增強(qiáng)無(wú)線調(diào)車系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)的方案

溫曉明，陳濟(jì)濤，李 梁，陳國(guó)豐

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)運(yùn)輸部，萊蕪271104）

無(wú)線調(diào)車系統(tǒng)是指揮行車專用的數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)，是值班員、調(diào)車員和機(jī)車司機(jī)聯(lián)系的專用行車指揮，其系統(tǒng)是否正常直接影響到行車安全。

萊鋼鐵路運(yùn)輸線路復(fù)雜，列車經(jīng)常在高爐、山區(qū)彎道等地段作業(yè)，這些特殊的地段限制了無(wú)線電波的傳播，從而形成了通信弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)和盲區(qū)，使機(jī)車司機(jī)、調(diào)車人員與值班員失去語(yǔ)音通信，給機(jī)車運(yùn)行造成安全隱患，影響到了鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行，尤其是自3號(hào)高爐投產(chǎn)后，機(jī)車在3個(gè)高爐之間作業(yè)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)語(yǔ)音不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，解決弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)問(wèn)題變得至關(guān)重要。

目前鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)解決措施除了天線升高、采用低損耗饋線、高增益天線方式，還主要有漏泄同軸電纜加中繼器方式、光纖直放站方式、無(wú)線直放站方式。

1 天線理論基礎(chǔ)

1.1 天線原理

天線是無(wú)線電設(shè)備的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到無(wú)線電設(shè)備的性能。其原理圖如圖1。

圖1 原理框圖

1.2 天線性能

1.2.1 天線增益

天線增益定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度，即它在波陣面某一給定方向天線輻射強(qiáng)度的量度，是被研究天線在最大輻射方向的輻射強(qiáng)度與被研究天線具有同等輸入功率的各向同性天線在同一點(diǎn)所產(chǎn)生的最大輻射強(qiáng)度之比,其定義表達(dá)式為：

天線方向性GD與天線增益G類似，但是與天線增益定義略有不同，其定義表達(dá)式為：

理想的天線能把全部饋入天線的功率限制在某一立體角ΩB內(nèi)輻射出去，并均勻分布，這種情況下天線增益與天線方向性相等，如圖2。

其中天線的輻射波束立體角ΩB及波束寬度θB。

圖2 天線理想輻射圖

在實(shí)際應(yīng)用中，天線總是有損耗的，其輻射功率比饋入功率總要小一些，所以天線增益總要比天線方向性小一些。因此實(shí)際天線的輻射功率并不限制在一個(gè)波束中，在一個(gè)波束內(nèi)也非均勻分布。在波束中心輻射強(qiáng)度最大，偏離波束中心，輻射強(qiáng)度減小。輻射強(qiáng)度減小到3 db時(shí)的立體角即定義為ΩB。波束寬度θB與立體角ΩB關(guān)系為：

1.2.2 天線增益的若干近似估算式

天線主瓣寬度越窄，其增益越高。

尿液各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示，可見(jiàn)糖尿病腎病組α1-MG、β2-MG、TRF、mAlb和 Cys-C 檢測(cè)結(jié)果均明顯高于健康組，兩組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

對(duì)于一般天線而言，天線增益估算式為：

其中，203dB,E和203dB,H分別為天線在2個(gè)主平面上的波瓣寬度。

對(duì)于拋物面天線，天線增益估算式為：

其中，D為拋物面直徑，λ0為中心工作波長(zhǎng)；

對(duì)于直立全向天線，天線增益估算式為：

其中，L 為天線長(zhǎng)度；λ0為中心工作波長(zhǎng)。

1.2.3 天線效率

天線效率是指天線輻射出去的功率（即有效地轉(zhuǎn)換電磁波部分的功率）和輸入到天線的有功功率之比，是恒小于1的數(shù)值，其定義表達(dá)式為：

其中，Pi為輸入功率；P1為歐姆損耗；P∑為輻射功率。

因此，要提高天線效率，可適當(dāng)提高輸入功率。

1.2.4 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）

天線無(wú)論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是工作在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)，天線的頻帶寬度有2種不同的定義：（1）在駐波比SWR≤ 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；（2）天線增益下降 3 dB范圍內(nèi)的頻帶寬度。但是，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上, 天線性能是存在差異的，這種差異造成的性能下降是可以接受的。

