專利名稱：應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種點(diǎn)式應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，特別涉及一種為地面應(yīng)答器提供工作能量并接收其發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)鐵路的快速發(fā)展，我國(guó)制定了鐵路中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，其規(guī)劃中的中國(guó)列車控制系統(tǒng)CTCS(China Train Control System)是為保證列車安全運(yùn)行，并以分級(jí)形式滿足不同線路運(yùn)行需求的技術(shù)規(guī)范，是我國(guó)未來鐵路技術(shù)發(fā)展的方向，CTCS按照系統(tǒng)條件和功能共分5級(jí)，從0級(jí)到4級(jí)。CTCS中用于列車定位的關(guān)鍵設(shè)備是點(diǎn)式應(yīng)答器，所述的點(diǎn)式應(yīng)答器是一種原理上采用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備用于在特定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)車與地面間的相互通信。應(yīng)答器平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)列車駛過，靠接收車載傳輸模塊的功率而工作并同時(shí)發(fā)送調(diào)制編碼信息給車載傳輸模塊。車載設(shè)備的能量傳輸裝置就是產(chǎn)生并發(fā)送應(yīng)答器所需的能量給天線并接收應(yīng)答器發(fā)送的編碼信息給車載解碼單元。因此該設(shè)備重要的指標(biāo)是穩(wěn)定的輸出功率，高效率和可靠性。穩(wěn)定的輸出功率保證應(yīng)答器獲得穩(wěn)定的工作電源，高效率和可靠性保證設(shè)備在列車上適應(yīng)較惡劣的環(huán)境。因此，急需一種能隨時(shí)保持應(yīng)答器的能量傳輸裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，為地面應(yīng)答器提供足夠，可靠，穩(wěn)定的射頻能量。本實(shí)用新型所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置由信號(hào)產(chǎn)生單元、放大電路、 自動(dòng)電平控制電路、駐波檢測(cè)電路、收發(fā)隔離電路、溫度傳感器、溫度告警電路、控制電路、 駐波告警電路、收發(fā)天線和接收通道組成，信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大電路后輸出給發(fā)送收發(fā)天線；自動(dòng)電平控制電路在放大電路鏈路中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制輸出功率；駐波檢測(cè)電路在放大電路末級(jí)檢測(cè)輸出正向功率和反射功率給出駐波告警信號(hào)；溫度告警電路通過溫度傳感器的感應(yīng)電壓給出溫度告警信號(hào)；控制電路根據(jù)告警信號(hào)來控制功放管的電源實(shí)現(xiàn)功放保護(hù)；接收通道提供收發(fā)天線到車載主控板的4MHz信號(hào)通路；收發(fā)隔離電路給車載收發(fā)天線提供接收4MHz調(diào)制信號(hào)到車載解碼單元高隔離度的射頻通道。所述的放大電路由第一放大器，第二放大器，第三放大器組成，其中所述的第一放大器采用的是MMIC內(nèi)匹配的低噪放管SGA5389，采取有源偏置電路提供工作電壓，電容和電阻形成反饋穩(wěn)定該管的工作狀態(tài)；所述的第二放大器采用的是三菱的rd06hhfl場(chǎng)效應(yīng)管，輸出驅(qū)動(dòng)功率為1W，采用了串聯(lián)二極管的偏置電壓溫補(bǔ)工作電流；所述的第三放大器采用的是三菱的rd30hhfl場(chǎng)效應(yīng)管，輸出功率為20W，采用串聯(lián)二極管的偏置電壓溫補(bǔ)工作電流，采用使能的電源片來控制偏置電壓的關(guān)斷。[0010]所述的自動(dòng)電平控制電路由Pin 二極管電調(diào)衰減器、運(yùn)放比較放大器、正向功率檢波電路、RF放大器組成，其中，Pin 二極管電調(diào)衰減器為T型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。所述的收發(fā)隔離電路由T型的LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成，包括4MHz串聯(lián)諧振電路、27MHz 并聯(lián)諧振電路、27MHz串聯(lián)諧振電路及27MHz并聯(lián)諧振電路，在4MHz串聯(lián)諧振電路與27MHz 并聯(lián)諧振電路之間設(shè)置有收發(fā)天線端口，27MHz并聯(lián)諧振電路上連接有4MHz數(shù)據(jù)通道， 4MHz串聯(lián)諧振電路和27MHz并聯(lián)諧振電路接地線。