基于漏波电磁透镜的高速飞行列车无线接入研究
发布时间：2021-04-14 23:03
随着高速铁路近几年的迅猛发展,下一代交通技术也正渐渐突破桎梏.当前制约轮轨高铁发展的关键因素是稠密大气,真空管道高速飞行列车是一种新型轨道交通技术,它突破了介质限制,利用磁浮技术,可实现列车在接近真空的密闭管道中超高速（大于1 000 km/h）行驶.为解决列车运行在全封闭金属管道中,路边基站信号无法穿透管道壁与列车建立无线链路的问题,文中采用漏泄波导方式来实现管道内无线覆盖.通过特殊的漏泄波导缝隙设计,使得漏泄电磁波在管道腔体内以柱面波形式向列车辐射,从而有效抑制超高速带来的极高Doppler频移.在列车侧,提出一种车顶电磁介质透镜结构,漏泄波导辐射信号可透过透镜直达车内用户,从而实现车载结构与漏泄波导间有效的、无缝的上、下行通信.基于人工介质厚度与相位的定量关系来设计电磁透镜,使得电磁波透过透镜后从柱面波转化为平面波,从而实现更均匀的车厢内无线覆盖.
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
现有轨道交通的车地无线接入架构
如图2所示,列车运行方向与电磁波辐射方向始终成90°夹角,即θi=90°,代入式(1)可得fd=0,表明列车在行驶过程中,车上终端接收的信号始终无Doppler频移.为了验证这一现象,我们利用CST (computer simulation technology)仿真平台对漏泄波导近场的电波相位分布进行仿真. 仿真漏泄波导与接收天线的相对位置如图2所示,其中漏泄波导全长7 m,工作频率为1.875 GHz. 由于漏泄波导两端场分布极不稳定,为避免这种不稳定对相位分布造成影响,我们仿真时只采用中间3 m段的相位数据. 接收天线采用微带天线,在波导正下方40 cm处从右向左沿列车运行方向移动3 m,每隔10 cm记录一次相位数据. 得到的相位分布如图3所示,可见列车运行方向上相位分布均匀但具有一定的波动,这一波动产生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真条件与资源,我们只能对有限长漏泄波导进行仿真,这样就会产生截断效应,即在波导的两端会产生边缘电流,导致场分布会有波动;2) 电磁波在波导内部传播是有衰减的,随着漏泄缝隙与馈源距离越来越大,功率衰减也越来越大,导致缝隙漏泄场分布也发生变化. 有限仿真带来的问题在实际应用中将不复存在,而漏泄波导传播损耗是无法消除的,但我们可以设计缝隙,使衰减后的电磁波漏泄场分布保持不变,这样就能消除图3中的相位波动,从而有效抑制Doppler频移.
为了验证这一现象,我们利用CST (computer simulation technology)仿真平台对漏泄波导近场的电波相位分布进行仿真. 仿真漏泄波导与接收天线的相对位置如图2所示,其中漏泄波导全长7 m,工作频率为1.875 GHz. 由于漏泄波导两端场分布极不稳定,为避免这种不稳定对相位分布造成影响,我们仿真时只采用中间3 m段的相位数据. 接收天线采用微带天线,在波导正下方40 cm处从右向左沿列车运行方向移动3 m,每隔10 cm记录一次相位数据. 得到的相位分布如图3所示,可见列车运行方向上相位分布均匀但具有一定的波动,这一波动产生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真条件与资源,我们只能对有限长漏泄波导进行仿真,这样就会产生截断效应,即在波导的两端会产生边缘电流,导致场分布会有波动;2) 电磁波在波导内部传播是有衰减的,随着漏泄缝隙与馈源距离越来越大,功率衰减也越来越大,导致缝隙漏泄场分布也发生变化. 有限仿真带来的问题在实际应用中将不复存在,而漏泄波导传播损耗是无法消除的,但我们可以设计缝隙,使衰减后的电磁波漏泄场分布保持不变,这样就能消除图3中的相位波动,从而有效抑制Doppler频移.2.2 基于漏泄波导的车地接入
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空管道高速飞行列车车地无线通信技术[J]. 刘留,裘陈成,刘叶,韩柏涛,李铮,周涛. 北京交通大学学报. 2019(01)
[2]真空管道高速飞行列车车地宽带无线通信关键技术的思考[J]. 刘留,裘陈成,李铮,韩柏涛,刘叶,周涛. 铁道学报. 2019(01)
[3]超高速真空管道交通技术发展现状与趋势[J]. 金茂菁,黄玲. 科技中国. 2018(03)
