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应答器车载天线的优化研究
| 论文题名： | 应答器车载天线的优化研究 |
| 关键词： | 应答器系统;车载天线;高速铁路;仿真计算 |
| 摘要： | 为了满足日益紧张的交通需求，我国基于ETCS（欧洲列车控制系统）制定了CTCS（中国列车控制系统），并大力发展高速铁路建设。针对CTCS点式应答器系统在高速铁路中出现了的问题及车载天线损坏导致列车降级运行问题，本文分别提出了对车载天线进行优化研究和加载冗余车载天线的解决方法。本文研究内容主要有四方面: 1.分析了应答器系统的原理、需求及车载天线的一致性要求。分析了环形天线的特性，确定了影响车载天线性能的参量:介质材料、导体直径、天线形状、尺寸等。建立了应答器系统基础模型，为后面研究做准备。 2.基于应答器系统基础模型，分别选择银、紫铜、铝、黄铜作为车载天线材料进行仿真计算。比较各介质车载天线的近场波瓣图、增益及参考环线感应电流值。结果表明:材料介质对小环天线的电感影响较小。银天线性能最佳，紫铜天线性价比最高，因此选紫铜为车载天线最优材料。 3.理论分析确定了环形车载天线的最优导体是直径为20mm，厚度为1mm的铜管。在应答器系统基础模型的基础上，建立了正方形、矩形、圆形三种形状的车载天线及标准型、精简型参考环线两种情况下的应答器系统模型。基于OPTFEKO中的粒子群算法(PSO)对各模型中车载天线尺寸进行优化，分别确定了标准型参考环线和精简型参考环线两种情况下各形状车载天线的最优尺寸。比较各形状的最优尺寸天线近场波瓣图及相应参考环线感应电流值，确定最优车载天线的形状。优化结果表明:适用于标准型应答器的最优车载天线的形状为矩形，其尺寸为308mm*406mm。适用于精简型应答器的最优车载天线的形状为矩形，其尺寸为401mm*456mm。最后通过与其他车载天线相比较，验证标准型最优车载天线性能。 4.在标准型最优应答器系统模型的基础上加载冗余车载天线。根据应答器天线输入输出特性曲线，提出了一种计算车载天线有效作用范围的方法。分别研究冷备冗余和热备冗余车载天线处于不同安装距离时相应的车载天线有效作用范围。分别找出冷备冗余和热备冗余车载天线安装距离对车载天线有效作用范围产生影响的临界点即冗余车载天线与车载天线的最小安装距离。仿真结果表明，冷备冗余车载天线最小安装距离为1.12m，热备冗余车载天线的最小安装距离为3m。 本文提出了最优车载天线，有效提高了应答器系统的传输性能，并为CTCS规范统一起了一定的积极作用。冗余天线最小安装距离的确定，为加载冗余车载天线在工业上的应用提供了理论指导。 |
| 作者： | 龚水清 |
| 专业： | 智能交通工程 |
| 导师： | 刘中田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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