應答器原理分析與探索

1、高速鐵路應答器原理分析與探索 提到應答器，好多人或許不知道它是什么，其實應答器是一種用于地面向列車信息傳輸?shù)狞c式設備，分為固定（無源）應答器和可變（有源）應答器。主要用途是向列控車載設備提供可靠的地面固定信息和可變信息。也就是說應答器是一種能向車載子系統(tǒng)發(fā)送報文信息的傳輸設備，既可以傳送固定信息，也可連接軌旁單元傳送可變信息。應答器共分為兩種，及無源應答器（組）和有源應答器。無源應答器：用于發(fā)送固定不變的數(shù)據(jù)，用于提供線路固定參數(shù)，如線路坡度、線路允許速度、軌道電路參數(shù)、鏈接信息、列控等級切換等。 有源應答器：傳輸可變信息。必須通過專用的應答器電纜與LEU設備連接，可以根據(jù)LEU設備所發(fā)送的報

2、文，變化的向列車傳送應答器報文信息。與LEU（地面電子單元）連接，用于發(fā)送來自于LEU的報文，在既有線提速區(qū)段，有源應答器設置在車站進站端和出站段，主要發(fā)送進路信息和臨時限速信息。其實無論有源應答器，還是無源應答器，它們的工作原理及目的都是一樣的，它們的工作原理是當列車經(jīng)過地面應答器上方時，應答器接收到列控車載設備點式信息接收天線發(fā)送的電磁能量后，應答器 將能量轉(zhuǎn)換為工作電源，啟動電子電路工作，把預先存儲或LEU傳送的1023為應答器傳輸報文循環(huán)發(fā)送出去，直至電能消失。 而它們的工作目的就是為了向通過列車傳送信息。應答器向列車傳送的信息大概如下：（1）線路基本參數(shù)：如線路坡度、軌道區(qū)段等參數(shù)；

3、 （2）線路速度信息：如線路最大允許速度、列車最大允許速度等； （3）臨時限速信息：當由于施工等原因引起的對列車運行速度進行限制時，向列車提供臨時限速信息； （4）車站進路信息：根據(jù)車站接發(fā)車進路，向列車提供“線路坡度”、“線路速度”、“軌道區(qū)段”、等參數(shù)； （5）道岔信息：給出前方道岔側(cè)向允許列車運行的速度； （6）特殊定位信息：如升降弓、進出隧道、鳴笛、列車定位等； （7）其他信息：固定固定障礙物信息、列車運行目標數(shù)據(jù)、鏈接數(shù)據(jù)等。 每個應答器（組）都有一個編號，并且該編號在全國鐵路范圍是唯一的。 無源應答器（也稱固定應答器）設于閉塞分區(qū)入口和車站進、出站端處，用于向列控車載設備傳輸閉塞分

4、區(qū)長度、線路速度、線路坡度、列車定位等信息。有源應答器（也稱可變應答器）設置于車站進、出站端，當列車通過應答器時，應答器向列車提供接車進路參數(shù)、臨時限速等信息。 應答器設備可以簡單地理解為一個數(shù)據(jù)存儲器和發(fā)送器，當車載天線激活該應答器時，應答器發(fā)送自身存儲的應答器報文或地面電子單元（LEU）傳送的應答器報文。該圖就是應答器的安裝示意圖，應答器置于鐵軌中，向通過的火車傳遞信息?？瓦\專線列控系統(tǒng)兩相鄰的應答器之間的最小安裝間隔限制研究在客運專線列控系統(tǒng)CTCS2及CTCS3級的應用中，以應答器方式做為地-車之間信息傳輸?shù)幕痉绞街?。在每個信息點處設置一組應答器，每組應答器內(nèi)由數(shù)量不等的沿鐵路線路

5、布置的應答器構(gòu)成。 理論上，兩個相鄰的應答器可首尾相連安裝，但前提是應答器的發(fā)送、接收天線與車載天線的場分布僅有主波瓣且主波瓣不得發(fā)散；場的上升沿與下降沿應是陡峭的，不允許存在傾斜。這兩項要求在實際情況下均是無法實現(xiàn)的。因此，不可能將兩相鄰的應答器首尾相連安裝，應有一定的間隔。對兩相鄰的應答器之間最小間隔的影響因素 受天線制作工藝的制約，每個天線除了希望的主波瓣以外，不可避免的伴生著旁瓣；在開放的空間內(nèi)，天線的主波瓣亦無法做到不發(fā)散。當兩個相鄰安裝的應答器之間的間隔小于車載天線與應答器天線的旁瓣作用之和時，車載設備同時收到兩個應答器發(fā)送的信號，使車載設備無法識別。 天線作為一個感性元件，場的建

