ANTENA DE GUÍA DE ONDAS EMBARCADA EN UN VEHÍCULO FERROVIARIO.

Dispositivo de comunicación de una red ferroviaria que comprende una antena de recepción y/o de emisión (4) montada sobre un vehículo (A,

B) que se desplaza a lo largo de al menos una vía (2, 3) y que comunica con un dispositivo de comunicación (1) fijo dispuesto a lo largo de al menos una vía (2, 3) por medio de señales de hiperfrecuencias de longitud de onda proporcionada, caracterizada porque la antena (4) está constituida por una guía de ondas de sección rectangular en la que una superficie mayor está perforada por ranuras (5) rectangulares cuyo mayor tamaño está próximo y es inferior a la semi-longitud de ondas de dicha señal de hiperfrecuencia (λg) propagada en la guía de ondas, y porque la separación entre el centro de dos ranuras (5) sucesivas es igual a una semi-longitud de onda de señal hiperfrecuencia (λg) propagada en la guía de ondas de manera que la combinación de emisiones de cada abertura (5) proporciona un diagrama de emisión que presenta dos lóbulos principales en dos direcciones simétricas con respecto al plano perpendicular al eje longitudinal de la guía de ondas y porque el dispositivo de comunicación (1) fijo está constituido por al menos una guía de ondas de sección rectangular, que posee dos caras emisoras verticales y opuestas (1a , 1b), estando cada cara (1a , 1b) perforada por una red de ranuras cuyo mayor tamaño es bastante más pequeño que la longitud de ondas de la señal propagada en la guía de onda en la guía de onda (1).

La invención se refiere a un dispositivo de emisión/recepción direccional de guía de ondas en general, y más particularmente, a una antena de guía de ondas bidireccional y simétrica.

Una antena de emisión/recepción que presenta un diagrama de radiación bidireccional permite comunicar con emisores/receptores en dos direcciones privilegiadas del espacio.

Dicha antena encuentra, por ejemplo, su aplicación, a lo largo de un eje de transporte por carretera, ferroviario, etc. Clásicamente, la cobertura radioeléctrica se garantiza mediante una red de emisores dispuestos en el suelo a distancia y elevados mediante el empleo de postes. Un móvil se desplaza entre esos emisores en el suelo.

Durante su desplazamiento a lo largo del eje de transporte, este móvil esta en comunicación con el emisor que se encuentra inmediatamente aguas arriba. A media que se aleja de este emisor aguas arriba, la señal recibida desde este emisor disminuye progresivamente hasta hacerse inoperativa. Sin embargo, de manera simultánea, la señal recibida proveniente del emisor aguas abajo aumenta ya que su distancia al móvil disminuye. Debe establecerse una transferencia de comunicación para que el móvil transfiera su comunicación, que se hace inoperativa, desde el emisor aguas abajo hacia el emisor aguas arriba. Esta etapa se denomina «handover» (traspaso) en una red de comunicación celular.

Con el fin de garantizar esta comunicación con la estación aguas arriba y, simultáneamente este seguimiento de nivel de recepción de señal emitida por el emisor aguas abajo, el receptor debe utilizar dos antenas apuntadas hacia adelante y hacia atrás, respectivamente apuntando por encima del horizonte en dirección a las antenas sobre los postes.

En el caso de un sistema de comunicación ferroviario, el dispositivo de comunicación fijo está dispuesto en el suelo

o en la bóveda del túnel a lo largo de esta vía. El dispositivo de comunicación fijo puede ser omnidireccional, es decir que irradia o recibe una señal electromagnética en todas las direcciones del espacio. El dispositivo de comunicación puede ser también direccional, es decir que las señales tienen una ganancia elevada en una dirección del espacio: el diagrama de radiación muestra un lóbulo de orientación principal dado. Una antena direccional que posee el mismo diagrama de radiación optimiza fuertemente la comunicación con este último dispositivo.

