Co to jest antena szynowa? Kompletny przewodnik

Wraz z rozwojem technologii i szybkim tempem nowoczesnego stylu życia, przemysł kolejowy staje się coraz bardziej zaawansowany i zmierza w kierunku inteligentnych systemów kolejowych. Anteny kolejowe stały się dziś koniecznością w systemach kolejowych dla wydajnej i niezawodnej komunikacji. Niniejszy artykuł zawiera dokładny przegląd anten kolejowych, omawiając ich konstrukcję, funkcjonalność, zastosowania, korzyści i wpływ na przemysł kolejowy, a także analizując kilka rzeczywistych studiów przypadków.

Wprowadzenie do anten szynowych

Niezawodna i wydajna komunikacja co1TP15 jest absolutną koniecznością dla płynnego i stabilnego działania większości nowoczesnych systemów kolejowych. Przy dużej liczbie skorelowanych komponentów w systemie kolejowym, takich jak systemy sygnalizacyjne, systemy alarmowe, systemy biletowe, nadzór wideo, zarządzanie ruchem itp. kluczowe znaczenie ma wdrożenie solidnego rozwiązania communication. Brak odpowiedniej komunikacji co1TP15 w systemie kolejowym może skutkować wieloma problemami, w tym ryzykiem w zakresie operacji, bezpieczeństwa i ochrony.

Anteny kolejowe odgrywają kluczową rolę we wszystkich tych kolejowych systemach łączności co1TP15. Są one podstawowymi komponentami systemów telekomunikacyjnych co1TP15, a wydajność całej konfiguracji może w dużym stopniu zależeć od wydajności anteny. Anteny kolejowe są specjalnie zaprojektowane do różnych zastosowań w komunikacji kolejowej, takich jak dookólne anteny dachowe do komunikacji między poruszającymi się pociągami, centrami operacyjnymi i stacjami, a także anteny wewnętrzne do WiFi wewnątrz wagonów i anteny wielobiegunowe. W systemach kolejowych anteny są stosowane głównie we wskaźnikach kolejowych, systemach monitorowania, nawigacji i komunikacji pasażerskiej.

Podstawowa definicja anten szynowych

Anteny kolejowe to urządzenia wykorzystywane przez przemysł kolejowy w celu zapewnienia łączności zarówno pasażerom, jak i zadaniom operacyjnym. Najbardziej wymaganym typem anteny kolejowej jest antena montowana na dachu, która jest niezwykle istotnym elementem pociągów. Jest ona niezbędna do komunikacji z innymi pociągami i stacjami kolejowymi, a także z centrami operacyjnymi, prowadząc i dostarczając wymagane sygnały dla maszynistów i pasażerów.

Anteny szynowe działają podobnie do innych anten. Nadawcza antena szynowa emituje falę elektromagnetyczną, która może indukować prąd elektryczny w pobliskim przewodniku. W odbierającej antenie szynowej przyłożone pole elektromagnetyczne jest rozprowadzane na całej długości anteny w celu odebrania sygnału. Anteny szynowe są zwykle umieszczane tak wysoko, jak to możliwe, aby zminimalizować przeszkody ze strony innych sygnałów.

Projekt i struktura

Podczas projektowania anteny kolejowej należy wziąć pod uwagę fizyczne ograniczenia rozmiaru dachu pociągu. Przestrzeń między zewnętrznymi wymiarami pociągu a maksymalną dopuszczalną skrajnią jest ograniczona. W związku z tym przy projektowaniu anteny kolejowej powinna ona być jak najmniejsza, bez uszczerbku dla wydajności lub funkcjonalności anteny. Ogólnie rzecz biorąc, anteny kolejowe mają wysokość od 40mm do 80mm i są zbudowane do pracy z różnymi systemami telekomunikacyjnymi, takimi jak GSM-R, UMTS, LTE, LTE MIMO, WiFi 2.4/5GHz itp.

Zazwyczaj anteny dookólne są przeznaczone do użytku w pociągach, ponieważ stacje kolejowe, centra operacyjne i inne poruszające się pociągi mogą znajdować się w dowolnym kierunku i muszą skutecznie współdziałać. Płaszczyzna uziemienia anteny szynowej powinna być idealnie dużym, płaskim, poziomym arkuszem metalu umieszczonym powyżej wysokości jakiegokolwiek innego obiektu na szczycie pociągu. Anteny kolejowe powinny być umieszczone jak najdalej od przeszkód na dachach pociągów, takich jak klimatyzatory, ponieważ mogą one znacznie pogorszyć wydajność anteny. Innym ważnym wymogiem przy projektowaniu anten kolejowych jest zapewnienie, że są one odporne nawet na trudne warunki pogodowe, ponieważ będą one regularnie narażone na silne wiatry, wysokie temperatury, duże zużycie itp.