所述的信號(hào)產(chǎn)生單元由27. 095MHz溫補(bǔ)型晶體振蕩器產(chǎn)生。所述的信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入放大器之前需要濾波電路進(jìn)行濾波，所述的濾波電路為電感和電容搭建的低通濾波電路，截止頻率為30MHz，二次諧波抑制度為30dB 以上。本實(shí)用新型所述的溫度告警和駐波告警信號(hào)返回給控制電路，通過控制電路控制第三放大器的柵極電壓來控制功放的工作。本實(shí)用新型所述的駐波檢測(cè)電路有定向耦合器，定向耦合采用的是兩個(gè)高頻高磁導(dǎo)率的磁芯繞制而成，能夠耦合出功放輸出的正向功率和反射功率。應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置的工作方式為27. 095MHz溫補(bǔ)型晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)衰減濾波后進(jìn)入放大電路，經(jīng)駐波檢測(cè)單元中的定向耦合器和收發(fā)隔離電路中的隔離器后送入射頻同軸電纜所接的車載天線。定向耦合器的正向功率檢波反饋給第二放大器的輸入端形成閉環(huán)控制的自動(dòng)電平控制電路，使得輸出功率穩(wěn)定。定向耦合器的正向功率，反向功率檢波電壓及溫度傳感器感應(yīng)電壓經(jīng)過運(yùn)放比較放大后得到該功率放大器的各種告警信號(hào)反饋給控制端控制整個(gè)功放的開關(guān)。輸出端接收射頻同軸電纜傳來的應(yīng)答器調(diào)制信號(hào)經(jīng)隔離器后傳給車載單元的解調(diào)模塊。本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，更注重功率放大器的穩(wěn)定性，定向耦合器，比較器， Pin 二極管形成自動(dòng)電平控制電路使得功放輸出的功率受到限制穩(wěn)定在所要求的輸出功率；功放的輔助告警電路比較完善，功放高溫，輸出端開路，輸出端短路，功放輸出功率過大過小，功放與車載天線匹配較差等各種情況都會(huì)反饋給控制端并由控制端來確定整個(gè)功放是否關(guān)斷；隔離電路由T型的LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成，具有較高的隔離度而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

圖1應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置組成示意圖。圖2應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置中駐波檢測(cè)電路的定向耦合器設(shè)計(jì)原理圖。圖3應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置中自動(dòng)電平控制電路示意圖。圖4應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置中隔離電路示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所述，本實(shí)用新型所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置由信號(hào)產(chǎn)生單元、放大電路、自動(dòng)電平控制電路、駐波檢測(cè)電路、收發(fā)隔離電路、溫度傳感器、溫度告警電路、控制電路、駐波告警電路、收發(fā)天線和接收通道組成，信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大電路后輸出給發(fā)送收發(fā)天線；自動(dòng)電平控制電路在放大電路鏈路中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制輸出功率；駐波檢測(cè)電路在放大電路末級(jí)檢測(cè)輸出正向功率和反射功率給出駐波告警信號(hào)；溫度告警電路通過溫度傳感器的感應(yīng)電壓給出溫度告警信號(hào)；控制電路根據(jù)告警信號(hào)來控制功放管的電源實(shí)現(xiàn)功放保護(hù)；接收通道提供收發(fā)天線到車載主控板的4MHz信號(hào)通路；收發(fā)隔離電路給車載收發(fā)天線提供接收4MHz調(diào)制信號(hào)到車載解碼單元高隔離度的射頻通道。所述的放大電路由第一放大器，第二放大器，第三放大器組成，其中第一放大器選用的是單片微波集成電路低噪聲放大管SGA5389，該管作為內(nèi)匹配管子比較容易針對(duì)50 歐姆系統(tǒng)調(diào)輸入輸出匹配。