Met de vooruitgang van de technologie en de snelle moderne levensstijl wordt ook de spoorwegindustrie steeds geavanceerder en ontwikkelt ze zich in de richting van slimme spoorwegsystemen. Railantennes zijn tegenwoordig een noodzaak in de spoorwegsystemen voor efficiënte en betrouwbare communicatie. Dit artikel geeft een grondig overzicht van spoorantennes en bespreekt het ontwerp, de functionaliteit, de toepassingen, de voordelen en de impact op de spoorwegindustrie.
Inleiding tot railantennes
Betrouwbare en efficiënte comm-communicatie is een absolute noodzaak voor een soepele en stabiele werking van de meeste moderne spoorwegsystemen. Met het grote aantal gecorreleerde componenten in een spoorwegsysteem, zoals signaleringssystemen, alarmsystemen, kaartverkoop, videobewaking, verkeersleiding, enz. is het van cruciaal belang om een robuuste communicatieoplossing te implementeren. Gebrek aan goede communicatie in een spoorwegsysteem kan leiden tot veel problemen, waaronder risico's in de exploitatie, veiligheid en beveiligingsaspecten.
Spoorantennes spelen een cruciale rol in al deze spoorweg communicatiesystemen. Het zijn de kerncomponenten van de communicatiesystemen en de prestaties van de hele opstelling kunnen sterk afhankelijk zijn van de prestaties van de antenne. Spoorwegantennes zijn specifiek ontworpen voor verschillende communicatietoepassingen, zoals omnidirectionele dakantennes voor commcommunicatie tussen rijdende treinen, bedieningscentra en stations, maar ook interne antennes voor WiFi in wagons en multipolaire antennes. In spoorwegsystemen worden antennes voornamelijk gebruikt voor spoorwegindicatoren, monitoring, navigatie en communicatiesystemen voor passagiers.
Basisdefinitie van railantennes
Railantennes zijn apparaten die door de spoorwegindustrie worden gebruikt om een verbonden omgeving te creëren voor zowel de passagiers als de operationele taken. Het meest benodigde type spoorantenne is de antenne op het dak, die een uiterst cruciale component is op treinen. Het is essentieel om te communiceren met andere treinen en stations en met de operationele centra, waarbij de vereiste signalen voor treinbestuurders en passagiers worden geleid en geleverd.
Spoorantennes werken op dezelfde manier als andere antennes. Een zendende railantenne straalt een elektromagnetische golf uit die een elektrische stroom kan opwekken in een nabijgelegen geleider. In een ontvangende railantenne wordt het toegepaste elektromagnetische veld verdeeld over de volledige lengte van de antenne om het signaal te ontvangen. Spoorantennes worden meestal zo hoog mogelijk geplaatst om de obstructie van andere signalen tot een minimum te beperken.
Ontwerp en structuur
Bij het ontwerpen van een railantenne moet rekening worden gehouden met de fysieke beperkingen van het dak van een trein. De ruimte tussen de buitenafmetingen van de trein en het maximaal toegestane profiel is beperkt. Daarom moet een spoorantenne zo klein mogelijk zijn, zonder afbreuk te doen aan de prestaties of functionaliteit van de antenne. Over het algemeen zijn spoorantennes ongeveer 40mm tot 80mm hoog en zijn ze gebouwd om te werken met verschillende communicatiesystemen zoals GSM-R, UMTS, LTE, LTE MIMO, WiFi 2.4/5GHz, enz.
Meestal worden omnidirectionele antennes ontworpen voor gebruik in treinen omdat de treinstations, bedieningscentra en andere bewegende treinen zich in alle richtingen kunnen bevinden en efficiënt moeten communiceren. Het grondvlak van een spoorantenne is idealiter een grote, vlakke, horizontale metalen plaat die zich boven de hoogte van andere voorwerpen op de trein bevindt. Railantennes moeten zo ver mogelijk verwijderd worden gehouden van obstakels op de daken van de trein, zoals airconditioning, omdat deze de prestaties van de antenne aanzienlijk kunnen verminderen. Een andere belangrijke vereiste bij het ontwerpen van spoorantennes is ervoor te zorgen dat ze bestand zijn tegen zelfs barre weersomstandigheden, aangezien ze regelmatig worden blootgesteld aan harde wind, hoge temperaturen, veel slijtage, enz.