Rodzaje anten szynowych

Jeśli chodzi o anteny kolejowe, dostępnych jest wiele różnych typów anten. W zależności od zastosowania można je podzielić na trzy kategorie: anteny montowane na dachach pociągów, anteny wewnątrz pociągów i anteny na stacjach kolejowych.

Anteny montowane na dachach pociągów są zazwyczaj dookólne lub dwukierunkowe. Wielokierunkowe anteny kolejowe emitują sygnały równomiernie we wszystkich kierunkach. Zapewniają one kompleksowe pokrycie wokół pociągu. W związku z tym są one użytecznym i wszechstronnym rozwiązaniem dla wszystkich ogólnych wymagań dotyczących komunikacji w pociągach, takich jak dostarczanie szczegółowych informacji o lokalizacji w czasie rzeczywistym, przesyłanie i odbieranie informacji operacyjnych, śledzenie, nadzór itp. Dwukierunkowe anteny szynowe zapewniają zasięg od przodu do tyłu lub od boku do boku.

Te anteny kolejowe zazwyczaj łączą w sobie wiele technologii communication, aby spełnić unikalne wymagania systemów kolejowych. Dlatego też, biorąc pod uwagę typy anten kolejowych, istnieją anteny WiFi i sieci komórkowych, anteny GPS, anteny wielopolaryzacyjne, Anteny MIMO itp, oraz anteny kompatybilne z wieloma z tych technologii jednocześnie.

Anteny stosowane na stacjach kolejowych mogą być antenami kierunkowymi lub dookólnymi. Anteny kierunkowe emitują sygnały w jednym kierunku. Mogą być przydatne do zapewnienia większego zysku dla określonych obszarów pokrycia. Są one idealne do komunikacji przytorowej, aby skutecznie wysyłać i odbierać sygnały, informacje o śledzeniu itp. Wielokierunkowe anteny na stacjach kolejowych zapewniają szerszy zasięg i dlatego są idealne do sterowania pociągami, systemów informacji pasażerskiej i wymiany danych między stacjami. Wewnętrzne anteny kolejowe są zwykle używane do tworzenia sieci bezprzewodowej w celu zapewnienia łączności internetowej pasażerom i personelowi na pokładzie.

Specyfikacja techniczna

Anteny kolejowe muszą działać niezawodnie, gdy pociąg porusza się w różnych środowiskach sieciowych. Dlatego też anteny kolejowe są zaprojektowane tak, aby były kompatybilne z wieloma technologiami, takimi jak 4G i inne sieci komórkowe, GPS, WiFi itp. Anteny kolejowe obsługują obecnie wiele sieci komórkowych, w tym 5G, 4G i LTE, i działają zarówno w licencjonowanych, jak i nielicencjonowanych zakresach częstotliwości. Anteny kolejowe obsługujące WiFi, zazwyczaj wewnętrzne anteny kolejowe, działają zarówno w zakresie częstotliwości 2,4 GHz, jak i 5GHz.

Anteny te wykorzystują nowoczesne technologie, takie jak MIMO i koncepcje kształtowania wiązki. Głównym powodem stosowania koncepcji MIMO w antenach kolejowych jest zmienny charakter sygnału i jego tłumienie w zależności od położenia geograficznego i środowiska pracy. Częste wahania parametrów sygnału w zależności od czynników środowiskowych spowodują zmiany w stosunku sygnału do szumu i wpłyną na ogólny poziom błędu danych. Wykorzystując MIMO w antenach szynowych, wiele anten transmituje i odbiera dane jednocześnie, poprawiając niezawodność sygnału i redukując zakłócenia. W ten sposób poziom błędu danych zostanie zminimalizowany, a wpływ na ogólną wydajność będzie minimalny ze względu na zmiany w środowisku pracy. Kształtowanie wiązki to kolejna popularna technologia przetwarzania sygnału stosowana w antenach szynowych. W formowaniu wiązki sygnały pod określonymi kątami podlegają konstruktywnej interferencji, podczas gdy inne podlegają destrukcyjnej interferencji poprzez połączenie elementów anteny w układzie fazowym ułożonym w określony wzór. Kształtowanie wiązki jest stosowane zarówno na końcach nadawczych, jak i odbiorczych łączy komunikacyjnych co1TP15 w systemach kolejowych w celu poprawy zasięgu, przepustowości i ogólnej wydajności.