對(duì)放大管提供有源偏置的工作電壓，可以為該管提供比較穩(wěn)定的工作電壓，具有溫補(bǔ)作用。第二放大器搭建的驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單路，選用的是三菱的高頻場(chǎng)效應(yīng)管RD06hhfl，該管主要應(yīng)用于30MHz射頻信號(hào)的放大，6W的額定輸出功率可是使其能輕松輸出IW的驅(qū)動(dòng)功率。運(yùn)放，三極管，和Pin 二極管搭建的自動(dòng)電平控制電路通過對(duì)末級(jí)放大輸出功率的耦合電壓信號(hào)比較放大后自動(dòng)控制Pin 二極管的衰減度，使得第二放大器輸入信號(hào)的強(qiáng)度根據(jù)第三放大器輸出功率的強(qiáng)度而改變，使得器件本身變化，環(huán)境引起工作點(diǎn)變化的情況下，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)糾正偏移的電平回到要求的數(shù)值，使得整個(gè)放大器輸出功率穩(wěn)定，見圖3。第三放大器選用的是三菱的高頻場(chǎng)效應(yīng)管RD30hhfl，該管主要應(yīng)用于30MHz射頻信號(hào)的放大，30W的額定輸出功率可是使其能輕松輸出所需的20W功率。溫度傳感器，提供溫度報(bào)警電路所需的感應(yīng)電壓。通過使能的LDO電源芯片，可以根據(jù)控制信號(hào)確定是否提供該管的柵極電壓。如圖2所示，其應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置中駐波檢測(cè)電路的定向耦合器設(shè)計(jì)原理圖，為變壓器搭建的定向耦合器電路，選用的是高頻高磁導(dǎo)率的磁芯來確保定向耦合器的隔離度和耦合度。如圖3所示，所述的自動(dòng)電平控制電路由Pin 二極管電調(diào)衰減器、運(yùn)放比較放大器、正向功率檢波電路、RF放大器組成，其中，Pin 二極管電調(diào)衰減器為T型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。圖4為應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置中隔離電路示意圖，天線接收的4MHz信號(hào)通過該隔離電路送到車載接收電路。所述的收發(fā)隔離電路由T型的LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成，包括 4MHz串聯(lián)諧振電路、27MHz并聯(lián)諧振電路、27MHz串聯(lián)諧振電路及27MHz并聯(lián)諧振電路，在 4MHz串聯(lián)諧振電路與27MHz并聯(lián)諧振電路之間設(shè)置有收發(fā)天線端口，27MHz并聯(lián)諧振電路上連接有4MHz數(shù)據(jù)通道，4MHz串聯(lián)諧振電路和27MHz并聯(lián)諧振電路接地線。所述的信號(hào)產(chǎn)生單元由27. 095MHz溫補(bǔ)型晶體振蕩器產(chǎn)生。所述的信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入放大器之前需要濾波電路進(jìn)行濾波，所述的濾波電路為電感和電容搭建的低通濾波電路，截止頻率為30MHz，二次諧波抑制度為30dB 以上。本實(shí)用新型所述的溫度告警和駐波告警信號(hào)返回給控制電路，通過控制電路控制第三放大器的柵極電壓來控制功放的工作。本實(shí)用新型所述的駐波檢測(cè)電路有定向耦合器，定向耦合采用的是兩個(gè)高頻高磁導(dǎo)率的磁芯繞制而成，能夠耦合出功放輸出的正向功率和反射功率，。應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置的工作方式為27. 095MHz溫補(bǔ)型晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)衰減濾波后進(jìn)入放大電路，經(jīng)駐波檢測(cè)單元中的定向耦合器和收發(fā)隔離電路中的隔離器后送入射頻同軸電纜所接的車載天線。定向耦合器的正向功率檢波反饋給第二放大器的輸入端形成閉環(huán)控制的自動(dòng)電平控制電路，使得輸出功率穩(wěn)定。定向耦合器的正向功率，反向功率檢波電壓及溫度傳感器感應(yīng)電壓經(jīng)過運(yùn)放比較放大器后得到該功率放大器的各種告警信號(hào)反饋給控制端控制整個(gè)功放的開關(guān)。輸出端接收射頻同軸電纜傳來的應(yīng)答器調(diào)制信號(hào)經(jīng)隔離器后傳給車載單元的解調(diào)模塊。
