铁路运输中的无线电技术

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只要到过火车站,我们就会发觉那满载着旅客和货物的列车有条不紊地奔驰在铁路线上,像钟表一样准确地按时到达,按时驶出。我们难免要想:行车的调度和运转工作要求这样灵活和安全,而且运输能力还要继续不断的提高和发展,到底技术上有什么可以做保证呢?针对着这个问题,苏联在这方面利用无线电的先进经验,很值得我们来谈一谈。(有线广播网在这方面的配合作用实际也很大,但为了简化内容起见,我们暂且不谈。)

铁路无线电通信的一般原理

苏联铁路运输中的无线电通信,可以概括分为两个系统:一是铁路枢纽站范围内的调车通信;一是行车通信。

站内通信和普通无线电通信一样,是靠电磁波在空间传播来完成的。

行车无线电通信却不能用这种方式。机车上电台的功率小,天线又不能高,通信距离受到限制,因此便采用了所谓“感应无线电通信”。

感应无线电通信的原理见图1。主要是利用沿铁路线架设的长途线路的导线束来引导电磁波的传播,这样衰减比较小,距离的增加可以达到五倍。

图1
图1 🔍原图 (601×269)

固定无线电台的高频输出对导线用电容或电感方式交连,使电线沿导线传播,在移动电台的天线上产生感应电压。反过来,机车也可以利用导线对固定电台用无线电通信(但不能用电容器交连)。实际上,能完成相互通信的距离,还决定于所用通信频率,提高收信机的灵敏度并无效用。例如在通常所用的2.5兆周左右的波段内,导线里的杂音电平高到约100微伏,有用的信号电平必须超过杂音电平,距离远了就不可能。结果不够达到要求建立通信的距离。因此如图2所示,还需要沿线增设中继站。

图2
图2 🔍原图 (852×388)

无线电收、发信设备

这两个系统的无线电通信设备,苏联用得最多的是ЖP-1型收发信机。图3是ЖP-1型机的方框图。收信机为五灯超外差式,灵敏度可在50—800微伏范围内调整,中频部分带通宽度为5千周。发信机可以单工或双工工作,采栅极调幅方式,输出功率为2瓦(用机车天线)或5瓦(用固定天线),通话范围为6公里。收、发信机的振荡均用晶体稳定,工作频率在2.090—2.626兆周范围内分为5组,每组内有两个配定频率、相差为456千周,恰等于收信机的中频。每一电台只能在这5组中选定一组工作。

图3
图3 🔍原图 (891×663)

双工通信时(图4),收、发信机的频率分别为f\(_{1}\)和f2,收、发信机用同一晶体稳定,保持f\(_{1}\)和f2之差恰为456千周的中频。单工通信时(图5),每个电台要用频率为f\(_{1}\)和f2的两个晶体,而收和发的频率是相同的。这时发信机中双工时充缓冲放大级的电子管变为发信机的主振级。

图4
图4 🔍原图 (483×284)
图5
图5 🔍原图 (483×249)

ЖP-1型无线电设备装在机车上的位置,各种机车不同。图6的情形是装在锅炉的右边。图7示司机在机车上讲无线电话的情形。

图6
图6 🔍原图 (573×380)
图7
图7 🔍原图 (587×692)

更新式的无线电设备,是ЖP-2型超短波无线电收发信机,频率范围为156—163兆周,它的方框图如图8。发信机共有2×3×3×3=54次倍频,发出功率为15—20瓦的调频信号,频偏为5—6 千周。可在15—20公里范围内作单工通话。收信机采用二次变频超外差回路,灵敏度为5—8微伏,通带宽度60千周,输出功率3瓦。收、发信机振荡频率均用晶体控制。上述频率范围共分6组,每组配定4个频率,每一电台选定一组后即可用那4个频率,并能利用控制盘上的按钮来转换。另有交换设备,用遥控方法便可改变工作状态,由收到发或由发到收。

图8
图8 🔍原图 (935×665)

调车无线电通信

先进的枢纽站的大量列车的编组或解体工作,是利用一种“驼峰操车场”来进行的。这是一个地形像驼峰的场所,机车将列车推到峰顶后,利用驼峰的斜坡将车辆分解溜放,编成新的列车,它的吞吐量极大,一昼夜可以溜放6000辆列车。这项工作是调车调度员利用无线电指挥被调车辆来完成的。此外,还有枢纽站调度员,驼峰值班和司机之间发生联系,也是利用无线电。

图9
图9 🔍原图 (700×515)