Soorten spoorantennes
Er zijn veel verschillende soorten treinantennes beschikbaar. Op basis van de toepassing kunnen ze worden onderverdeeld in drie categorieën: antennes op de daken van treinen, antennes in treinen en antennes in treinstations.
Antennes op de daken van treinen zijn meestal omnidirectioneel of bidirectioneel. Omnidirectionele treinantennes stralen signalen gelijkmatig uit in alle richtingen. Ze bieden een uitgebreide dekking rond de trein. Daarom zijn ze een nuttige en veelzijdige oplossing voor alle algemene communicatievereisten in treinen, zoals het verstrekken van real-time locatiegegevens, het overbrengen en ontvangen van operationele informatie, traceren, bewaking, enz. Bidirectionele spoorantennes bieden dekking van voor naar achter of van zij naar zij.
Deze spoorantennes combineren meestal meerdere communicatietechnologieën om te voldoen aan de unieke vereisten van spoorwegsystemen. Als we kijken naar soorten spoorantennes, zijn er WiFi- en mobiele netwerkantennes, GPS-antennes, multipolaire antennes, MIMO-antennes, enz, en antennes die compatibel zijn met meerdere van deze technologieën tegelijkertijd.
Antennes die gebruikt worden in treinstations kunnen zowel richtantennes als omnidirectionele antennes zijn. Richtantennes stralen signalen in één richting uit. Ze kunnen nuttig zijn om een hogere versterking te bieden voor specifieke dekkingsgebieden. Deze zijn ideaal voor communicatie langs het spoor om efficiënt signalen, tracking-informatie, enz. te verzenden en te ontvangen. Omnidirectionele stationsantennes bieden een bredere dekking en zijn daarom ideaal voor treinbesturingscommunicatie, passagiersinformatiesystemen en gegevensuitwisseling tussen stations. Interne spoorantennes worden meestal gebruikt om een draadloos netwerk op te zetten om internetconnectiviteit te bieden aan de passagiers en het personeel aan boord.
Technische specificaties
Spoorantennes moeten betrouwbaar functioneren terwijl de trein door verschillende netwerkomgevingen reist. Daarom zijn treinantennes ontworpen om compatibel te zijn met meerdere technologieën, zoals 4G en andere mobiele netwerken, GPS, WiFi, enz. Railantennes ondersteunen tegenwoordig over het algemeen meerdere mobiele netwerken, waaronder 5G, 4G en LTE, en werken zowel in gelicentieerde als ongelicentieerde frequentiespectra. WiFi-ondersteunde treinantennes, meestal interne treinantennes, werken in zowel het 2,4Ghz als het 5GHz frequentiebereik.
Deze antennes maken gebruik van moderne technologieën zoals MIMO en beamforming concepten. De belangrijkste reden om het MIMO-concept te gebruiken in spoorantennes is de variërende aard van het signaal en de verzwakking ervan, afhankelijk van de geografische locatie en de bedrijfsomgeving. De frequente fluctuaties in de signaalparameters, afhankelijk van de omgevingsfactoren, zullen leiden tot veranderingen in de signaal/ruis-verhoudingen en de algehele gegevensfoutmarge beïnvloeden. Door MIMO in spoorantennes te gebruiken, verzenden en ontvangen meerdere antennes tegelijkertijd gegevens, waardoor de betrouwbaarheid van het signaal verbetert en interferentie wordt verminderd. Op die manier wordt de gegevensfoutmarge geminimaliseerd en is de impact op de algemene prestaties minimaal door de variaties in de bedrijfsomgeving. Beamforming is een andere populaire signaalverwerkingstechnologie die wordt gebruikt in spoorantennes. Bij beamforming worden signalen onder bepaalde hoeken onderworpen aan constructieve interferentie terwijl andere onderhevig zijn aan destructieve interferentie door antenne-elementen te combineren in een gefaseerde array die in een specifiek patroon is gerangschikt. Beamforming wordt gebruikt aan zowel de zendende als ontvangende uiteinden van communicatieverbindingen in spoorwegsystemen om het bereik, de capaciteit en de algemene prestaties te verbeteren.
