CBTC系统缝隙波导信号传输性能的研究

论文摘要

摘要：随着CBTC技术的逐渐成熟,越来越多的城市轨道交通的线路采用CBTC技术。经过对运营线路和测试线路的监测发现,缝隙波导传输信号平稳,具有良好的抗干扰能力。缝隙波导已经成功应用于CBTC的DCS子系统中。缝隙波导主要用在城轨线路的高架区段,一定程度上会受极端天气的影响。因此对缝隙波导在运营和测试过程中所出现的进水、进金属异物和积雪覆盖等极端情况进行仿真和测试,对了解缝隙波导的工作原理和保障缝隙波导的正常运行具有实际意义。本文针对运营CBTC缝隙波导传输所遇到的相关问题,采用高频电磁仿真软件HFSS对缝隙波导进行仿真和分析,结合试验线和运营线上的测试数据,对CBTC中传输列控数据所采用的无线局域网信号在缝隙波导中的传输性能进行系统的分析。首先,介绍了缝隙波导的工作机理,结合有限元理论,描述了缝隙波导的数学建模方法：之后使用HFSS软件建立了缝隙波导的传输模型,对缝隙波导进水、积雪、进异物等3种极端情况分别仿真分析；并结合线路的实测数据,分析仿真结果、优化模型。仿真结果对缝隙波导的运用维护有一定的参考作用。本文限于篇幅和作者的理论水平,对波导的电磁理论方面的研究还不是很深入,还有一些问题待进一步解决,如积雪的介电常数是如何影响缝隙波导对无线局域网信号的传输性能等。图52幅,表6个,参考文献37篇。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 缝隙波导在铁路上的应用现状
• 1.1.1 CBTC系统
• 1.1.2 缝隙波导的理论研究现状
• 1.1.3 缝隙波导在实际运营中所遇到的问题
• 1.2 选题背景、目的和意义
• 1.3 本文主要研究内容和章节安排
• 2 矩形波导和缝隙天线的理论基础
• 2.1 矩形波导的传输特性
• 2.2 巴比内原理和波导开缝理论
• 2.2.1 巴比内（babinet）原理
• 2.2.2 波导缝隙基础理论
• 2.2.3 波导缝隙的辐射机理
• 2.3 小结
• 3 基于有限元的缝隙波导建模方法
• 3.1 微波元件的分析方法
• 3.2 一些基本的数值计算方法
• 3.2.1 基于加权残数法的矩量法和有限元方法简介
• 3.2.2 差分法原理及时域有限差分法
• 3.3 有限元方法原理
• 3.3.1 有限元方法的建模过程
• 3.3.2 三维时谐场有限元问题
• 3.3.3 有限元方程组的求解
• 3.3.4 区域分解算法和条件数预处理
• 3.4 小结
• 4 缝隙波导建模及仿真分析
• 4.1 模型设计与参数设定
• 4.1.1 模型设计
• 4.1.2 缝隙波导的建模
• 4.1.3 模型参数设定
• 4.2 仿真及数据分析
• 4.2.1 正常情况下的仿真
• 4.2.2 缝隙波导内部进异物情况的仿真
• 4.2.3 缝隙波导内部进水的情况的仿真
• 4.2.4 缝隙波导表面覆盖雪的情况的仿真
• 4.3 小结
• 5 地铁运营线缝隙波导性能测试
• 5.1 运营线现场测试环境
• 5.1.1 运营线路工况
• 5.1.2 缝隙波导测试平台
• 5.1.3 设备性能参数
• 5.2 现场测试数据与结果分析
• 5.2.1 正常情况测试
• 5.2.2 缝隙波导内部进水情况测试
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步工作的方向
• 参考文献
• 索引
• 作者简历
• 学位论文数据集