隨著高速鐵路近幾年的迅猛發(fā)展,下一代交通技術(shù)也正漸漸突破桎梏.當(dāng)前制約輪軌高鐵發(fā)展的關(guān)鍵因素是稠密大氣,真空管道高速飛行列車是一種新型軌道交通技術(shù),它突破了介質(zhì)限制,利用磁浮技術(shù),可實現(xiàn)列車在接近真空的密閉管道中超高速（大于1 000 km/h）行駛.為解決列車運行在全封閉金屬管道中,路邊基站信號無法穿透管道壁與列車建立無線鏈路的問題,文中采用漏泄波導(dǎo)方式來實現(xiàn)管道內(nèi)無線覆蓋.通過特殊的漏泄波導(dǎo)縫隙設(shè)計,使得漏泄電磁波在管道腔體內(nèi)以柱面波形式向列車輻射,從而有效抑制超高速帶來的極高Doppler頻移.在列車側(cè),提出一種車頂電磁介質(zhì)透鏡結(jié)構(gòu),漏泄波導(dǎo)輻射信號可透過透鏡直達車內(nèi)用戶,從而實現(xiàn)車載結(jié)構(gòu)與漏泄波導(dǎo)間有效的、無縫的上、下行通信.基于人工介質(zhì)厚度與相位的定量關(guān)系來設(shè)計電磁透鏡,使得電磁波透過透鏡后從柱面波轉(zhuǎn)化為平面波,從而實現(xiàn)更均勻的車廂內(nèi)無線覆蓋. 

【文章來源】：電波科學(xué)學(xué)報. 2020,35(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

現(xiàn)有軌道交通的車地?zé)o線接入架構(gòu)

如圖2所示,列車運行方向與電磁波輻射方向始終成90°夾角,即θi=90°,代入式(1)可得fd=0,表明列車在行駛過程中,車上終端接收的信號始終無Doppler頻移.為了驗證這一現(xiàn)象,我們利用CST (computer simulation technology)仿真平臺對漏泄波導(dǎo)近場的電波相位分布進行仿真. 仿真漏泄波導(dǎo)與接收天線的相對位置如圖2所示,其中漏泄波導(dǎo)全長7 m,工作頻率為1.875 GHz. 由于漏泄波導(dǎo)兩端場分布極不穩(wěn)定,為避免這種不穩(wěn)定對相位分布造成影響,我們仿真時只采用中間3 m段的相位數(shù)據(jù). 接收天線采用微帶天線,在波導(dǎo)正下方40 cm處從右向左沿列車運行方向移動3 m,每隔10 cm記錄一次相位數(shù)據(jù). 得到的相位分布如圖3所示,可見列車運行方向上相位分布均勻但具有一定的波動,這一波動產(chǎn)生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真條件與資源,我們只能對有限長漏泄波導(dǎo)進行仿真,這樣就會產(chǎn)生截斷效應(yīng),即在波導(dǎo)的兩端會產(chǎn)生邊緣電流,導(dǎo)致場分布會有波動;2) 電磁波在波導(dǎo)內(nèi)部傳播是有衰減的,隨著漏泄縫隙與饋源距離越來越大,功率衰減也越來越大,導(dǎo)致縫隙漏泄場分布也發(fā)生變化. 有限仿真帶來的問題在實際應(yīng)用中將不復(fù)存在,而漏泄波導(dǎo)傳播損耗是無法消除的,但我們可以設(shè)計縫隙,使衰減后的電磁波漏泄場分布保持不變,這樣就能消除圖3中的相位波動,從而有效抑制Doppler頻移.

為了驗證這一現(xiàn)象,我們利用CST (computer simulation technology)仿真平臺對漏泄波導(dǎo)近場的電波相位分布進行仿真. 仿真漏泄波導(dǎo)與接收天線的相對位置如圖2所示,其中漏泄波導(dǎo)全長7 m,工作頻率為1.875 GHz. 由于漏泄波導(dǎo)兩端場分布極不穩(wěn)定,為避免這種不穩(wěn)定對相位分布造成影響,我們仿真時只采用中間3 m段的相位數(shù)據(jù). 接收天線采用微帶天線,在波導(dǎo)正下方40 cm處從右向左沿列車運行方向移動3 m,每隔10 cm記錄一次相位數(shù)據(jù). 得到的相位分布如圖3所示,可見列車運行方向上相位分布均勻但具有一定的波動,這一波動產(chǎn)生主要是由以下原因造成:1) 受限于仿真條件與資源,我們只能對有限長漏泄波導(dǎo)進行仿真,這樣就會產(chǎn)生截斷效應(yīng),即在波導(dǎo)的兩端會產(chǎn)生邊緣電流,導(dǎo)致場分布會有波動;2) 電磁波在波導(dǎo)內(nèi)部傳播是有衰減的,隨著漏泄縫隙與饋源距離越來越大,功率衰減也越來越大,導(dǎo)致縫隙漏泄場分布也發(fā)生變化. 有限仿真帶來的問題在實際應(yīng)用中將不復(fù)存在,而漏泄波導(dǎo)傳播損耗是無法消除的,但我們可以設(shè)計縫隙,使衰減后的電磁波漏泄場分布保持不變,這樣就能消除圖3中的相位波動,從而有效抑制Doppler頻移.2.2 基于漏泄波導(dǎo)的車地接入

【參考文獻】：
期刊論文
[1]真空管道高速飛行列車車地?zé)o線通信技術(shù)[J]. 劉留,裘陳成,劉葉,韓柏濤,李錚,周濤.  北京交通大學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[2]真空管道高速飛行列車車地寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)的思考[J]. 劉留,裘陳成,李錚,韓柏濤,劉葉,周濤.  鐵道學(xué)報. 2019(01)
[3]超高速真空管道交通技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 金茂菁,黃玲.  科技中國. 2018(03)

博士論文
[1]高速移動條件下寬帶無線接入關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 劉留.北京交通大學(xué) 2010

碩士論文
[1]一種C波段平面透鏡天線的研究[D]. 胡宇義.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3138173