6、立與消失不可能是瞬時發(fā)生的。是隨著時間的推移而逐漸建立與消失的。列車以高速運行于兩個應答器之間，車載天線在兩個應答器天線之間存在著相對運動，車載天線脫離前一個應答器天線場的作用范圍但其產(chǎn)生的電磁場并未完全消失，下一個應答器已經(jīng)接收到車載天線發(fā)送的功率微波而被激活，車載設備仍然可能同時收到兩個應答器發(fā)送的信號。應答器是實現(xiàn)地-車信息傳輸?shù)慕M成部分之一，車載設備通過安裝在列車底部的車載天線向地面發(fā)送功率微波，當列車經(jīng)過應答器時，應答器通過自身的天線接收該功率微波并以此為能量開始工作，向列車發(fā)送數(shù)據(jù)。當車載天線與應答器天線相同時，它所具有的電磁場分布與應答器是相同的。為保證車載設備不同時收到兩個應答

7、器發(fā)送的信號，一方面應保證功率微波的電磁場不同時覆蓋兩個應答器，即車載設備不同時激活兩個應答器；另一方面，亦應保證車載天線的電磁場分布不同時與兩個應答器天線的場分布發(fā)生重疊。上述最小間隔存在的前提是電磁場的升、降沿是陡峭的。天線作為感性元件，電磁場的建立與消失不可能在瞬間完成而具有一定的延時；應答器作為實際存在的設備，其工作狀態(tài)的改變是具有一定的“臨界”值的。在這些因素的綜合影響下，使信息傳輸過程中承受著較大的交叉干擾的風險。如果前一個應答器與后一個應答器的磁通均處于臨界狀態(tài)，那么此時，列車將同時收到兩個應答器的信息或同時激活兩個應答器。這是不允許的。而在前一個應答器的磁通下降到臨界值時，開始

8、激活后一個應答器。由于磁通的下降速度遠高于上升速度，故前后應答器達到臨界磁通具有一定的時間間隔，由此可以消除兩應答器之間的相互影響。由于前一個應答器的磁通尚未降到零，在存在應答器參數(shù)離散的情況下，仍然存在著同時激活兩個應答器的可能。所以該情況也應避免。在前一個應答器的磁通下降到零時，開始激活后一個應答器。從理論上避免了兩個應答器同時向車載設備傳輸信息的可能性。而在實際布置時還應考慮距離誤差的影響，其影響程度還直接與列車速度有關。基本的UHF RFID應答器由整流器、調(diào)制器、解調(diào)器以及處理邏輯電平協(xié)議和存儲功能的數(shù)字電路組成。即如下圖所示：Dickson電荷泵是UHF RFID整流器電路的一種可

9、選結(jié)構(gòu)，下圖是Dickson電荷泵的工作原理圖。天線/RFID芯片連接的簡單等效電路可用電抗與電阻并聯(lián)來表示。         在UHF RFID芯片設計中，天線端的等效阻抗可用電抗與電阻并聯(lián)來表示下圖是標簽存儲器，它分為四個不同的組，每一個都包含0或者更多的存儲字這個是標簽存儲器，它分為四個不同的組，每一個都包含0或者更多的存儲字 1包含取消和讀取密碼的保留存儲器。 2包含有一個CRC-16、協(xié)議控制(PC)位的EPC存儲器，以及標簽連接或?qū)⑦B接的用來標識物體的電子產(chǎn)品碼(EPC)。 3TID存儲器包含有一個8-b ISO/IEC 15963分配類標識，用于詢問器惟一標識常規(guī)命令和/或標簽支持的可選功能。 4允許用戶定義數(shù)據(jù)存儲的用戶存儲器。存儲器結(jié)構(gòu)由用戶定義。應答器中的存儲器單元很重要。為實現(xiàn)標簽的讀/寫，必須要有EEPROM和閃存等非易失性存儲器。采特殊工藝的EEPROM或閃存的可用性，也將限制它們在讀/寫標簽中的應用。如果需要EEPROM和閃存