/00;H01Q1/32;H01Q13/20
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種基于微天線的真空管道飛行列車通信系統，用于解決真空管道飛行列車的無線通信問題。所述真空管道飛行列車通信系統包括：地面微天線子系統、車載天線子系統；所述地面微天線子系統與車載天線子系統間通過正向傳播和反向傳播的微天線同時發送或接收具有相位差的同一信號實現無線通信。本發明的真空管道飛行列車通信系統，利用雙螺旋狀分布的天線能控制接收天線接收到電磁波相位的特點，通過控制微天線方向來控制電磁波的入射角，利用列車前后方的無線傳播環境類似的特點，最大程度地消除多徑反射和多普勒效應的影響，可有效改善真空管道飛行列車的無線信號傳輸，提高了通信質量和用戶體驗。

技術領域

本發明屬于微波通信領域，具體涉及一種真空管道飛行列車通信系統。

背景技術

隨著城市的不斷發展，高速鐵路作為城市間的一種重要交通方式，也獲得了突飛猛進的技術革新。高鐵技術有力的推動著中國“一帶一路”戰略的發展。當高鐵的發展高歌猛進時，下一代的超高速高鐵技術——真空管道高速飛行列車也逐漸吸引著人們的關注。真空管道高速飛行列車在高速列車飛行管道中高速行駛。高速列車飛行管道，是一種在地上或地下建立的密閉金屬管道，管道內部的大氣壓強非常低，高速列車在真空管道內行駛時，具有低機械摩擦、低氣動阻力、低噪聲的特點，列車以超高速度(超過1000km/h)飛速行駛。

為了保證高速飛行列車的安全運行以及車-地通信的需求，必須有相應的通信系統保障其通信需求。由于高速飛行列車的特殊性，列車與地面間的通信方式不可能采取有線通信的方式，而是采取無線通信的方式。

現有技術中，無線通信通常采用無線自由波介入的方式。但是，這種方式無法應用于飛行列車真空管道，原因如下：首先，若采用傳統的無線自由波介入的方式，電磁波由基站到用戶終端需經歷兩次重大的衰落，分別是電磁波透射真空管道金屬壁與電磁波透射列車金屬車體，這將會導致終端接收到的無線信號非常衰弱；其次，由于高速飛行列車以極高的速度行駛，其與基站間產生的多普勒頻移將是高鐵產生多普勒頻移的數倍，這勢必會導致傳統的基站系統不能與高速飛行列車正常通信，因而傳統的自由波接入方式是不可行的。

另外，現有技術中，通常采用漏波通信電纜系統實現無線通信。但是在飛行列車的真空管道中，真空管道壁是金屬導體，漏泄電磁波受到金屬壁的影響，在真空管道中以全反射的形式存在，這與傳統密閉環境中的漏波電纜電磁環境有所不同，無法實現車—地間的無線通信。

發明內容

為了提高城市間的交流和溝通效率，本發明針對真空管道飛行列車，提供了一種真空管道飛行列車通信系統，基于雙螺旋分布的微天線，確保在任意時刻，僅會有一個反向傳播微天線與列車的車前天線陣列、正向傳播微天線與列車的車尾天線陣列進行通信，消除多徑效應和多普勒效應，從而保障高速行駛的列車與地面之間的通信。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種真空管道飛行列車通信系統，真空管道飛行列車通信系統包括：地面微天線子系統、車載天線子系統；所述地面微天線子系統與車載天線子系統間通過正向傳播和反向傳播的微天線同時發送或接收具有相位差的同一信號實現無線通信。

進一步地，所述地面微天線子系統包括：地面數據處理中心，地面雙螺旋分布的微天線；所述車載天線子系統包括：車載數據處理中心，車載天線陣列。

進一步地，所述雙螺旋分布的微天線包括：反向傳播分布微天線和正向傳播分布微天線；所述車載天線陣列包括：車前天線陣列和車尾天線陣列。

進一步地，所述地面雙螺旋分布的微天線安裝在所述飛行列車真空管道的管道內壁，反向傳播分布微天線和正向傳播分布微天線在真空管道內壁呈雙螺旋狀分布，且正向傳播分布微天線軌跡與反向傳播分布微天線軌跡在相位上相差90°。

進一步地，所述微天線由一系列微型天線組成，具有定向波束賦形特征。