Was ist eine Schienenantenne? Der vollständige Leitfaden

Mit dem technologischen Fortschritt und dem schnelllebigen modernen Lebensstil wird auch die Bahnindustrie immer fortschrittlicher und bewegt sich auf intelligente Bahnsysteme zu. Bahnantennen sind in den heutigen Bahnsystemen eine Notwendigkeit für eine effiziente und zuverlässige Communication geworden. Dieser Artikel bietet einen gründlichen Überblick über Bahnantennen und erörtert ihre Konstruktion, Funktionalität, Anwendungen, Vorteile und ihre Auswirkungen auf die Bahnindustrie, wobei auch einige Fallstudien aus der Praxis betrachtet werden.

Einführung in Schienenantennen

Zuverlässige und effiziente communication ist eine absolute Notwendigkeit für den reibungslosen und stabilen Betrieb der meisten modernen Bahnsysteme. Bei der großen Anzahl korrelierter Komponenten in einem Bahnsystem, wie z. B. Signalsysteme, Alarmsysteme, Fahrkartenverkauf, Videoüberwachung, Verkehrsmanagement usw., ist es entscheidend, eine robuste communication-Lösung zu implementieren. Ein Mangel an angemessener communication in einem Eisenbahnsystem kann zu vielen Problemen führen, einschließlich Risiken in Bezug auf Betrieb, Sicherheit und Sicherheitsaspekte.

Schienenantennen spielen eine entscheidende Rolle in all diesen communication-Systemen der Bahn. Sie sind die Kernkomponenten der communication-Systeme, und die Leistung der gesamten Anlage kann in hohem Maße von der Leistung der Antenne abhängig sein. Bahnantennen sind speziell für verschiedene communication-Anwendungen entwickelt worden, wie z.B. omnidirektionale Dachantennen für die communication zwischen fahrenden Zügen, Betriebszentralen und Bahnhöfen, sowie interne Antennen für WiFi innerhalb von Waggons und multi-polarisierte Antennen. In Eisenbahnsystemen werden Antennen hauptsächlich in Eisenbahnanzeigern, Überwachungs-, Navigations- und Kommkommunikationssystemen für Fahrgäste eingesetzt.

Grundlegende Definition von Schienenantennen

Bahnantennen sind Geräte, die in der Bahnindustrie eingesetzt werden, um eine vernetzte Umgebung sowohl für die Fahrgäste als auch für die betrieblichen Aufgaben zu schaffen. Der am häufigsten benötigte Typ von Bahnantennen ist die Dachantenne, die eine äußerst wichtige Komponente in Zügen ist. Sie ist für die Kommunikation mit anderen fahrenden Zügen und Bahnhöfen sowie mit den Betriebszentralen unerlässlich, um die erforderlichen Signale für Zugführer und Fahrgäste zu leiten und bereitzustellen.

Schienenantennen funktionieren ähnlich wie jede andere Antenne. Eine sendende Schienenantenne strahlt eine elektromagnetische Welle aus, die in einem nahe gelegenen Leiter einen elektrischen Strom induzieren kann. Bei einer empfangenden Schienenantenne wird das angelegte elektromagnetische Feld über die gesamte Länge der Antenne verteilt, um das Signal zu empfangen. Schienenantennen werden in der Regel so hoch wie möglich angebracht, um die Beeinträchtigung durch andere Signale zu minimieren.

Aufbau und Struktur

Bei der Konstruktion einer Schienenantenne müssen die physikalischen Größenbeschränkungen des Daches eines Zuges berücksichtigt werden. Der Raum zwischen den äußeren Abmessungen des Zuges und der maximal zulässigen Spurweite ist begrenzt. Daher sollte eine Bahnantenne so klein wie möglich sein, ohne die Leistung oder Funktionalität der Antenne zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen sind Bahnantennen etwa 40mm bis 80mm hoch und werden für den Betrieb mit verschiedenen Kommunikationssystemen wie GSM-R, UMTS, LTE, LTE MIMO, WiFi 2.4/5GHz, usw. gebaut.

