DE2555909C3 - Einrichtung zur Nachrichtenübertragung zwischen eine m mit einer Antenne versehenen spurgebundenen Fahrzeug und einem parallel zur Fahrspur angeordneten Hohlleiter - Google Patents
Einrichtung zur Nachrichtenübertragung zwischen eine m mit einer Antenne versehenen spurgebundenen Fahrzeug und einem parallel zur Fahrspur angeordneten HohlleiterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nachrichtenübertragung
zwischen einem mit einer Antenne versehenen spurgebundenen Fahrzeug und einem parallel zur Fahrspur angeordneten Hohlleiter,
in dem eine elektromagnetische Welle geführt ist.
Mit Einrichtungen de; genannten Art sollen Nachrichten,
die ein breites Frequenzband erfordern, wie z. B. Fernsehbilder und/oder eine Vielzahl von Meßdaten
und Gesprächen von und zu einem spurgebundenen Fahrzeug nut Hilfe einer parallel zur Fahrspur
angeordneten Leiteranordnung und einer mit dem elektromagnetischen Feld dieser Leiteranordnung gekoppelten
Fahrzeugantenne übertragen werden. Dabei darf weder eine Störung anderer Funkdienste hervorgerufen
werden mich eine Störung der Einrichtung
durch fremde Funkdienste möglich sein.
Für den vorstehend genannten Anwendungszweck scheiden bekannte Nachricbte.nübertragungsmittel
der Funk- und Fernsehtechnik wegen ihrer hohen Störstrahlung aus. Um die Störstrahlung niedriger zu
halten, wurden deshalb bereits Leiteranordnungen parallel zur Fahrspur eines spurgebundenen Fahrzeugs
vorgeschlagen, die mit einer an ihnen entlanggeführten Fahrzeugantenne gekoppelt sind. Derartige
Leiteranordnungen, auf die nachfolgend näher eingegangen wird, haben alle den Nachteil, daß sie im weiteren
Sinne Sendeantennen darstellen, die im wesentlichen nur eine Nachrichtenübermittlung von der
Leiteranordnung zum Fahrzeug, jedoch nicht in um-
!j gekehrter Richtung zulassen. Ihre Anwendung ist ferner
dadurch eingeschränkt, daß bei ihrer Anwendung eine ausreichende Abschirmung für die abgestrahlten
elektromagnetischen Wellen, beispielsweise durch Fahrzeuge oder einen U-Bahn-Schacht gegeben ein
muß. Eine Nachrichtenübertragung vom Fahrzeug zur Leiteranordnung ist nicht oder nur mit einer erheblichen
Störstrahlung der fahrzeugscitigen Einrichtung möglich.
Aus der DE-AS 2 129 091 ist z. B. bekannt, als Leiteranordnung
ein Koaxialkabel mit einem geschlitzten Außenleiter zu verwenden. Dabei sind benachbarte
Schlitze symmetrisch in bezug auf eine zwischen ihnen und senk-echt zur Achse des Koaxialkabels verlaufende
Mitteiebene angeordnet, und die Projektionen der Mittellinien der Schlitze werden durch parallel zur
Achse verlaufende Linien begrenzt. Eine Leiteranordnung in Form eines Koaxialkabels mit geschlitztem
Außenleiter, die auch unter dem Begriff »Leckkabel« oder »abstrahlende Hochfrequenzleitung« bekannt
ist, ermöglicht zwar eine zusätzliche Informationsübertragung auch über größere Entfernungen, doch
ist infolge des Heraustretens und der Abstrahlung eines Teils der im Koaxialkabel geführten Energie durch
die Schlitze im Außenleiter die Kabeldämpfung sehr
.0 hoch. Sie beträgt bei einer Betriebsfrequenz von 100
MHz etwa 25 dB/km und steigt bei 500 MHz auf ungefähr 100 dB/km an. Somit sind kurze Verstärkerabstände
erforderlich. Bei Übertragung über größere Entfernungen benötigt man daher eine Vielzahl von
Verstärkern. Um die postalischen Störstrahlungsgrenzen einhalten zu können, dürfen nur geringe Leistungen
eingespeist werden, da sonst durch die Ab-. Strahlung von Hochfrequenzenergie die übrigen
Funkdienste gestört würden. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß zwischen dem mit einzelnen Schlitzen
versehenen Koaxialkabel und der Fahrzeugantenne eine hohe Grunddämpfung besteht.
