Что такое рельсовая антенна? Полное руководство

С развитием технологий и стремительного современного образа жизни железнодорожная отрасль также становится все более продвинутой и переходит к интеллектуальным железнодорожным системам. Рельсовые антенны стали необходимостью в железнодорожных системах сегодня для эффективной и надежной связи. В этой статье представлен подробный обзор рельсовых антенн с описанием их конструкции, функциональности, применения, преимуществ и влияния на железнодорожную отрасль, а также рассмотрено несколько реальных примеров из практики.

Введение в рельсовые антенны

Надежная и эффективная связь communication является абсолютной необходимостью для бесперебойной и стабильной работы большинства современных железнодорожных систем. Учитывая большое количество взаимосвязанных компонентов в железнодорожной системе, таких как системы сигнализации, системы оповещения, продажи билетов, видеонаблюдения, управления движением и т. д., крайне важно внедрить надежное решение по ко1TP15Туникации. Отсутствие надлежащей ко1TP15Туникации в железнодорожной системе может привести к множеству проблем, включая риски в области эксплуатации, безопасности и охраны.

Рельсовые антенны играют важнейшую роль во всех этих железнодорожных системах связи communication. Они являются основными компонентами систем communication, и производительность всей системы может сильно зависеть от производительности антенны. Железнодорожные антенны специально разработаны для различных приложений железнодорожной связи, таких как всенаправленные антенны на крыше для связи между движущимися поездами, операционными центрами и станциями, а также внутренние антенны для WiFi внутри вагонов и многополяризованные антенны. В железнодорожных системах антенны в основном используются в железнодорожных индикаторах, системах мониторинга, навигации и ко1TP15Туникации для пассажиров.

Основное определение рельсовых антенн

Железнодорожные антенны - это устройства, используемые в железнодорожной отрасли для обеспечения связи как для пассажиров, так и для оперативных задач. Наиболее востребованным типом железнодорожной антенны является антенна, устанавливаемая на крыше, которая является чрезвычайно важным компонентом в поездах. Она необходима для связи с другими поездами и железнодорожными станциями, а также с оперативными центрами, направляя и обеспечивая необходимые сигналы для машинистов и пассажиров.

Рельсовые антенны работают так же, как и любые другие антенны. Передающая рельсовая антенна излучает электромагнитную волну, которая может вызвать электрический ток в близлежащем проводнике. В приемной рельсовой антенне приложенное электромагнитное поле распределяется по всей длине антенны для приема сигнала. Рельсовые антенны обычно располагаются как можно выше, чтобы минимизировать помехи от других сигналов.

Дизайн и структура

При проектировании рельсовой антенны необходимо учитывать физические ограничения на размер крыши поезда. Пространство между внешними размерами поезда и максимально допустимой шириной колеи ограничено. Поэтому при проектировании рельсовой антенны она должна быть как можно меньше, без ущерба для производительности и функциональности антенны. Как правило, железнодорожные антенны имеют высоту от 40mm до 80mm и предназначены для работы с различными системами связи, такими как GSM-R, UMTS, LTE, LTE MIMO, WiFi 2.4/5GHz и др.

Как правило, всенаправленные антенны предназначены для использования в поездах, так как вокзалы, операционные центры и другие движущиеся поезда могут находиться в любом направлении и должны эффективно взаимодействовать между собой. Плоскость земли рельсовой антенны в идеале должна представлять собой большой, плоский, горизонтальный лист металла, расположенный выше высоты любого другого объекта на вершине поезда. Рельсовые антенны должны располагаться как можно дальше от препятствий на крышах поездов, таких как кондиционеры, поскольку они могут значительно ухудшить характеристики антенны. Еще одно важное требование при проектировании железнодорожных антенн - обеспечить их устойчивость даже к суровым погодным условиям, поскольку они будут регулярно подвергаться воздействию сильных ветров, высоких температур, сильному износу и т. д.