In der Regel werden Rundstrahlantennen für den Einsatz in Zügen konzipiert, da sich Bahnhöfe, Betriebszentren und andere fahrende Züge in jeder Richtung befinden können und eine effiziente Ko1TP15Kommunikation erforderlich ist. Die Grundfläche einer Schienenantenne sollte idealerweise eine große, flache, horizontale Metallplatte sein, die sich über der Höhe aller anderen Objekte auf dem Zug befindet. Bahnantennen sollten so weit wie möglich von Hindernissen auf den Zugdächern, wie z. B. Klimaanlagen, entfernt sein, da diese die Antennenleistung erheblich beeinträchtigen können. Eine weitere wichtige Anforderung bei der Konstruktion von Bahnantennen ist, dass sie auch rauen Witterungsbedingungen standhalten müssen, da sie regelmäßig starkem Wind, hohen Temperaturen, starker Abnutzung usw. ausgesetzt sind.

Arten von Schienenantennen

Bei den Antennen für den Schienenverkehr gibt es viele verschiedene Arten von Antennen. Je nach Anwendungsfall können sie hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt werden: Antennen auf den Dächern der Züge, Antennen in den Zügen und Antennen in den Bahnhöfen.

Antennen, die auf den Dächern von Zügen angebracht sind, sind in der Regel omnidirektional oder bidirektional. Omnidirektionale Bahnantennen strahlen die Signale gleichmäßig in alle Richtungen ab. Sie bieten eine umfassende Abdeckung rund um den Zug. Daher sind sie eine nützliche und vielseitige Lösung für alle allgemeinen Kommunikationsanforderungen in Zügen, z. B. für die Bereitstellung von Echtzeit-Standortinformationen, die Übertragung und den Empfang von Betriebsinformationen, die Verfolgung und Überwachung usw. Bidirektionale Schienenantennen bieten eine Abdeckung von vorne nach hinten oder von Seite zu Seite.

Diese Bahnantennen kombinieren in der Regel mehrere communication-Technologien, um die besonderen Anforderungen von Bahnsystemen zu erfüllen. Wenn man also die Arten von Bahnantennen betrachtet, gibt es WiFi- und Mobilfunkantennen, GPS-Antennen, multipolarisierte Antennen, MIMO-Antennen, usw., und Antennen, die mit mehreren dieser Technologien gleichzeitig kompatibel sind.

Antennen, die in Bahnhöfen eingesetzt werden, können entweder Richt- oder Rundstrahlantennen sein. Richtantennen strahlen Signale in eine einzige Richtung ab. Sie können nützlich sein, um einen höheren Gewinn für bestimmte Abdeckungsbereiche zu erzielen. Sie sind ideal für die streckenseitige Communication, um Signale, Ortungsinformationen usw. effizient zu senden und zu empfangen. Omnidirektionale Bahnhofsantennen bieten eine breitere Abdeckung und sind daher ideal für die Zugleitungskommkommunikation, Fahrgastinformationssysteme und den Datenaustausch zwischen Bahnhöfen und Zügen. Bahninterne Antennen werden in der Regel für den Aufbau eines drahtlosen Netzes verwendet, um den Fahrgästen und dem Personal an Bord eine Internetverbindung zu ermöglichen.

Technische Daten

Bahnantennen müssen zuverlässig funktionieren, während der Zug durch verschiedene Netzumgebungen fährt. Daher sind Bahnantennen so konzipiert, dass sie mit mehreren Technologien wie 4G und anderen Mobilfunknetzen, GPS, WiFi usw. kompatibel sind. Bahnantennen unterstützen heute in der Regel mehrere Mobilfunknetze, darunter 5G, 4G und LTE, und arbeiten sowohl in lizenzierten als auch in nicht lizenzierten Frequenzspektren. WiFi-unterstützte Bahnantennen, in der Regel interne Zugantennen, arbeiten sowohl im 2,4-GHz- als auch im 5GHz-Frequenzbereich.