Typische Koppeldämpfungen zwischen der Amplitude der im Koaxialkabel geführten Welle und dem
von der Fahrzeugantenne aufgenommenen Signal sind Werte von 60 dB bei 50 cm Abstand. Bei kleineren
Abständen ist die Kopplungsdämpfung nur unwesentlich geringer. Eine Datenübertragung vom Fahrzeug
über das mit Schlitzen versehene Koaxialkabel zur ortsfesten Station ist deshalb nicht möglich, weil nur
ein sehr geringer Teil der von der Sendeantenne am Fahrzeug abgestrahlten Energie vom geschlitzten Koaxialkabel
aufgenommen wird. Außerdem würden bei Abstrahlung einer höheren Leistung über die Sendeantenne
am Fahrzeug die zulassigen Störstrahlungswerte
weit überschritten.
Aus den gleichen Gründen wie oben kommt auch die Verwendung eines Koaxialkabels bzw. eines Ka-
bels der in der US-PS 3731314 beschriebenen Art,
dessen Außenleiter in axialer Richtung einen durchgehenden Schlitz aufweist, für die Nachrichtenübertragung
bei Schienenfahrzeugen nicht in Betracht. Ein derartiges Koaxialkabel eignet sich nur für Fernsehübertragungen
in Bahnhöfen, in d.nen lediglich ein Fernsehbild des Bahnsteiges zum Fahrerstand übertragen
wird und kein Informationsfluß in umgekehrter
Richtung erfolgt. Außerdem ist die Koppelst-ecke zwischen dem Koaxialkabel und der Fahrzeugantenne
auf die Länge des Bahnsteiges beschränkt. Die Fernsehübertragungsanlage
braucht erst beim Einfahren des Zuges eingeschaltet zu werden. Ist der Zug in den
Bahnhof eingefahren, so wird zumindest ein großer Teil des geschlitzten Koaxialkabels durch die Länge
des Zuges überdeckt, wobei durch das Fahrgestell und
die Räder eine gewisse Abschirmung erfolgt und dadurch die Abstrahlung nach außen vermindert wird.
Für eine Informationsübertragung in bellen Richtungen und über große Entfernungen auf freier Strecke
sind geschlitzte Koaxialkabel wegen der Kabeldämpfung und der austretenden Störstrahlung sowie der
hohen Grunddämpfung zwischen Koaxialkabel und Fahrzeugantenne nicht geeignet. Insbesondere bei
hohen Trägerfrequenzen, die für Signale mit großer Bandbreite verwu ι niet werden müssen, beschränkt die
hohe Leitungsdämpfung die Maximallänge c iner Leitung ohne Zwischenverstärkung auf wenige hundert
Meter, vgl. O. Breitenbach und G. Stitz, »Unterirdische Funkübertragung mit abstrahlenden Hochfrequenzleitungen«,
Sonderdruck der Firma Kabel und Metallwerke, Gute Hoffnungshütte AG. Ferner ist noch zu berücksichtigen, daß sich in der Umgebung
eines geschlitzten Koaxialkabels infolge der Abstrahlung durch Reflexion am Boden oder an Gegenständen
Interferenzfelder ausbilden, wodurch örtlich starke Schwankungen der Feldverteilung entstehen.