Типы рельсовых антенн

При рассмотрении антенн для железнодорожного транспорта существует множество различных типов антенн. Исходя из условий использования, их можно разделить на три категории: антенны, устанавливаемые на крышах поездов, антенны внутри поездов и антенны на вокзалах.

Антенны, устанавливаемые на крышах поездов, обычно бывают всенаправленными или двунаправленными. Всенаправленные антенны излучают сигналы равномерно во всех направлениях. Они обеспечивают полное покрытие вокруг поезда. Поэтому они являются полезным и универсальным решением для всех общих требований к связи в поездах, таких как предоставление информации о местоположении в реальном времени, передача и получение оперативной информации, отслеживание, наблюдение и т.д. Двунаправленные рельсовые антенны обеспечивают покрытие спереди назад или сбоку на бок.

Эти железнодорожные антенны обычно сочетают в себе несколько технологий communication для удовлетворения уникальных требований железнодорожных систем. Таким образом, если рассматривать типы железнодорожных антенн, то это антенны WiFi и сотовых сетей, GPS антенны, многополяризованные антенны, MIMO-антенны и т.д., а также антенны, совместимые с несколькими из этих технологий одновременно.

Антенны, используемые на железнодорожных станциях, могут быть как направленными, так и всенаправленными. Направленные антенны излучают сигнал в одном направлении. Они могут быть полезны для обеспечения более высокого усиления в определенных зонах покрытия. Они идеально подходят для связи на железнодорожных путях для эффективной передачи и приема сигналов, информации о слежении и т. д. Всенаправленные антенны на железнодорожных станциях обеспечивают более широкое покрытие и, следовательно, идеально подходят для управления поездами, систем информирования пассажиров и обмена данными между станциями и поездами. Внутренние железнодорожные антенны обычно используются для создания беспроводной сети, обеспечивающей подключение к Интернету пассажиров и персонала на борту.

Технические характеристики

Железнодорожные антенны должны надежно работать во время движения поезда в различных сетевых средах. Поэтому железнодорожные антенны разрабатываются таким образом, чтобы быть совместимыми с различными технологиями, такими как 4G и другие сотовые сети, GPS, WiFi и т. д. Сегодня железнодорожные антенны, как правило, поддерживают несколько сотовых сетей, включая 5G, 4G и LTE, и работают как в лицензированном, так и в нелицензированном частотном спектре. Железнодорожные антенны с поддержкой WiFi, как правило, внутренние антенны поездов, работают в частотных диапазонах 2,4 ГГц и 5GHz.

В этих антеннах используются такие современные технологии, как MIMO и концепция формирования луча. Основная причина использования концепции MIMO в железнодорожных антеннах связана с изменчивым характером сигнала и его затуханием в зависимости от географического положения и условий эксплуатации. Частые колебания параметров сигнала в зависимости от факторов окружающей среды приводят к изменению соотношения сигнал/шум и влияют на общий коэффициент ошибок при передаче данных. Использование MIMO в железнодорожных антеннах позволяет нескольким антеннам передавать и принимать данные одновременно, повышая надежность сигнала и снижая уровень помех. Таким образом, коэффициент ошибок данных будет сведен к минимуму, а влияние изменений в условиях эксплуатации на общую производительность будет минимальным. формирование луча - еще одна популярная технология обработки сигнала, которая используется в рельсовых антеннах. При формировании луча сигналы под определенными углами подвергаются конструктивной интерференции, а другие - деструктивной, благодаря объединению антенных элементов в фазированную решетку, расположенную по определенной схеме. Beamforming используется как на передающем, так и на приемном концах линий со1TP15Туникации в железнодорожных системах для улучшения дальности, пропускной способности и общей производительности.