Diese Antennen nutzen moderne Technologien wie MIMO und Beamforming-Konzepte. Der Hauptgrund für den Einsatz des MIMO-Konzepts bei Bahnantennen liegt in der unterschiedlichen Beschaffenheit des Signals und seiner Dämpfung je nach geografischem Standort und Betriebsumgebung. Die häufigen Schwankungen der Signalparameter in Abhängigkeit von den Umgebungsfaktoren führen zu Änderungen des Signal-Rausch-Verhältnisses und haben Auswirkungen auf die Gesamtdatenfehlerrate. Bei der Verwendung von MIMO in Bahnantennen senden und empfangen mehrere Antennen gleichzeitig Daten, wodurch die Zuverlässigkeit des Signals verbessert und Störungen reduziert werden. Dadurch wird die Datenfehlerrate minimiert und die Auswirkungen auf die Gesamtleistung aufgrund von Schwankungen in der Betriebsumgebung sind minimal. Beamforming ist eine weitere beliebte Signalverarbeitungstechnologie, die in Bahnantennen eingesetzt wird. Bei der Strahlformung werden Signale in bestimmten Winkeln konstruktiv gestört, während andere destruktiv gestört werden, indem Antennenelemente in einer phasengesteuerten Gruppe in einem bestimmten Muster angeordnet werden. Beamforming wird sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite von Ko1TP15Kommunikationsverbindungen in Eisenbahnsystemen eingesetzt, um Reichweite, Kapazität und Gesamtleistung zu verbessern.

Andere moderne Technologien wie die optische Freiraumkommunikation, Kanalcodierungsverfahren und adaptive Übertragungsverfahren können in Schienenantennen eingesetzt werden. Alle diese Technologien werden in Bahnantennen eingesetzt, um deren Leistung zu verbessern. Bahnantennen unterstützen GPS, um eine präzise Standortverfolgung zu ermöglichen. Da diese Antennen bei hohen Geschwindigkeiten präzise Signale mit minimalen Datenfehlern liefern müssen, werden für Bahnantennen Antennen mit hohem Gewinn und eingebauten Verstärkern verwendet. GPS-unterstützte Bahnantennen arbeiten auf den Frequenzen L1 (1575,42 MHz) und L2 (1227,60 MHz). Bahnantennen werden nur für PTC-Geräte (Positive Train Control) gebaut, die im Frequenzbereich 220 MHz für sicherheitskritische Kommuni1onen arbeiten. Sie verwenden mehrere Antenneneinspeisungen und Koaxialverbindungen zur gleichzeitigen Frequenzunterstützung und für Redundanz.

Anwendungen im Eisenbahnwesen

Communication ist in Bahnsystemen von entscheidender Bedeutung. Antennen spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung einer stabilen und zuverlässigen Communication zwischen allen Beteiligten wie Fahrgästen, Zugbetreibern, Ingenieuren, Bahnhofspersonal usw. Bahnantennen werden für viele Zwecke in Eisenbahnsystemen eingesetzt. Bahnantennen werden für die Echtzeit-Zugüberwachung eingesetzt. Mit der Unterstützung von GPS und schneller 4G- oder 5G-Konnektivität in modernen Bahnantennen ist es möglich, Daten zwischen Betriebszentren und Zügen mit minimaler Latenz und hoher Genauigkeit hin und her zu übertragen.