Schwankungen von 30 dB sind übliche Werte. Bei der Übertragung von Sprache reicht die Redundanz meist
zur Verständigung aus, bei der Datenübertragung oder bei Fernsehsignalen sind diese bei schneller Bewegung
sehr kurzzeitigen Schwankungen nicht zulässig.
Die in der Fernsehtechnik übliche hochfrequente drahtlose Sende-Empfangstechnik scheidet für eine
Nachrichtenübertragung bei Schienenfahrzeugen schon deshalb aus, weil der benötigte breite Frequenzbereich
von den zuständigen Behörden nicht zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Nachrichtenübertragung bei Schienenfahrzeugen
über große Entfernungen mit einer Übertragungsbandbreite von einigen MHz anzugeben,
die sowohl eine Informationsübertragung von der ortsfesten Station zum Fahrzeug als auch in umgekehrter
Richtung gestattet und keine Störstrahlung abstrahlt, die andere Funkdienste stört.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung zur Nachrichtenübertragung bei Schienenfahrzeugen
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiteranordnung ein längsgeschlitzter,
rechteckförmiger Hohlleiter ist, daß die Antenne in den Längsschlitz des Hohlleiters eintaucht,
und daß der Rand des Längsschlitzes eine Aut biegung aufweist.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Unteransprüchcn.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß das Wellenfeld der H;„-Welie des Rechteckhohlleiters
nur innerhalb der Struktur geführt wird und durch die Aufbiegung des Randes des Längsschlitzes
das Wellenfeld im Längsschlitz >-nach außenexponentiell abklingt. Somit wird kein elektromagnetisches
Feld in den freien Raum abgestrahlt. Der Hohlleiter weist eine geringe Dämpfung von ca. 5-1 ü
dB/km auf. Damit sind verstärkerfre-ie Streckenlängen
von KJ bis 20 km möglich. D.c Fahrzeugantenne
ίο ist eng mit dem Wellenfeld im Hohlleiter verkoppelt.
Dadurch ist es möglich, daß nahezu die gesamte im Hohlleiter geführte Leistung ausgekoppelt wird und
umgekehrt, ohne Abstrahlung in den freien Raum. Information vom Fahrzeug in den Wellenleiter einkoppelbar
ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Nachrichtenübertragung bei Schienenfahrzeugen
weist somit einen guten Wirkungsgrad auf. Außerdem können gleichzeitig mehrere Informationen getrennt
auf verschiedenen Trägerfrequenzen unabhängig voneinander übertragen werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Nachrichtenübertragung kann überall dort eingesetzt werden,
wo von einer ortsfesten Station Daten, Fernsehbilder oder Befehle zu einem ortsveränderlichen Objekt, das
sich entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn bewegt, insbesondere bei Schienenbahnen. Hochleistungsschnellbahnen.
Raketenschlitten. Fördereinrichtungen usw. und in urngekehrter Richtung
übermittelt werden müssen. Insbesondere bei Hochleistungsschnellbahnen
mit Magnetkissen und Antrieb durch Linearmotor bietet die Verwendung der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Nachrichtenübertragung wesentliche Vorteile. Durch schnell wechselnde
Magnetfelder können in Zweidrahtleitungen, wie beispielsweise geschlitzten Koaxialkabeln, hohe Störspannungen
induziert werden, die in den Empfängern und Umsetzern Störungen bewirken. Bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Nachrichtenübertragungdagegen stellt der Hohlleiter einen Hochpaß dar.
der alle Signale unterhalb seiner kritischen Frequenz
nicht weiterleitet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Nachrichtenübertragung mit einem rechteckförmigen,
längsgeschlitzten Hohlleiter mit Aufbiegungen und eine in den Schlitz des Hohlleiters hineinragende
Fahrzeugantenne.