En un medio de propagación «abierto», el dispositivo de comunicación en el suelo estará constituido, por ejemplo, por emisores/receptores directivos. En un medio de propagación «cerrado», como por ejemplo una red de metro, el dispositivo de comunicación en el suelo, será por ejemplo, una guía de ondas.

Un dispositivo de guía de ondas en el suelo debe funcionar a frecuencias muy elevadas, superiores a giga hercios (GHz), para conducir una realización mecánica de volumen compatible con su utilización en la vía. La utilización de estas hiperfrecuencias permite garantizar todas las comunicaciones suelo-trenes consideradas. Estas frecuencias elevadas corresponden a longitudes de ondas en el aire del orden de 5 a 20 cm (1,5 GHz a 6 GHz y por encima). Debido a esto, la guía de ondas en la vía a menudo es lejana- en cuanto a la cantidad de longitudes de ondas de esta antena embarcada en el tren. Esto conduce a una radiación electromagnética de tipo campo lejano para el cual pueden calcularse teóricamente y medirse experimentalmente diagramas de radiación.

Como el vehículo se desplaza en dos sentidos opuestos a lo largo del eje de transporte (a 0º y a 180º, suponiendo que el eje de la vía se disponga a 0º), la antena de emisión/recepción debe poder comunicar con el dispositivo de comunicación en la vía en los dos sentidos.

Del documento US 6.091.372 se conoce un sistema de comunicación entre una línea de transmisión en la vía y una línea de transmisión embarcada en un vehículo ferroviario, de tipo cables radiantes. El principio desarrollado en ese documento se parece a un acoplamiento entre líneas de propagación radiantes, haciendo la línea de transmisión embarcada en el vehículo la función de antena con varios metros de longitud. A las frecuencias generadas por los cables radiantes (generalmente hacia 500 MHz) y para las distancias «cable radiante embarcado- cable radiante en el suelo» (o en la bóveda del túnel) del orden de metros, la comunicación se efectúa básicamente en un campo electromagnético próximo, es decir, a un escaso numero de longitudes de ondas.

Un acoplamiento entre líneas de transmisión orientadas favorablemente una con respecto a la otra se considera claramente más importante que un acoplamiento en la orientación opuesta. Para recibir una señal máxima y de acuerdo con la orientación del tren con respecto a la vía, se considera por tanto necesario invertir, mediante un conmutador manual, las posiciones terminales relativas de los generadores/receptores y cargas sobre este cable radiante embarcado en el tren.

Un inconveniente de este dispositivo es la longitud de las líneas de propagación necesarias para este tipo de acoplamiento, es decir, una antena - tren de algunos metros de longitud. Otro inconveniente reside en la necesidad de conmutar la orientación de las líneas de transmisión según el sentido de circulación de los vehículos para aumentar el acoplamiento y mejorar la comunicación entre el vehículo y el dispositivo de la vía.

El dispositivo de la presente invención tiene por objeto una antena de recepción y/o de emisión direccional embarcada a bordo de un vehículo que puede comunicar de manera fiable y estable con un dispositivo de comunicación direccional fijo dispuesto en la vía, diseñándose esta antena de manera sencilla, poco voluminosa e independiente del sentido de circulación del vehículo.

De acuerdo con la invención, se define un dispositivo de comunicación por las características de la reivindicación 1.

La antena de recepción y/o de emisión también puede presentar una o más de las características indicadas a continuación, consideradas individualmente o de acuerdo con todas las combinaciones técnicamente posibles:

- el numero de ranuras está comprendido entre cinco y diez,

- la cara emisora de la guía de ondas de dicha antena es vertical y está dispuesta paralelamente a una cara emisora del dispositivo de comunicación fijo dispuesto a lo largo de la vía,

- el eje de guía de ondas de la antena es paralelo al eje del dispositivo de comunicación fijo.