Inne nowoczesne technologie, takie jak Free Space Optical communication, metody kodowania kanałów i adaptacyjne metody transmisji mogą być stosowane w antenach szynowych. Wszystkie te technologie są wykorzystywane w antenach szynowych w celu zwiększenia ich wydajności. Anteny kolejowe obsługują GPS, aby umożliwić precyzyjne śledzenie lokalizacji. Ponieważ anteny te muszą dostarczać precyzyjne sygnały z minimalnymi błędami danych podczas ruchu z dużą prędkością, w antenach kolejowych stosowane są anteny o dużym zysku i wbudowanych wzmacniaczach. Anteny kolejowe GPS działają na częstotliwościach L1 (1575,42 MHz) i L2 (1227,60 MHz). Anteny kolejowe są budowane wyłącznie w celu zapewnienia zgodności z jednostkami PTC (Positive Train Control), które działają w przydziale częstotliwości 220 MHz dla komunikacji krytycznej dla bezpieczeństwa. Wykorzystują one wiele kanałów antenowych i połączeń koncentrycznych do jednoczesnej obsługi częstotliwości i redundancji.

Zastosowania w systemach kolejowych

Komunikacja co1TP15 ma kluczowe znaczenie w systemach kolejowych. Anteny odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu stabilnej i niezawodnej komunikacji między wszystkimi zainteresowanymi stronami, takimi jak pasażerowie, operatorzy pociągów, inżynierowie, personel stacji kolejowych itp. Anteny kolejowe są wykorzystywane do wielu celów w systemach kolejowych. Anteny kolejowe są wykorzystywane do monitorowania pociągów w czasie rzeczywistym. Dzięki obsłudze GPS i szybkiej łączności 4G lub 5G w nowoczesnych antenach kolejowych możliwe jest przesyłanie danych tam i z powrotem między centrami operacyjnymi a pociągami przy minimalnych opóźnieniach i wysokiej dokładności.

Anteny kolejowe są również niezwykle przydatne do komunikacji między załogą pociągu. Innym głównym zastosowaniem anten kolejowych jest bezpieczeństwo i nadzór. Dane przechwytywane w czasie rzeczywistym z kamer lub urządzeń monitorujących są przesyłane do centrów operacyjnych w czasie rzeczywistym w celu monitorowania. Anteny kolejowe mają tutaj kluczowe znaczenie dla odbierania danych z wydajnością i wysoką rozdzielczością. Monitorując dane dotyczące prędkości, świadomości operatora oraz wydajności hamulców i silnika, a następnie przesyłając je w czasie rzeczywistym do centrów operacyjnych, anteny kolejowe mogą pomóc w zapobieganiu wypadkom kolejowym. Jest to ważne dla zapewnienia bezpieczeństwa pasażerów. Wewnętrzne anteny kolejowe, które są zamocowane wewnątrz pociągów, służą do ustanowienia sieci bezprzewodowej dla pasażerów na pokładzie. Te wewnętrzne anteny kolejowe są ważne dla dystrybucji WiFi dla pasażerów, wewnętrznych systemów komunikacji i pokładowych systemów rozrywki.

Zalety anten szynowych

Anteny kolejowe są niezwykle przydatne w wielu aspektach przemysłu kolejowego. Odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu właściwej komunikacji między pociągami, centrami operacyjnymi, stacjami kolejowymi, załogą pociągu i pasażerami na pokładzie. Sprawne funkcjonowanie całego systemu kolejowego zależy w dużej mierze od wydajności anten kolejowych. Anteny kolejowe są również korzystne pod względem bezpieczeństwa i ochrony pasażerów. Posiadanie systemów kamer monitorujących w czasie rzeczywistym pomoże w odpowiednim monitorowaniu i minimalizowaniu oszustw, kradzieży itp. Anteny kolejowe są również przydatne do tworzenia sieci bezprzewodowych wewnątrz pociągów, aby pasażerowie mogli pozostać w kontakcie.

Studia przypadków

Anteny szynowe są wykorzystywane do różnych zastosowań. Poniżej omówiono kilka rzeczywistych scenariuszy i przypadków użycia anten szynowych.

Projekt Ferrovie del Gargano demonstruje wykorzystanie dedykowanej przytorowej sieci bezprzewodowej do zapewnienia pokładowej sieci Wi-Fi w obszarach o ograniczonym zasięgu lub braku zasięgu mobilnej sieci radiowej LTE. W tym projekcie, pokładowa sieć WiFi została utworzona przy użyciu dwóch radiotelefonów Fluidmesh FM4200 MOBI na pociąg połączonych z antenami dachowymi MIMO 2×2 o wysokim zysku. 5 stacji bazowych Wi-Fi GHz rozmieszczono w odstępach 5 km wzdłuż torów, zapewniając 100-procentowy zasięg. Taka konfiguracja była w stanie zapewnić 1 GB użytecznej przepustowości dla pociągów jadących z prędkością do 250 mph.

