Устройство и способ передачи информации для систем с излучающим волноводом - RU2168273C2
Код документа: RU2168273C2
Чертежи
Описание
Изобретение касается устройств и способов передачи информации в целом и, в частности, относится к устройству и способу передачи информации для системы с излучающим волноводом.
Система передачи информации при помощи излучающего волновода, имеющая французскую аббревиатуру IAGO и предназначенная для компьютеризации и автоматизации транспортных систем при помощи излучающего волновода, описана в документе "THE USE RADIATING WAV-EGUIDES IN GUIDED TRANSPORTA-TION SYSTEMS" Marc HEDDEBAUT et Marion BERBINEAU, специальный N 8, изданном Национальным Исследовательским институтом Транспорта и Безопасности.
Эта система имеет возможность определять местоположение движущихся объектов, перемещающихся вдоль упомянутого излучающего волновода.
Указанное определение местоположения основывается на использовании специальных щелей локализации.
Указанные щели локализации в данном устройстве дополняют равномерно и непрерывно расположенные щели вдоль данного излучающего волновода и выполнены перпендикулярными к указанным равномерно расположенным щелям.
Упомянутые равномерно расположенные щели обеспечивают возможность передачи с достаточно высокой пропускной способностью информации различного характера, а также возможность измерения скорости движения данного подвижного объекта.
Однако информация, относящаяся к определению местоположения данного подвижного объекта, доступна только в процессе движения, то есть только в том случае, когда данный подвижный объект перемещается вдоль данного излучающего волновода.
В некоторых случаях применения данный подвижный объект находится в зоне запасного пути или депо, или в зоне стоянки, или на входе на станцию. Для таких случаев необходимо располагать устройством передачи информации, которая могла бы быть считана в случае остановки подвижного объекта или в случае продолжительной стоянки последнего над указанным устройством передачи информации при помощи излучающего волновода.
Для тех случаев применения, когда данный подвижный объект перемещается вдоль излучающего волновода, необходимо располагать устройством передачи информации с достаточно высокой пропускной способностью.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача разработки способа и устройства передачи информации, предназначенных для системы с излучающим волноводом.
Поставленная задача решается тем, что устройство передачи информации для системы с излучающим волноводом, а именно волноводом,
вдоль которого перемещается некоторый подвижный объект, согласно изобретению содержит:
- средства, предназначенные для введения некоторой немодулированной несущей волны в упомянутый
излучающий волновод;
- средства, предназначенные для осуществления точечного отбора вдоль упомянутого излучающего волновода некоторой части энергии упомянутой немодулированной несущей волны;
- средства модуляции, предназначенные для наложения на упомянутую немодулированную несущую волну некоторого локального сигнала модуляции, представляющего собой определенную информацию,
предназначенную для упомянутого подвижного объекта;
- средства, предназначенные для излучения в адрес упомянутого подвижного объекта упомянутой модулированной несущей волны.
Устройство передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с данным изобретением удовлетворяет также любой одной из характеристик, отраженных в зависимых пунктах формулы изобретения.
Поставленная задача решается также тем, что в способе передачи информации для системы с излучающим волноводом, а именно волноводом, вдоль которого перемещается некоторый
подвижный объект, согласно изобретению:
- возбуждают некоторую немодулированную несущую волну в упомянутом излучающем волноводе;
- осуществляют точечный отбор вдоль упомянутого
излучающего волновода некоторой части энергии упомянутой немодулированной несущей волны;
- производят наложение на упомянутую немодулированную несущую волну некоторого локального сигнала
модуляции, представляющего собой определенную информацию, предназначенную для упомянутого подвижного объекта;
- излучают на упомянутый подвижный объект упомянутую модулированную несущую
волну.
Способ передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением удовлетворяет также любой одной из характеристик, отраженных в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением может быть, например, полностью реализовано при помощи прямого отрезка излучающего волновода относительно небольшой длины, размеры которого близки к длине волны в воздухе тех сигналов, которые распространяются в данном излучающем волноводе.
Такая технология была использована для практической реализации макета оригинальной разработки, выполненной в лабораториях упоминавшегося Национального Исследовательского института Транспорта и его Безопасности.
Преимущество устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в отборе лишь весьма незначительной части распространяющейся по данному излучающему волноводу энергии, или примерно 0,02 дБ, и, следовательно, в возможности располагать упомянутые устройства передачи информации так часто, как этого требуют конкретные условия эксплуатации данных подвижных объектов, способных перемещаться вдоль данного излучающего волновода.
Другое преимущество устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в реализации достаточно простой, автономной и имеющей минимальное число компонентов и соединений системы.
Еще одно преимущество устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в отсутствии необходимости в постоянном источнике энергии.
И еще одно преимущество устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в способности вырабатывать импульсный сигнал точной локализации или точного определения местоположения данного подвижного объекта.