- la antena está separada del dispositivo de comunicación continuo fijo al menos cuatro de longitudes de onda de dicha señal de hiperfrecuencia propagada en el aire,

- la antena está dispuesta en un solo lado del vehículo,

- la antena está dispuesta a cada lado del vehículo,

- un radomo recubre la antena.

Gracias a la invención, cada ranura de la antena irradia una señal que presenta dos lóbulos principales en dos direcciones simétricas con respecto a un plano perpendicular al plano de esta ranura. La guía de ondas es fácil de fabricar, sencilla de utilizar y fiable, y la doble directividad permite liberarse del sentido de circulación del vehículo sin intervención particular. Dado que el medio de propagación de la comunicación suelo-trenes se caracteriza por reflexiones intensas sobre los diferentes obstáculos circundantes (trenes, paredes…), una antena directiva, que focaliza su radiación hacia la guía de ondas en la vía, limita el impacto de estas reflexiones múltiples sobre la calidad de la conexión y permite de esta manera aumentar la distancia «antena embarcada en el tren- guía de ondas en la vía» aprovechable en la práctica.

Además, desde la guía de ondas en la vía y en relación con la antena, de acuerdo con la invención, la amplitud de las señales parece considerablemente constante y no requiere «alisado» particular de las señales. Un enfoque particular, simétrico en dos orientaciones particulares del espacio, y únicamente en esas direcciones correspondientes a la radiación máxima de la guía de ondas en la vía resulta ser particularmente favorable con objeto de optimizar los equilibrios de transmisión suelo-trenes.

Otros objetos, características y ventajas de la invención surgirán a partir de la lectura de la siguiente descripción, la cual se realiza en relación con los dibujos en los que:

- La figura 1 es una vista esquemática... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de comunicación de una red ferroviaria que comprende una antena de recepción y/o de emisión (4) montada sobre un vehículo (A, B) que se desplaza a lo largo de al menos una vía (2, 3) y que comunica con un dispositivo de comunicación (1) fijo dispuesto a lo largo de al menos una vía (2, 3) por medio de señales de hiperfrecuencias de longitud de onda proporcionada, caracterizada porque la antena (4) está constituida por una guía de ondas de sección rectangular en la que una superficie mayor está perforada por ranuras (5) rectangulares cuyo mayor tamaño está próximo y es inferior a la semi-longitud de ondas de dicha señal de hiperfrecuencia (λg) propagada en la guía de ondas, y porque la separación entre el centro de dos ranuras (5) sucesivas es igual a una semi-longitud de onda de señal hiperfrecuencia (λg) propagada en la guía de ondas de manera que la combinación de emisiones de cada abertura (5) proporciona un diagrama de emisión que presenta dos lóbulos principales en dos direcciones simétricas con respecto al plano perpendicular al eje longitudinal de la guía de ondas y porque el dispositivo de comunicación (1) fijo está constituido por al menos una guía de ondas de sección rectangular, que posee dos caras emisoras verticales y opuestas (1a , 1b), estando cada cara (1a , 1b) perforada por una red de ranuras cuyo mayor tamaño es bastante más pequeño que la longitud de ondas de la señal propagada en la guía de onda en la guía de onda (1).

2. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el número de ranuras (5) está comprendido entre cinco y diez.

3. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cara emisora de la guía de ondas (1) de dicha antena (4) es vertical y está dispuesta paralelamente a una cara emisora del dispositivo de comunicación (1) fijo dispuesto a lo largo de la vía (2, 3).

4. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el eje de guía de ondas de la antena (4) es paralelo al eje del dispositivo de comunicación (1) fijo.

5. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la antena (4) está separada del dispositivo de comunicación (1) fijo al menos cuatro longitudes de ondas de señal de hiperfrecuencia propagada en el aire.

6. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la antena (4) está dispuesta en un solo lado del vehículo (A, B).

7. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la antena (4) está dispuesta a cada lado del vehículo (A, B).

8. Dispositivo de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque un radomo recubre la antena (4).