2 站場(chǎng)試驗(yàn)與分析

為了確保3號(hào)高爐順利投產(chǎn)、鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行和平調(diào)設(shè)備的安全可靠，平調(diào)小組分區(qū)分段在現(xiàn)場(chǎng)多次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。站場(chǎng)分布圖如3。

圖3 站場(chǎng)分布圖

2.1 站場(chǎng)試驗(yàn)

爐前值班室與3號(hào)高爐的直線距離為1 200 m左右，由于之間相隔1號(hào)、2號(hào)高爐，無(wú)線電波在傳播過(guò)程中遇到障礙物后對(duì)電波產(chǎn)生反射，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得十分復(fù)雜，波動(dòng)較大，有的區(qū)域信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的區(qū)域信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱。因此經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，3號(hào)高爐附近區(qū)域，語(yǔ)音存在不清晰，有雜音，甚至盲區(qū)，即形成了無(wú)線通信弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)和盲區(qū)，給鐵路運(yùn)輸帶來(lái)了安全隱患。為此我們選擇時(shí)間快、效果佳的解決方案改良天線，即設(shè)計(jì)天線支架，提高設(shè)備增益。

2.2 天線支架設(shè)計(jì)

天線涉及到機(jī)車控制器天線、手持臺(tái)天線和室內(nèi)區(qū)長(zhǎng)臺(tái)天線。然而為避免機(jī)車進(jìn)出爐下、橋涵等發(fā)生碰撞，機(jī)車控制器天線通常為8-15m，一般直接放置機(jī)車頂部；手持電臺(tái)天線是固定不變的；區(qū)長(zhǎng)臺(tái)天線安裝一般為10-20m，放置在爐前值班室房頂?shù)奶炀€架上，房頂高約6m，天線架高1 m。顯然區(qū)長(zhǎng)臺(tái)天線有較大的升高容量，天饋線余量也很足。將天線支架加高至6m，天線高度升高近一倍。滿足天線支架的設(shè)計(jì)方案如下：

（1）根據(jù)爐前值班室使用區(qū)長(zhǎng)臺(tái)的數(shù)量：3臺(tái)868區(qū)長(zhǎng)臺(tái)，5臺(tái)HI-IV區(qū)長(zhǎng)臺(tái)，考慮今后天線的擴(kuò)容情況，需做一些余量確定制作天線支架固定點(diǎn)的個(gè)數(shù)為12；（2）根據(jù)天線支架安裝位置，以天線安裝穩(wěn)定、可承載重量及安裝便利為前提，確定天線架的高度為6 m以及制作天線支架的材料；（3）根據(jù)天線的安裝工藝及技術(shù)要求，確定每?jī)筛炀€之間的直線距離不得小于75 cm，天線定點(diǎn)到避雷針的仰角需大于45°；（4）平調(diào)天線架避雷針的制作與安裝應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，避雷針采用鍍鋅材料制成，并需在避雷針上焊接鼻子，保證地線能夠有效連接到避雷針上。

根據(jù)直立全向天線的增益估算式可知，天線增高，其增益提高，增強(qiáng)了站場(chǎng)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。

2.3 調(diào)整設(shè)備功率

功率過(guò)大將影響到無(wú)線對(duì)講機(jī)和電臺(tái)的工作穩(wěn)定性，不利于設(shè)備安全運(yùn)行，因此適當(dāng)調(diào)大設(shè)備功率，提高天線的效率，增加弱場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)。把機(jī)車控制器內(nèi)置電臺(tái)功率調(diào)整到3.0 W，調(diào)車對(duì)講機(jī)功率調(diào)整到2.0 W-2.5 W，機(jī)車控制器電臺(tái)和對(duì)講機(jī)最大功率可調(diào)整4.0 W。

大鋼爐前作業(yè)機(jī)車較多，共有2種型號(hào)的8個(gè)區(qū)長(zhǎng)臺(tái)。把HT-Ⅵ型區(qū)長(zhǎng)臺(tái)的功率調(diào)整到最大功率狀態(tài)4.0 W；把TK868型區(qū)長(zhǎng)臺(tái)的低功率狀態(tài)調(diào)整到最大功率輸出5 W，高功率狀態(tài)調(diào)整到最大功率輸出可達(dá)25 W。

3 結(jié)束語(yǔ)

改造天線支架以及提高設(shè)備功率后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，通信信號(hào)質(zhì)量有了較大的提高。保證了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行。