博士论文
[1]高速移动条件下宽带无线接入关键技术的研究[D]. 刘留.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]一种C波段平面透镜天线的研究[D]. 胡宇义.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3138173
【文章来源】：电波科学学报. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
现有轨道交通的车地无线接入架构
如图2所示,列车运行方向与电磁波辐射方向始终成90°夹角,即θi=90°,代入式(1)可得fd=0,表明列车在行驶过程中,车上终端接收的信号始终无Doppler频移.为了验证这一现象,我们利用CST (computer simulation technology)仿真平台对漏泄波导近场的电波相位分布进行仿真. 仿真漏泄波导与接收天线的相对位置如图2所示,其中漏泄波导全长7 m,工作频率为1.875 GHz. 由于漏泄波导两端场分布极不稳定,为避免这种不稳定对相位分布造成影响,我们仿真时只采用中间3 m段的相位数据. 接收天线采用微带天线,在波导正下方40 cm处从右向左沿列车运行方向移动3 m,每隔10 cm记录一次相位数据. 得到的相位分布如图3所示,可见列车运行方向上相位分布均匀但具有一定的波动,这一波动产生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真条件与资源,我们只能对有限长漏泄波导进行仿真,这样就会产生截断效应,即在波导的两端会产生边缘电流,导致场分布会有波动;2) 电磁波在波导内部传播是有衰减的,随着漏泄缝隙与馈源距离越来越大,功率衰减也越来越大,导致缝隙漏泄场分布也发生变化. 有限仿真带来的问题在实际应用中将不复存在,而漏泄波导传播损耗是无法消除的,但我们可以设计缝隙,使衰减后的电磁波漏泄场分布保持不变,这样就能消除图3中的相位波动,从而有效抑制Doppler频移.
为了验证这一现象,我们利用CST (computer simulation technology)仿真平台对漏泄波导近场的电波相位分布进行仿真. 仿真漏泄波导与接收天线的相对位置如图2所示,其中漏泄波导全长7 m,工作频率为1.875 GHz. 由于漏泄波导两端场分布极不稳定,为避免这种不稳定对相位分布造成影响,我们仿真时只采用中间3 m段的相位数据. 接收天线采用微带天线,在波导正下方40 cm处从右向左沿列车运行方向移动3 m,每隔10 cm记录一次相位数据. 得到的相位分布如图3所示,可见列车运行方向上相位分布均匀但具有一定的波动,这一波动产生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真条件与资源,我们只能对有限长漏泄波导进行仿真,这样就会产生截断效应,即在波导的两端会产生边缘电流,导致场分布会有波动;2) 电磁波在波导内部传播是有衰减的,随着漏泄缝隙与馈源距离越来越大,功率衰减也越来越大,导致缝隙漏泄场分布也发生变化. 有限仿真带来的问题在实际应用中将不复存在,而漏泄波导传播损耗是无法消除的,但我们可以设计缝隙,使衰减后的电磁波漏泄场分布保持不变,这样就能消除图3中的相位波动,从而有效抑制Doppler频移.2.2 基于漏泄波导的车地接入
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空管道高速飞行列车车地无线通信技术[J]. 刘留,裘陈成,刘叶,韩柏涛,李铮,周涛. 北京交通大学学报. 2019(01)
[2]真空管道高速飞行列车车地宽带无线通信关键技术的思考[J]. 刘留,裘陈成,李铮,韩柏涛,刘叶,周涛. 铁道学报. 2019(01)
[3]超高速真空管道交通技术发展现状与趋势[J]. 金茂菁,黄玲. 科技中国. 2018(03)
博士论文
[1]高速移动条件下宽带无线接入关键技术的研究[D]. 刘留.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]一种C波段平面透镜天线的研究[D]. 胡宇义.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3138173
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