Andere moderne technologieën zoals Free Space Optical communication, kanaalcoderingsmethoden en adaptieve transmissiemethoden kunnen worden gebruikt in spoorantennes. Al deze technologieën worden gebruikt in spoorantennes om hun prestaties te verbeteren. Spoorantennes ondersteunen GPS om een nauwkeurige locatiebepaling mogelijk te maken. Aangezien deze antennes nauwkeurige signalen met minimale gegevensfouten moeten leveren tijdens verplaatsingen met hoge snelheid, worden antennes met hoge versterking en ingebouwde versterkers gebruikt voor spoorantennes. Door GPS ondersteunde spoorantennes werken op L1 (1575.42 MHz) en L2 (1227.60 MHz) frequenties. Spoorwegantennes zijn commonly gebouwd om te voldoen aan PTC (Positive Train Control) eenheden die werken in de 220 MHz frequentietoewijzing voor veiligheidskritische commcommunicatie. Ze gebruiken meerdere antennevoedingen en coaxiale verbindingen voor gelijktijdige frequentieondersteuning en redundantie.
Toepassingen in railsystemen
Communicatie is van vitaal belang in spoorwegsystemen. Antennes spelen een sleutelrol bij het handhaven van stabiele en betrouwbare communicatie tussen alle belanghebbenden, zoals reizigers, treinoperators, technici, stationspersoneel, enz. Railantennes worden voor veel doeleinden gebruikt in spoorwegsystemen. Railantennes worden gebruikt voor real-time treinbewaking. Met de ondersteuning van GPS en snelle 4G- of 5G-connectiviteit in moderne spoorantennes is het mogelijk om gegevens heen en weer te sturen tussen operationele centra en treinen met minimale latentie en hoge nauwkeurigheid.
Railantennes zijn ook zeer nuttig voor communicatie tussen het treinpersoneel. Een andere belangrijke toepassing van spoorantennes is beveiliging en bewaking. Gegevens van bewakingscamera's of -apparaten worden in realtime doorgestuurd naar operationele centra voor bewakingsdoeleinden. Railantennes zijn hier cruciaal om gegevens met efficiëntie en hoge resolutie te ontvangen. Door gegevens over snelheid, bewustzijn van de machinist en rem- en motorprestaties te bewaken en in realtime door te sturen naar operationele centra, kunnen spoorantennes spoorwegongevallen helpen voorkomen. Dit is belangrijk om de veiligheid van passagiers te garanderen. Interne spoorantennes die in de treinen worden bevestigd, worden gebruikt om een draadloos netwerk op te zetten voor de passagiers aan boord. Deze interne spoorantennes zijn belangrijk voor WiFi-distributie voor passagiers, interne co1TP15communicatiesystemen en entertainmentsystemen aan boord.
Voordelen van treinantennes
Railantennes zijn uiterst nuttig in vele aspecten van de spoorwegindustrie. Ze spelen een cruciale rol bij het waarborgen van een goede communicatie tussen treinen, bedieningscentra, treinstations, treinpersoneel en de passagiers aan boord. De goede werking van het hele spoorwegsysteem is sterk afhankelijk van de prestaties van de spoorantennes. Railantennes zijn ook nuttig voor de veiligheid en bescherming van de passagiers. Realtime bewakingscamerasystemen helpen bij een goede controle en minimaliseren fraude, diefstal, enz. Railantennes zijn ook nuttig om draadloze netwerken in treinen op te zetten zodat de passagiers aan boord verbonden kunnen blijven.
Casestudies
Railantennes worden voor verschillende toepassingen gebruikt. Hieronder worden enkele realistische scenario's en gebruiksscenario's van spoorantennes besproken.
Het project Ferrovie del Gargano demonstreert het gebruik van een speciaal draadloos netwerk langs het spoor om WiFi aan boord van treinen aan te bieden in gebieden met beperkte of geen mobiele LTE-radiodekking. In dit project werd het WiFi-netwerk aan boord opgezet met behulp van twee Fluidmesh FM4200 MOBI-radio's per trein die verbonden waren met 2×2 MIMO dakantennes met hoge versterking. De 5 GHz Wi-Fi-basisstations werden op 5 km afstand van elkaar langs het spoor geplaatst en leverden 100 procent dekking. Deze opstelling kon 1 GB bruikbare bandbreedte bieden aan treinen die tot 250 km/u reden.