И еще одно преимущество устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в способности однозначно индицировать направление движения данного подвижного объекта.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, в числе которых:
- Фиг. 1
представляет общий схематический вид устройства передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предпочтительным вариантом реализации предлагаемого изобретения;
- Фиг. 2 - схематический вид излучающего волновода и его направленного ответвителя, используемых в устройстве передачи информации, показанном на фиг.1;
- Фиг. 3A - схематический вид
резонирующей полости устройства передачи информации, показанного на фиг.1;
- Фиг. 3B - схематический вид верхней поверхности упомянутой резонирующей полости и ее устройство модуляции;
- Фиг. 3C - схематический вид резонирующей полости и ее устройства, генерирующего подлежащий передаче и представляющий определенную информацию сигнал;
- Фиг. 4 - схематический общий вид
устройства передачи информации и связанного с ним устройства дистанционного питания;
- Фиг. 5 - схематический вид варианта реализации устройства приема модулированной несущей волны,
располагающегося на данном подвижном объекте.
Система передачи информации при помощи излучающего волновода (IAGO) использует достаточно широкую полосу пропускания сверхвысокочастотного волновода, функционирующего в режиме TE01 для того, чтобы обеспечить, в частности, возможность передачи информации в большом объеме между наземными стационарными устройствами и подвижными объектами.
Данная широкая полоса пропускания позволяет, кроме того, передавать в данный излучающий волновод некоторую дополнительную немодулированную несущую волну.
Такая немодулированная несущая волна излучается на относительно низком уровне и распространяется вдоль всего излучающего волновода. Указанная немодулированная несущая волна подвергается относительно небольшому затуханию и усиливается посредством тех же самых линейных усилителей, которые используются для регенерации и усиления других сигналов, передаваемых по данному излучающему волноводу.
Таким образом, упомянутая немодулированная несущая волна присутствует на всем протяжении данного излучающего волновода и главным образом внутри него.
Указанная немодулированная несущая волна не является распознаваемой бортовыми средствами данного подвижного объекта и в своем исходном состоянии не несет никакой информации или поддающегося идентификации признака.
В соответствии с предлагаемым изобретением устройство и способ передачи информации для системы с излучающим волноводом, например для системы типа IAGO, подразумевают использование отбора вдоль данного излучающего волновода и в местах, являющихся стратегически важными для эксплуатации данных подвижных объектов, некоторой части энергии, распространяющейся в данном волноводе, практически не влияющей на общий энергетический баланс в этом волноводе.
Отобранная таким образом энергия излучается затем в направлении данного подвижного объекта.
В процессе осуществления данного этапа способа в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляется наложение на упомянутую немодулированную несущую волну некоторого локального сигнала модуляции, то есть того сигнала, который в данный момент необходимо передать на данный подвижный объект, циркулирующий вдоль данного излучающего волновода.
На фиг. 1 представлен схематический общий вид устройства передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предпочтительным вариантом практической реализации предлагаемого изобретения.
В предпочтительном варианте реализации устройства передачи информации для системы с излучающим волноводом в соответствии с предлагаемым изобретением упомянутый подвижный объект (не представленный на приведенных фигурах) представляет собой железнодорожное транспортное средство.
Очевидно, что в других областях применения эти подвижные объекты могут представлять собой транспортировочные тележки или любые другие подвижные объекты.
Как схематически показано на фиг. 1, резонирующая полость 1 располагается на одной из сторон данного излучающего волновода 2.
Излучающий волновод 2 и резонирующая полость 1 содержат на своих обращенных друг к другу сторонах соответствующие направленные ответвители 3 и 4.
Упомянутые направленные ответвители в данном случае образованы, например, двумя круглыми отверстиями достаточно больших размеров по отношению к периоду данной немодулированной несущей волны.
На фиг. 2 схематически представлен излучающий волновод устройства передачи информации, показанного на фиг. 1, и его направленный ответвитель.
На фиг. 3A схематически представлена резонирующая полость устройства передачи информации, показанного на фиг. 1, и его направленный ответвитель.
В уже упоминавшейся выше системе IAGO излучающий волновод функционирует в режиме ТЕ01. В этом случае практически не существует электрического поля на боковых сторонах этого излучающего волновода.
Таким образом, геометрические размеры отверстий направленных ответвителей должны быть достаточно большими для того, чтобы обеспечить требуемый уровень связи. Вследствие этого данный размер становится механически мало критическим.
Такой способ реализации позволяет получить повторяющимся образом коэффициенты связи порядка -40 дБ по отношению к уровню мощности, передаваемой в данном излучающем волноводе.