Der Hohlleiter 1 hat einen annähernd rechteckigen Querschnitt 2 und ist parallel zu einer durch einen
Pfeil I dargestellten Rewegungsbahn eines spurgebundenen Fahrzeuges angeordnet, von dem nur die
mit einer Zuleitung 3 versehene Antenne 4 gezeigt ist. An einer Breitseite 5 erstreckt sich über die gesamte
Länge des Hohlleiters 1 ein Längsschlitz 6, durch den die Antenne 4 in den Hohlleiter 1 eintaucht. Entlang
des Längsschlitzes 6 weist die Wand des Hohlleiters 1 beidseitig eine Aufbiegung 7 in Form eines Kragens
auf. Die Innenabmessungen des Hohlleiters 1 sind so gewählt, daß der lichte Abstand zwischen den beiden
Längsseiten b größer ist als die halbe Freiraumwelleniänge
der im Hohlleiter geführten elektromagnetisehen Welle. Somit ist im längsgeschlitzten Hohlleiter
1 ein der H111-WeIIe im Rechteckhohlleiter
ähnliches Wellenfeld ausbreitungsfähig. Die Richtung der elektrischen Feldstärke der H111-WeIIe im Hohllei-
tor 1 verläuft parallel zu den Seitenwänden 8 und ist
senkrecht zu den Wanden 5 gerichtet. Sie erreicht in der Eintauchebene der Antenne 4 ihren Maximalwert.
Das Wellenfcld im Hohlleiter 1 weist im Gegensatz zum Feld eines geschlitzten Koaxialkabels auch
magnetische Längsfeldstärken auf. Alle Feldstärken klingen im Längsschlitz 6 in Richtung nach außen exponentiell
ab, und zwar je schneller, desto enger der Längsschlitz 6 ist und um so mehr, je höher die AuI-biegung
7 ist. Die Breite des Längsschlitzes 6 beträgt z. B. in der Figur ungefähr 1Z5 der Breite der Wand 5
des Hohlleiters 1. Die Höhe der Aufbiegung 7 ist ungefähr gleich der Breite des Längsschlitzes 6. Bei dieser
Dimensionierung ist die Dämpfung des geschützlen
Homieilcis i nahezu gleich derjenigen eines
ungeschlitzten Hohlleiters. Die abgestrahlte Leistung
ist somit vernachlässigbar klein. Durch das Eintauchen der Antenne 4 in den Hohlleiter 1 ist die Antenne
4 mit dem Feld der H111-WeIIe fest verkoppelt.
Die Koppeldämpfung beträgt weniger als 5 dB. Der Hohlleiter 1 besteht aus einem mechanisch stabilen
Material, und seine Innenwände weisen eine ca. 50 μπι
starke Kupferschicht auf, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten. Bei kürzeren Leitungslängen kann
auch ein Hohlleiter 1 aus Aluminium oder verzinktem Eisenblech Verwendung finden. Während für einen
kupferplattierten Hohlleiter 1 bei einer Betriebsfrequenz
von 1,5 GHz und Hohlleiterinnenahmessungen von 20 cm X 15 cm typische Dämpfungswerte bei 5
dB/km liegen, betragen sie bei Hohlleitern 1 aus Aluminium oder verzinktem Eisenblech ca. 10 dB/km bei
gleicher Betriebsfrequenz und gleichen Abmessungen. Ohne Beeinträchtigung der Hohlleitereiger,-schaften
können eine Ober- und Unterseite 5 einen stumpfen Winkel gegen die Seitenwände 8 einschließen.