Другие современные технологии, такие как оптическая связь в свободном пространстве, методы кодирования каналов и адаптивные методы передачи, могут быть использованы в рельсовых антеннах. Все эти технологии используются в рельсовых антеннах для повышения их производительности. Рельсовые антенны поддерживают GPS для точного отслеживания местоположения. Поскольку эти антенны должны обеспечивать точные сигналы с минимальными ошибками при передаче данных во время высокоскоростного движения, в них используются антенны с высоким коэффициентом усиления и встроенными усилителями. Рельсовые антенны с поддержкой GPS работают на частотах L1 (1575,42 MHz) и L2 (1227,60 MHz). Железнодорожные антенны создаются только для обеспечения соответствия устройствам PTC (Positive Train Control), которые работают на частоте 220 MHz, выделенной для критически важных для безопасности ко1TP15Туникаций. В них используется несколько антенных фидов и коаксиальных соединений для одновременной поддержки частот и резервирования.

Применение в рельсовых системах

Связь Communication жизненно важна для железнодорожных систем. Антенны играют ключевую роль в поддержании стабильной и надежной связи между всеми заинтересованными сторонами, такими как пассажиры, операторы поездов, инженеры, персонал вокзалов и т.д. Рельсовые антенны используются для различных целей в железнодорожных системах. Рельсовые антенны используются для мониторинга поездов в режиме реального времени. Благодаря поддержке GPS и быстрой связи 4G или 5G в современных железнодорожных антеннах можно передавать данные туда и обратно между операционными центрами и поездами с минимальной задержкой и высокой точностью.

Рельсовые антенны также чрезвычайно полезны для ко1TP15Туникации между экипажами поездов. Еще одно основное применение рельсовых антенн - безопасность и наблюдение. Данные, полученные с камер наблюдения или устройств, передаются в оперативные центры в режиме реального времени для целей мониторинга. Рельсовые антенны играют здесь решающую роль, обеспечивая эффективный прием данных с высоким разрешением. Отслеживая данные о скорости, осведомленности оператора, работе тормозов и двигателя и передавая их в оперативные центры в режиме реального времени, железнодорожные антенны помогают предотвратить аварии на железной дороге. Это важно для обеспечения безопасности пассажиров. Внутренние рельсовые антенны, устанавливаемые внутри поезда, используются для организации беспроводной сети для пассажиров на борту. Эти внутренние железнодорожные антенны важны для раздачи WiFi пассажирам, внутренних систем communication и бортовых развлекательных систем.

Преимущества рельсовых антенн

Железнодорожные антенны чрезвычайно полезны во многих аспектах железнодорожной отрасли. Они играют важнейшую роль в обеспечении надлежащей связи между поездами, операционными центрами, вокзалами, поездной бригадой и пассажирами на борту. Бесперебойное функционирование всей железнодорожной системы в значительной степени зависит от работы рельсовых антенн. Железнодорожные антенны также полезны с точки зрения безопасности и защиты пассажиров. Наличие систем камер наблюдения в режиме реального времени поможет обеспечить надлежащий контроль и свести к минимуму случаи мошенничества, краж и т. д. Рельсовые антенны также полезны для создания беспроводных сетей внутри поездов, чтобы пассажиры могли оставаться на связи.

Тематические исследования

Рельсовые антенны используются для различных целей. Ниже представлены несколько реальных сценариев и случаев использования рельсовых антенн.

Проект Ferrovie del Gargano демонстрирует использование выделенной беспроводной сети на железнодорожных путях для обеспечения бортового WiFi в районах с ограниченным или отсутствующим покрытием мобильной радиосвязи LTE. В этом проекте бортовая сеть WiFi была создана с помощью двух радиостанций Fluidmesh FM4200 MOBI на каждый поезд, подключенных к антеннам 2×2 MIMO на крыше с высоким коэффициентом усиления. 5 базовых станций Wi-Fi GHz были расположены с интервалом в 5 км вдоль пути, обеспечивая 100-процентное покрытие. Эта система смогла обеспечить 1 ГБ полезной полосы пропускания для поездов, движущихся со скоростью до 250 миль в час.