Длина резонирующей полости 1 уменьшена в максимально возможной степени таким образом, чтобы внутренний объем этой резонирующей полости резонировал в объеме в соответствии с фундаментальным режимом ТЕ011. В таком варианте реализации резонирующей полости всякая направленность исключается и коэффициент связи остается практически идентичным независимо от того, с какой стороны будет запитан данный излучающий волновод.
Упомянутая резонирующая полость в фундаментальном режиме TE011 является короткозамкнутой на своих концах и содержит полуволновую резонирующую щель 5.
Указанная полуволновая резонирующая щель выполнена на большой наружной поверхности упомянутой резонирующей полости, обращенной в направлении данного железнодорожного транспортного средства.
Упомянутая полуволновая резонирующая щель ориентирована перпендикулярно по отношению к регулярным щелям 6 данного излучающего волновода.
Указанная полуволновая резонирующая щель излучает связанную энергию от данного излучающего волновода в направлении резонирующей полости в режиме TH011.
Излучение данной полуволновой резонирующей щели осуществляется в условиях линейной поляризации, перпендикулярной направлению регулярных щелей данного излучающего волновода.
Указанные регулярные щели излучающего волновода называют щелями передачи и измерения скорости волновода.
Таким образом, данное излучение допускает развязку порядка 15 дБ по отношению к сигналам, передаваемым щелями передачи и измерения скорости данного волновода.
Упомянутая несущая волна, распространяющаяся в данном волноводе и представляющая собой чисто синусоидальный сигнал, локально связана с данным железнодорожным транспортным средством при помощи резонирующей полости и ее полуволновой резонирующей щели.
Этот синусоидальный несущий сигнал локально подвергается модуляции.
Для осуществления такой модуляции некоторое устройство модуляции, например диод Шоттки, располагается между краями полуволновой резонирующей щели в точке высокого импеданса на искомой частоте.
На фиг. 3В схематически представлена резонирующая полость и ее устройство модуляции.
Этот диод является поляризованным посредством постоянного напряжения, приложенного к его клеммам, и способен замыкать накоротко данную полуволновую резонирующую щель с частотой его поляризации, причем данная щель представляет в этой точке и для рассматриваемой рабочей частоты точку высокого импеданса.
Таким образом производится модуляция по амплитуде чисто синусоидального сигнала, отбираемого вдоль данного излучающего волновода.
Коэффициент связи, существующий между данным излучающим волноводом и резонирующей полостью, имеет величину порядка -40 дБ, поэтому рассогласование, связанное с этим коротким замыканием с частотой модуляции, не обнаруживается в данном излучающем волноводе.
Кроме того, если рассматривать уровень частоты сверхвысокочастотной мощности в данном излучающем волноводе, модулированный сигнал в лучшем случае вводится повторно в данный излучающий волновод при -80 дБ ниже этого опорного уровня или -40 дБ в направлении излучающего волновода к резонирующей полости и -40 дБ в направлении резонирующей полости к излучающему волноводу.
Таким образом, модулированный сигнал, произведенный в резонирующей полости, не передается вдоль данного излучающего волновода и не отражается на входе или на выходе данной резонирующей полости.
Устройство 8, схематически представленное на фиг. 3C, генерирует сигнал, представляющий определенную информацию, подлежащую передаче на данное железнодорожное транспортное средство.
Этот сигнал, представляющий информацию, подлежащую передаче на упомянутое железнодорожное транспортное средство, имеет вид, например, двоичной последовательности.
Возможная скорость передачи данных является достаточно высокой и ограничивается только продолжительностью периодов коммутации диода Шоттки и частотой чисто синусоидального сигнала.
Что касается порядка величины, может быть получена скорость порядка нескольких мегабит в секунду.
В качестве примера упомянутое устройство 8, генерирующее сигнал, представляющий подлежащую передаче информацию, может содержать устройство типа пикоконтроллера, запоминающего на запоминающем устройстве типа EEPROM кадр информации и генерирующего этот кадр в повторяющемся режиме в адрес упомянутого диода Шоттки, начиная с момента подачи на него энергии.
Могут быть использованы и другие соответствующие устройства, способные обеспечить поляризацию упомянутого диода Шоттки в ритме подлежащей передаче информации.
Поскольку энергия, присутствующая в резонирующей полости, весьма мала по величине и составляет порядка 40 дБ ниже уровня мощности, присутствующей в данном излучающем волноводе, имеется возможность разумно расположить устройство 8, генерирующее подлежащий передаче и представляющий определенную информацию сигнал, внутри резонирующей полости без оказания существенного влияния как на функционирование этого электронного контура, так и на резонанс в фундаментальном режиме резонирующей полости.
На фиг. 3C схематически представлена резонирующая полость и ее устройство, генерирующее подлежащий передаче и представляющий определенную информацию сигнал.