Bahnantennen sind auch äußerst nützlich für die Kommelekommunikation zwischen dem Zugpersonal. Eine weitere Hauptanwendung von Bahnantennen ist die Sicherheit und Überwachung. Von Überwachungskameras oder -geräten erfasste Echtzeitdaten werden zu Überwachungszwecken in Echtzeit an Betriebszentren übertragen. Bahnantennen sind hier von entscheidender Bedeutung, um Daten effizient und mit hoher Auflösung zu empfangen. Durch die Überwachung von Daten über Geschwindigkeit, Aufmerksamkeit des Fahrers sowie Brems- und Motorleistung und deren Übertragung in Echtzeit an die Betriebszentralen können Bahnantennen dazu beitragen, Eisenbahnunfälle zu verhindern. Dies ist wichtig, um die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten. Bahninterne Antennen, die im Inneren der Züge angebracht sind, werden verwendet, um ein drahtloses Netzwerk für die Fahrgäste an Bord aufzubauen. Diese internen Bahnantennen sind wichtig für die WiFi-Verteilung für Fahrgäste, interne Kommunikationssysteme und Onboard-Entertainment-Systeme.

Vorteile von Schienenantennen

Bahnantennen sind in vielen Bereichen der Bahnindustrie äußerst nützlich. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Ko1TP15 kommunikation zwischen Zügen, Betriebszentralen, Bahnhöfen, Zugpersonal und den Fahrgästen an Bord. Das reibungslose Funktionieren des gesamten Bahnsystems hängt in hohem Maße von der Leistung der Bahnantennen ab. Bahnantennen sind auch im Hinblick auf die Sicherheit und den Schutz der Fahrgäste von Vorteil. Echtzeit-Überwachungskamerasysteme helfen bei der ordnungsgemäßen Überwachung und der Minimierung von Betrugsaktivitäten, Diebstählen usw. Bahnantennen sind auch nützlich, um drahtlose Netzwerke in Zügen einzurichten, damit die Fahrgäste an Bord in Verbindung bleiben können.

Fallstudien

Schienenantennen wurden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden werden einige reale Szenarien und Anwendungsfälle von Schienenantennen beschrieben.

Das Projekt Ferrovie del Gargano demonstriert die Nutzung eines speziellen streckenseitigen Funknetzes zur Bereitstellung von WiFi an Bord in Gebieten mit begrenzter oder fehlender LTE-Mobilfunkabdeckung. In diesem Projekt wurde das bordseitige WiFi-Netzwerk mit zwei Fluidmesh FM4200 MOBI-Funkgeräten pro Zug eingerichtet, die mit 2×2 MIMO-Dachantennen mit hohem Gewinn verbunden waren. Die 5 GHz-WiFi-Basisstationen wurden in Abständen von 5 km entlang der Gleise positioniert, um eine 100-prozentige Abdeckung zu gewährleisten. Mit dieser Einrichtung konnte 1 GB nutzbare Bandbreite für Züge bereitgestellt werden, die mit bis zu 250 km/h fahren.

Wie bereits erwähnt, sind Bahnantennen für die Sicherheit der Fahrgäste und für die Untersuchung von Zwischenfällen äußerst nützlich. Das Eisenbahnsystem Regina Transit hat seit der Installation mehrerer Videokameras und Überwachungssysteme im Rahmen eines Pilotprogramms im Jahr 2012 weniger Übergriffe und Straftaten verzeichnet. Eine solche Videoüberwachung und Echtzeitkontrolle ist auch nützlich, um falsche Schadensersatzansprüche zu minimieren und bietet Schutz vor Rechtsstreitigkeiten. Es gab auch Fälle, in denen sich Unfälle und Sicherheitsvorfälle aufgrund fehlender Schienenantennen ereignet haben. Der Vorfall vom 12. Mai 2015 in Philadelphia, der Amtrak-Unfall, bei dem acht Fahrgäste und Besatzungsmitglieder ums Leben kamen, hätte verhindert werden können, wenn ein ordnungsgemäßer PTC mit zuverlässigen Schienenantennen vorhanden gewesen wäre. Der Zug, der mit 102 km/h in einer 50-km/h-Zone auf gebogenen Gleisen unterwegs war, entgleiste. Eine effiziente Echtzeitverfolgung von Geschwindigkeit und Standort hätte eine automatische Zugsteuerung ermöglichen und die Geschwindigkeit des Amtrak-Zugs begrenzen können, bevor er die Kurve erreichte.