Zoals besproken zijn spoorantennes uiterst nuttig om de veiligheid van passagiers te garanderen en voor incidentenonderzoek. Het spoorwegsysteem van Regina Transit heeft het aantal aanrandingen en misdrijven zien dalen sinds de installatie van verschillende videocamera's en monitoringsystemen als onderdeel van een proefprogramma in 2012. Dergelijke videobewaking en realtime monitoring is ook nuttig om valse schadeclaims te minimaliseren en biedt bescherming tegen rechtszaken. Er hebben zich ook ongelukken en veiligheidsincidenten voorgedaan door het ontbreken van spoorantennes. Het incident op 12 mei 2015 in Philadelphia, het Amtrak-ongeluk waarbij 8 passagiers en bemanningsleden om het leven kwamen, had voorkomen kunnen worden als er een goede PTC met betrouwbare spoorantennes was geweest. De trein die 102 mph reed in een 50 mph zone van gebogen sporen ontspoorde. Efficiënt real-time traceren van snelheid en locatie had automatische treinbesturing mogelijk kunnen maken en de snelheid van de Amtrak-trein kunnen beperken voordat deze de bocht bereikte.
Chelton heeft voor Thales antennes ontworpen en geproduceerd voor gebruik in deel 2 van het Channel Tunnel Rail Link (CTRL) project, tussen Fawkham Junction in Kent en London St Pancras International Station. Dit deel omvatte bruggen, tunnels en constructies langs de route. Omdat 25% van de route door tunnels loopt en de treinen er met snelheden tot 150 mph doorheen rijden, moesten er geschikte spoorantennes voor het project worden gebruikt. De gebruikte antennes moesten bestand zijn tegen de trillingen die veroorzaakt werden door de windsnelheid van de treinen in de tunnels en deze absorberen. Antennes moesten daarom sterk en betrouwbaar zijn, een lage windbelasting hebben en voldoen aan de RF-eisen. De gebruikte antennes moesten er ook onopvallend uitzien zodat ze opgingen in de achtergrond en het esthetische uiterlijk niet verminderden. De antennes moesten een vermogen hebben dat de frequenties voor GSM-R, Cab Secure Radio en de Londense brandweer bestreek. Er werd een speciale slanke paneelantenne ontworpen ter ondersteuning van het hulpdienstensysteem in de Londense tunnel en de noodevacuatieroutes.
Impact op de spoorwegindustrie
Met de toenemende aandacht voor spoorwegupgradatie en slimme transportsystemen zullen spoorantennes een grote impact hebben op de spoorwegindustrie. Ook met de toenemende behoefte aan hogesnelheidsspoornetten gaat de behoefte aan nauwkeurige treinvolg- en controlesystemen hand in hand. Om betrouwbare communicatie, veiligheid en verbeterde operaties mogelijk te maken, zullen spoorantennes een cruciale component zijn. Spoorantennes zullen een enorme impact hebben op de spoorwegindustrie in alle aspecten, waaronder radiocommunicatie tussen rijdende treinen, bedieningscentra en stations, het garanderen van veilige draadloze dataverbindingen, het implementeren van goede monitoring- en navigatiesystemen, het installeren van stabiele spoorindicatoren en het implementeren van interne draadloze netwerksystemen voor passagiers. Met de vooruitgang van technologieën zoals 5G, satellietnavigatie en IoT-apparaten en de groeiende trend van digitalisering van de transportsector, zal de impact van spoorantennes op de spoorwegindustrie verder toenemen. De markt voor spoorantennes zal in de toekomst ook groeien door de verwachte enorme impact van spoorantennes op de spoorwegindustrie.
Conclusie
Railantennes zijn een cruciaal element in moderne spoorwegsystemen. Railantennes worden gebruikt in verschillende aspecten van de spoorwegindustrie. Dit omvat real-time tracking en monitoring, nauwkeurige navigatie en snelheidscontrole, videobewaking, het waarborgen van de veiligheid van passagiers, communicatiesystemen voor treinpersoneel, WiFi-netwerk voor passagiers aan boord, enz. Met de vooruitgang van moderne technologieën zoals 5G en IoT en de groeiende nadruk op het bouwen van slimme transportsystemen, zal de impact van spoorantennes in de toekomst nog groter zijn.
NL 
EN 
FR 
AR 
DE 
IT 
PT 
ES 
RU 
PL