Электрическое питание устройства 8 генерирования подлежащего передаче и представляющего определенную информацию сигнала, например, от источника электропитания напряжением 5 В при токе порядка нескольких миллиампер в предпочтительном варианте реализации может осуществляться при помощи системы дистанционного питания посредством некоторого низкочастотного сигнала, функционирующего на частоте в несколько сотен килогерц или даже в несколько мегагерц.
На фиг. 4 представлен общий схематический вид устройства передачи информации в соответствии с предлагаемым изобретением и связанного с ним устройства дистанционного электропитания.
Упомянутый низкочастотный сигнал имеет магнитную связь с резонирующей полостью посредством двух резонирующих контуров 9 и 10А, 10В. В качестве примера первый резонирующий контур 9 последовательного типа связан с излучением энергии и второй резонирующий контур 10А, 10В параллельного типа связан с приемом энергии, причем излучение и прием этой энергии осуществляются на частоте дистанционного электропитания.
Контур излучения энергии 9 жестко связан с железнодорожным транспортным средством (на приведенных фигурах само это транспортное средство не показано) и постоянно генерирует некоторую относительно небольшую энергию, например, величиной менее одного ватта, предназначенную для, по меньшей мере, одного приемного контура энергии 10А, 10В, жестко связанного с данной резонирующей полостью 1.
Упомянутый контур приема энергии 10А, 10В системы дистанционного электропитания запитывает устройство 8 генерирования подлежащего передаче и представляющего определенную информацию сигнала при прохождении железнодорожного транспортного средства.
В этот момент и несмотря на то обстоятельство, что сверхвысокочастотное излучение, исходящее от блока излучения энергии 9, является плохо контролируемым и может распространяться при помощи отражения или дифракции достаточно далеко от резонирующей полости, несущий определенную информацию и предназначенный для передачи в направлении данного железнодорожного транспортного средства сигнал будет генерироваться только в том случае, когда упомянутое устройство 8 генерирования подлежащего передаче и несущего определенную информацию сигнала будет запитано при помощи системы дистанционного электропитания.
Защита от диафонии обеспечивается за счет того, что упомянутое сверхвысокочастотное излучение, исходящее от контура излучения энергии 9, представляет собой некоторый низкочастотный сигнал, амплитуда которого убывает в соответствии с законами магнитостатики, то есть обратно пропорционально кубу расстояния между передатчиком и приемником.
В соответствии с возможным вариантом реализации первый контур приема энергии 10А располагается на входной части резонирующей полости 1 и выдает при приближении или при удалении данного железнодорожного транспортного средства некоторое постоянное напряжение питания V1, а второй контур приема энергии 10В располагается в выходной части упомянутой резонирующей полости 1 и вырабатывает при удалении или при приближении данного железнодорожного транспортного средства некоторое постоянное напряжение питания V2.
Таким образом, устройство 8, генерирующее подлежащий передаче и представляющий определенную информацию сигнал, может быть непрерывно дистанционно запитываемо в процессе прохождения железнодорожного транспортного средства от входной к выходной части данной резонирующей полости или наоборот.
Переход от постоянного напряжения V1 к постоянному напряжению V2, или наоборот, может быть использован для генерирования сигнала прохождения соответствующего железнодорожного транспортного средства над данной резонирующей полостью.
Переход от постоянного напряжения V1 к постоянному напряжению V2 может также быть использован для генерирования сигнала, указывающего направление прохождения данного железнодорожного транспортного средства от "входа" к "выходу".
Переход от постоянного напряжения V2 к постоянному напряжению V1 может также быть использован для формирования сигнала, указывающего направление прохождения данного железнодорожного транспортного средства от "выхода" к "входу".
На фиг. 5 схематически представлен способ реализации устройства приема модулированной несущей волны, располагающегося на борту данного подвижного объекта.
Указанное приемное устройство 11 образовано антенной 12, соединенной с контуром 13 усиления, фильтрации на частоте несущего чисто синусоидального сигнала и детектирования его амплитуды. Назначение этого устройства состоит в том, чтобы обеспечить восстановление переданной информации.
Реферат
Изобретение касается устройства и способа передачи информации для системы с излучающим волноводом, а именно с волноводом, вдоль которого перемещается некоторый подвижный объект. Предлагаемое устройство передачи информации содержит средства для введения некоторой несущей немодулированной волны в упомянутый излучающий волновод, средства для точечного отбора вдоль упомянутого излучающего волновода некоторой части энергии упомянутой несущей немодулированной волны, средства модуляции для наложения на упомянутую несущую немодулированную волну некоторого модулирующего сигнала локального характера, представляющего определенную информацию, предназначенную для упомянутого подвижного объекта, средства для излучения в направлении упомянутого подвижного объекта упомянутой несущей модулированной волны. Техническим результатом является создание простой, автономной и имеющей минимальное число компонентов и соединений системы при отсутствии в ней постоянного источника энергии. 2 с. и 34 з.п. ф-лы, 5 ил.