Jak już wspomniano, anteny kolejowe są niezwykle przydatne w zapewnianiu bezpieczeństwa pasażerom i prowadzeniu dochodzeń w sprawie incydentów. System kolejowy Regina Transit doświadczył zmniejszenia liczby napadów i przestępstw od czasu zainstalowania kilku kamer wideo i systemów monitorowania w ramach programu pilotażowego w 2012 roku. Taki nadzór wideo i monitorowanie w czasie rzeczywistym jest również przydatne w minimalizowaniu fałszywych roszczeń o obrażenia i zapewnia ochronę przed sporami sądowymi. Zdarzały się również wypadki i incydenty związane z bezpieczeństwem spowodowane brakiem anten kolejowych. Incydentowi z 12 maja 2015 r. w Filadelfii, katastrofie pociągu Amtrak, w której zginęło 8 pasażerów i członków załogi, można było zapobiec, gdyby istniało odpowiednie PTC z niezawodnymi antenami kolejowymi. Pociąg, który jechał z prędkością 102 mil na godzinę w strefie 50 mil na godzinę na zakrzywionych torach, wykoleił się. Skuteczne śledzenie prędkości i lokalizacji w czasie rzeczywistym mogło umożliwić automatyczne sterowanie pociągiem i ograniczyć prędkość pociągu Amtrak przed dotarciem do zakrętu.

Chelton zaprojektował i wyprodukował anteny dla firmy Thales, które zostaną wykorzystane w sekcji 2 projektu Channel Tunnel Rail Link (CTRL), między Fawkham Junction w Kent a londyńską stacją St Pancras International Station. Odcinek ten obejmował mosty, tunele i konstrukcje wzdłuż trasy. Ponieważ 25% trasy przebiega w tunelach, a pociągi poruszają się z prędkością do 150 mph, w projekcie należało zastosować odpowiednie anteny kolejowe. Zastosowane anteny musiały wytrzymać i pochłonąć wibracje spowodowane prędkością wiatru pociągów w tunelach. Anteny musiały więc być wytrzymałe, niezawodne, mieć niskie obciążenie wiatrem i spełniać wymagania RF. Zastosowane anteny musiały być również dyskretne w wyglądzie, aby wtopić się w tło i nie zmniejszać estetycznego wyglądu. Anteny musiały mieć poziomy mocy pokrywające częstotliwości GSM-R, Cab Secure Radio i londyńskiej straży pożarnej. Specjalna wąska antena panelowa została zaprojektowana do obsługi systemu służb ratunkowych w londyńskim tunelu i na drogach ewakuacyjnych.

Wpływ na przemysł kolejowy

Wraz z rosnącym naciskiem na modernizację kolei i inteligentne systemy transportowe, anteny kolejowe będą miały duży wpływ na przemysł kolejowy. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na sieci kolei dużych prędkości, rośnie również zapotrzebowanie na precyzyjne systemy śledzenia i kontroli pociągów. Aby ułatwić niezawodną komunikację, bezpieczeństwo i usprawnić operacje, anteny kolejowe będą kluczowym elementem. Anteny kolejowe będą miały ogromny wpływ na przemysł kolejowy we wszystkich aspektach, w tym na komunikację radiową między poruszającymi się pociągami, centrami operacyjnymi i stacjami, gwarantując bezpieczne bezprzewodowe połączenia danych, wdrażając odpowiednie systemy monitorowania i nawigacji, instalując stabilne wskaźniki kolejowe i wdrażając wewnętrzne systemy sieci bezprzewodowych do użytku pasażerów. Wraz z rozwojem technologii takich jak 5G, nawigacja satelitarna i urządzenia IoT oraz rosnącym trendem cyfryzacji sektora transportowego, wpływ anten kolejowych na przemysł kolejowy będzie dalej rósł. Rynek anten kolejowych będzie się również rozwijał w przyszłości wraz z oczekiwanym ogromnym wpływem anten kolejowych na przemysł kolejowy.

Wnioski

Anteny kolejowe są kluczowym elementem nowoczesnych systemów kolejowych. Anteny kolejowe są wykorzystywane w różnych aspektach przemysłu kolejowego. Obejmuje to śledzenie i monitorowanie w czasie rzeczywistym, precyzyjną nawigację i kontrolę prędkości, nadzór wideo, zapewnienie bezpieczeństwa pasażerów, systemy komunikacji załogi pociągu, pokładową sieć WiFi dla pasażerów itp. Wraz z rozwojem nowoczesnych technologii, takich jak 5G i IoT oraz rosnącym naciskiem na budowę inteligentnych systemów transportowych, wpływ anten kolejowych będzie w przyszłości jeszcze większy.