Как уже говорилось, железнодорожные антенны чрезвычайно полезны для обеспечения безопасности пассажиров и расследования инцидентов. В железнодорожной системе Regina Transit сократилось количество нападений и преступлений после установки нескольких видеокамер и систем мониторинга в рамках пилотной программы в 2012 году. Такое видеонаблюдение и мониторинг в режиме реального времени также полезны для минимизации ложных исков о нанесении вреда здоровью и обеспечивают защиту от судебных разбирательств. Также были случаи, когда несчастные случаи и инциденты, связанные с безопасностью, происходили из-за отсутствия железнодорожных антенн. Инцидент, произошедший 12 мая 2015 года в Филадельфии, авария Amtrak, в результате которой погибли 8 пассажиров и членов экипажа, можно было бы предотвратить, если бы была установлена надлежащая система PTC с надежными рельсовыми антеннами. Поезд, двигавшийся со скоростью 102 мили в час в зоне 50 миль в час по извилистым путям, сошел с рельсов. Эффективное отслеживание скорости и местоположения в режиме реального времени могло бы обеспечить автоматическое управление поездом и ограничить скорость поезда Amtrak до того, как он достиг кривой.

Компания Chelton разработала и изготовила антенны для компании Thales, которые будут использоваться на втором участке железнодорожной ветки тоннеля под Ла-Маншем (CTRL) между перекрестком Фокхэм в Кенте и международным вокзалом Сент-Панкрас в Лондоне. Этот участок включает в себя мосты, туннели и сооружения вдоль маршрута. Поскольку 25% маршрута проходит в туннелях, а скорость движения поездов достигает 150 миль в час, в проекте необходимо было использовать подходящие железнодорожные антенны. Антенны должны были выдерживать и поглощать вибрации, вызванные скоростью движения поездов в туннелях. Поэтому антенны должны были быть прочными, надежными, обладать низкой ветровой нагрузкой и отвечать требованиям радиочастотного диапазона. Используемые антенны также должны были быть незаметными по внешнему виду, чтобы сливаться с фоном и не снижать эстетический вид. Антенны должны были иметь уровень мощности, покрывающий частоты для GSM-R, Cab Secure Radio и служб Лондонской пожарной охраны. Специальная тонкая панельная антенна была разработана для поддержки системы экстренных служб в лондонском туннеле и на путях эвакуации.

Влияние на железнодорожную отрасль

С ростом внимания к модернизации железных дорог и интеллектуальным транспортным системам железнодорожные антенны будут иметь большое влияние на железнодорожную отрасль. Кроме того, с ростом потребности в высокоскоростных железнодорожных сетях растет и потребность в точных системах слежения и управления поездами. Для обеспечения надежной связи, безопасности и повышения эффективности работы железнодорожные антенны станут важнейшим компонентом. Железнодорожные антенны окажут огромное влияние на железнодорожную отрасль во всех аспектах, включая радиосвязь между движущимися поездами, операционными центрами и станциями, обеспечение безопасных беспроводных соединений данных, внедрение надлежащих систем мониторинга и навигации, установку стабильных железнодорожных индикаторов и внедрение внутренних беспроводных сетевых систем для пассажиров. С развитием таких технологий, как 5G, спутниковая навигация и устройства IoT, а также с растущей тенденцией цифровизации транспортного сектора, влияние железнодорожных антенн на железнодорожную отрасль будет продолжать расти. Рынок железнодорожных антенн также будет расширяться в будущем благодаря ожидаемому огромному влиянию, которое железнодорожные антенны оказывают на железнодорожную отрасль.

Заключение

Рельсовые антенны - важнейший элемент современных железнодорожных систем. Рельсовые антенны используются в различных аспектах железнодорожной отрасли. Это отслеживание и мониторинг в режиме реального времени, точная навигация и контроль скорости, видеонаблюдение, обеспечение безопасности пассажиров, системы ко1TP15Туникация поездной бригады, бортовая сеть WiFi для пассажиров и т. д. С развитием современных технологий, таких как 5G и IoT, и растущим вниманием к созданию интеллектуальных транспортных систем, влияние железнодорожных антенн в будущем будет еще больше.