Zweckmäßigerweise ist ferner der Hohlleiter 1 aus zwei Hälften zusammengesetzt. Er ist dadurch einfacher
herzustellen. Infolge der stumpi_>n Winkel können die beiden Hälften leicht ineinandergelegt und
gestapelt werden, wodurch die Lagerhaltung erleichtert wird. Da die H,„-Weile an der Trennfuge 9 keine
Querströme aufweist, können die beiden Hälften des Hohlleiters 1 in einfacher Weise zusammengeklemmt,
geschraubt oder genietet werden. Durch den Schlitz 6 taucht die mit der Zuleitung 3 versehene Antenne 4
unten in den Hohlleiter 1 ein. Die Aufbiegung 7 weist noch eine weitere, vornehmlich zur Versteifung dienende
Umgebung 10 auf, die in einer Ebene parallel zur Breitseite des Hohlleiters 1 verläuft.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist ferner der Längssehlit/. 6 durch ein eingelegtes, U-lörmiges
ία Kunststoffprofil 11, das in den Hohlleiter 1 hineinragt,
abgeschlossen. Der verbleibende Bereich 12 des Hohlleiters 1 ist mit einem Material mit kleiner Dielektrizitätszahl
und geringen Verlusten ausgeschäumt. Der Vorteil dieser Ausschäumung liegt
-,=·, darin, daß das Eindringen von Wasser, Schmutz und
Fremdkörpern weitgehend vermieden ist. Durch die Ausschäumung wird auch die mechanische Festigkeit
erhöht. Der Hohlleiter 1 kann aber selbstverständlich auch ohne Dielektrikum betrieben werden. Die Antenne
4 kann beispielsweise als symmetrisch gespeiste Koppelschleife ausgebildet sein. Damit sich auf der
Zuleitung 3 keine Mantelwellen ausbreiten können, weist der Außenleiter der Zuleitung 3 eine Sperreinrichtung,
ζ. B. in Form eines Sperrtopfes 13 auf. Im Bedarfsfalle ist es möglich, die Antenne 4 als Richtantenne
zum Senden und Empfangen in nur einer Richtung auszubilden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Nachrichtenübertragung kann auch zur Bestimmung des
Standortes und für Geschwindigkeitsmessungen bei einem ortsveränderlichen Objekt benutzt werden. Die
Bestimmung des Standortes eines ortsveränderlichen Objekts erfolgt beispielsweise durch Abzählen iler
durchfahrenen Minima eines im Hohlleiter 1 erzeugten stehenden Wellenfeldes oder durch Laufzeitmessung
mit Hilfe eines im ortsveränderlichen Objekt eingebauten, der Antenne 4 nachgeschalteten Transponders.
Geschwindigkeitsmessungen erfolgen dabei 7. B. durch Bestimmung der Dopplerverschiebung der
4,3 empfangenen Signale. Die Ansprüche 2 bis S sind von
einem selbständigen Schutz ausgenommen, sie kön nen nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch geltend
gemacht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Einrichtung zur Nachrichtenübertragung zwischen einem mit einer Antenne versehenen
spurgebundenen Fahrzeug und einem parallel zur Fahrspur angeordneten Hohlleiter, gekennzeichnet
durch die Kombination der folgenden Merkmale:
a) der Hohlleiter (1) hat einen Längsschlitz (6), dessen Ränder nach außen gerichtete Aufbiegungen
(7) aufweisen, die so dimensioniert sind, daß ein Austreten des elektromagnetischen
Wellenfeldes verhindert wird und
b) die Antenne (4) ist derart am Fahrzeug angeordnet, daß sie durch den Längsschlitz (6)
in den einen annähernd reckteckförmigen Querschnitt aufweisenden Hohlleiter (1)
hineinragt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseiten (5)
des Hohlleiters stumpfe Winkel gegen die Seitenwände (8) einschließen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlleiter (1) aus zwei Hälften zusammengesetzt ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (1) aus Kunststoff besteht und die Innenwand mit
elektrisch gut leitendem Material plattiert ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz (6) durch ein U-förmiges, in den Hohlleiter (1)
hineinragendes Kunststoffprofil (11) abgeschlossen ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1. bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (1) teilweise mit einem Dielektrikum (12) ausgeschäumt
ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (4) als Richtantenne
für Empfang oder Senden in vorwiegend einer Richtung ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenzuleitung
(3) Vorrichtungen (13) zur Sperrung oder Dämpfung von Mantelwellen aufweist.
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