權(quán)利要求1.應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置由信號(hào)產(chǎn)生單元、放大電路、自動(dòng)電平控制電路、駐波檢測(cè)電路、收發(fā)隔離電路、溫度傳感器、溫度告警電路、控制電路、駐波告警電路、收發(fā)天線和接收通道組成，信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大電路后輸出給發(fā)送收發(fā)天線；自動(dòng)電平控制電路在放大電路鏈路中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制輸出功率；駐波檢測(cè)電路在放大電路末級(jí)檢測(cè)輸出正向功率和反射功率給出駐波告警信號(hào)；溫度告警電路通過溫度傳感器的感應(yīng)電壓給出溫度告警信號(hào)；控制電路根據(jù)告警信號(hào)來控制功放管的電源實(shí)現(xiàn)功放保護(hù)；接收通道提供收發(fā)天線到車載主控板的4MHZ信號(hào)通路；收發(fā)隔離電路給車載收發(fā)天線提供接收4MHz 調(diào)制信號(hào)到車載解碼單元高隔離度的射頻通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的放大電路由第一放大器，第二放大器，第三放大器組成，其中所述的第一放大器采用的是MMIC內(nèi)匹配的低噪放管SGA5389，采取有源偏置電路提供工作電壓，電容和電阻形成反饋穩(wěn)定該管的工作狀態(tài)；所述的第二放大器采用的是三菱的rd06hhfl場(chǎng)效應(yīng)管，輸出驅(qū)動(dòng)功率為1W，采用了串聯(lián)二極管的偏置電壓溫補(bǔ)工作電流；所述的第三放大器采用的是三菱的rd30hhf 1場(chǎng)效應(yīng)管，輸出功率為20W，采用串聯(lián)二極管的偏置電壓溫補(bǔ)工作電流，采用使能的電源片來控制偏置電壓的關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的自動(dòng)電平控制電路由Pin 二極管電調(diào)衰減器、運(yùn)放比較放大器、正向功率檢波電路、RF放大器組成，其中，Pin 二極管電調(diào)衰減器為T型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的收發(fā)隔離電路由T型的LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成，包括4MHz串聯(lián)諧振電路、27MHz并聯(lián)諧振電路、27MHz 串聯(lián)諧振電路及27MHz并聯(lián)諧振電路，在4MHz串聯(lián)諧振電路與27MHz并聯(lián)諧振電路之間設(shè)置有收發(fā)天線端口，27MHz并聯(lián)諧振電路上連接有4MHz數(shù)據(jù)通道，4MHz串聯(lián)諧振電路和 27MHz并聯(lián)諧振電路接地線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的信號(hào)產(chǎn)生單元由27. 095MHz溫補(bǔ)型晶體振蕩器產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入放大器之前需要濾波電路進(jìn)行濾波，所述的濾波電路為電感和電容搭建的低通濾波電路，截止頻率為30MHz，二次諧波抑制度為30dB以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的溫度告警和駐波告警信號(hào)返回給控制電路，通過控制電路控制第三放大器的柵極電壓來控制功放的工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置，其特征在于，所述的駐波檢測(cè)電路有定向耦合器，定向耦合采用的是兩個(gè)高頻高磁導(dǎo)率的磁芯繞制而成，能夠耦合出功放輸出的正向功率和反射功率。
專利摘要本實(shí)用新型所述的應(yīng)答器車載設(shè)備的能量傳輸裝置由信號(hào)產(chǎn)生單元、放大電路、自動(dòng)電平控制電路、駐波檢測(cè)電路、收發(fā)隔離電路、溫度傳感器模塊、溫度告警模塊、控制模塊、駐波告警模塊、發(fā)送天線和接受通道組成。本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，更注重功率放大器的穩(wěn)定性，定向耦合器，比較器，pin二極管形成自動(dòng)電平控制電路使得功放輸出的功率受到限制穩(wěn)定在所要求的輸出功率；功放的輔助告警電路比較完善，功放高溫，輸出端開路，輸出端短路，功放輸出功率過大過小，功放與車載天線匹配較差等各種情況都會(huì)反饋給控制端并由控制端來確定整個(gè)功放是否關(guān)斷；隔離電路由T型的LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成，具有較高的隔離度而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H04B1/59GK202029872SQ20112011559
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
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