Chelton hat für Thales Antennen für den Abschnitt 2 des Channel Tunnel Rail Link (CTRL)-Projekts zwischen Fawkham Junction in Kent und London St. Pancras International Station entwickelt und hergestellt. Dieser Abschnitt umfasst Brücken, Tunnel und Bauwerke entlang der Strecke. Da 25% der Strecke in Tunneln verlaufen und die Züge mit Geschwindigkeiten von bis zu 150 mph durchfahren, mussten für das Projekt geeignete Bahnantennen eingesetzt werden. Die verwendeten Antennen mussten den durch die Windgeschwindigkeit der Züge in den Tunneln verursachten Vibrationen standhalten und diese absorbieren. Die Antennen mussten daher robust und zuverlässig sein, eine geringe Windbelastung aufweisen und die HF-Anforderungen erfüllen. Die verwendeten Antennen mussten außerdem unauffällig sein, damit sie sich in den Hintergrund einfügen und das ästhetische Erscheinungsbild nicht beeinträchtigen. Die Antennen mussten so leistungsstark sein, dass sie die Frequenzen für GSM-R, Cab Secure Radio und die Dienste der Londoner Feuerwehr abdecken. Eine spezielle schlanke Panel-Antenne wurde entwickelt, um das Notfallsystem im Londoner Tunnel und die Evakuierungsrouten zu unterstützen.

Auswirkungen auf den Eisenbahnsektor

Mit der zunehmenden Konzentration auf die Modernisierung der Eisenbahn und intelligente Transportsysteme werden Bahnantennen einen großen Einfluss auf die Bahnindustrie haben. Mit dem zunehmenden Bedarf an Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnnetzen geht auch der Bedarf an präzisen Zugverfolgungs- und -steuerungssystemen Hand in Hand. Um eine zuverlässige Kommunikation, Sicherheit und verbesserte Betriebsabläufe zu ermöglichen, werden Bahnantennen eine entscheidende Komponente sein. Bahnantennen werden einen großen Einfluss auf die Bahnindustrie in allen Aspekten haben, einschließlich der Funkkommkommunikation zwischen fahrenden Zügen, Betriebszentren und Bahnhöfen, der Gewährleistung sicherer drahtloser Datenverbindungen, der Implementierung geeigneter Überwachungs- und Navigationssysteme, der Installation stabiler Bahnanzeigen und der Implementierung interner drahtloser Netzwerksysteme für Fahrgäste. Mit der Weiterentwicklung von Technologien wie 5G, Satellitennavigation und IoT-Geräten und dem wachsenden Trend der Digitalisierung des Verkehrssektors wird der Einfluss von Bahnantennen auf die Bahnindustrie weiter zunehmen. Der Markt für Bahnantennen wird auch in Zukunft expandieren, da erwartet wird, dass Bahnantennen einen massiven Einfluss auf die Bahnindustrie haben.

Schlussfolgerung

Eisenbahnantennen sind ein entscheidendes Element in modernen Eisenbahnsystemen. Bahnantennen werden in verschiedenen Bereichen der Bahnindustrie eingesetzt. Dazu gehören die Echtzeitverfolgung und -überwachung, die präzise Navigation und Geschwindigkeitssteuerung, die Videoüberwachung, die Gewährleistung der Sicherheit der Fahrgäste, die Kommunikationssysteme für das Zugpersonal, das WiFi-Netzwerk für die Fahrgäste an Bord usw. Mit der Weiterentwicklung moderner Technologien wie 5G und IoT und der zunehmenden Bedeutung des Aufbaus intelligenter Verkehrssysteme wird der Einfluss von Bahnantennen in Zukunft noch größer sein.