图9表示这样的通信网。因为枢纽站调度员的通信距离很长(可能达50公里),所以必须利用中继站进行通信。

驼峰值班利用无线电话可以给司机发出要他将列车推送至峰顶的命令,或改变推送的速度,这对驼峰的吞吐力量有极大影响,速度适当,溜放工作才有保证。在特殊情况下,还可以发出紧急命令,防止调车中发生意外事件。

行车无线电通信

在两站中间区行驶的列车系由行车调度员用无线电指挥。同时还要利用一对架空专线。因此,这种通信方式又叫做混合有线无线通信制。

图10
图10 🔍原图 (455×341)

图10是行车无线电通信示意图。沿专线每隔10—15里设置ЖP-1型无线电台一具,这些电台和机车上的电台都经常开启着,并且平时处在收信状态。

图11
图11 🔍原图 (1893×885)

行车无线电通信设备的简化线路如图11。运用这种设备,通信员可以用类似自动电话的办法选定他所需要的中继电台,并以遥控的方法将中继电台由“收信”状态转为“发信”状态(或相反),并送出放大了的音频电流去调制中继站的发信机ЖP-l。过渡设备将该ЖP-1机,接通专线,即可利用中继站设备对机车进行无线电通话。

现在我们用图11把混合通信作用的原理,做比较详细说明。

假定调度员拟和某次列车通话,由列车运行图查得该次列车正在某中继站σ附近行驶。于是调度员拨动一个脉冲电码电键19N,发出专门呼叫σ站的脉冲电源,使该站的选择器动作,而闭合接线继电器PB的电路。继电器PB的接点1使继电器PЛ动作,后者经“终端继电器”PO的接点1和自己的接点1而自己维持在工作状态,并以它的接点2闭合信号ЛC的回路。同一继电器的接点3和4将过渡设备接至专线上。选择器保持呼叫状态2秒,在这时间内继电器PB保持动作,而以接点2闭合电子管6C5的屏路(电子管屏极——电容器C\(_{3}\)——继电器PB的接点2——变庄器Tp的线圈2和1——地)。通过线圈2和3的互感作用,电子管的屏路和栅路发生交连,而导致音频振荡的发生,发出表示准备就绪的监听信号经由变压器TP的线圈4送给调度员。调度员收到这个反应的信号便踩下脚踏板п,接通送话器M和继电器P1、P\(_{2}\)、和P3的电源。P\(_{1}\)和P2将放大器接成“发送”状态。继电器P\(_{3}\)将正向拉制电池的电压送至外线。这电压通过继电压PЛ的接点3和4,而加于有极控制继电器Py的线圈,使后者的衔铁摆向位置。此时无线电台状态由“收信”状态转为了“发信”状态。

调度员在送话器前一讲话,通话电流便经专线Л\(_{12}\)、继电器PЛ的接点3和4、变压器TP的线4和3而至电子管6C5的栅路。被电子管6C5放大后的通话电流线变压器TPBX送到无线电台的调制器回路去。

在收听司机讲话时,调度员放开踏板п,释放调度所的继电器P\(_{1}\)、P2和P\(_{3}\)。此时无线电过渡设备中的继电器Py的衔铁摆向位置2,使无线电台由“发信”状态转为“收信”状态。无线电台收到的司机的讲话电流经过变压器TPBX和变压器TP的线圈2和4到专线Л1Л\(_{2}\)再经过放大器而至调度员的电动扬声器Tp。

通话完毕时,调度员接下“终话按钮”OK,将终话脉冲送至专线。此时继电器Py的衔铁仍摆在位置2上,而继电器PO的衔铁则由接点1摆向接点2,因而切断继电器PЛ的电源电路,使后者释放而将无线电过波设备由调度线路上拆除。

一般来说,调度员呼叫司机通话的机会很多,而司机则无呼叫调度员的必要,所以这电路中没有准备司机呼叫调度员的设备。

电台值班拟与司机通话时,可按下“电台值班按钮”ДCп。因按下按钮ДCп相当于继电器PB的动作。

铁路无线电技术在发展中

以上这些无线电通信,是铁路运输中的神经系统,它们保证了迅速、准确、安全和最大的效率。但无线电技术的运用尚不止于此。

1952年在苏联“十月革命”铁路线上进行了旅客无线电通信的试验,结果非常良好。将来列车上的旅客和城市间可以用普通拨号的方法互相呼叫和通话。无疑地这将给旅行者带来无限的便利和喜悦。电视技术也会运用到铁路运输中,使调度员可以在控制台前的屏上直接看见区内列车运转的整个情况,可以提高工作的准确性。

可以预料到,无线电技术的最新成就——雷达,也必将应用到铁路运输中。在铁路线上设置若干仿效灯光号志的反射器,设置在司机室内的雷达发射机用定向天线发射高频脉冲。经反射器反射回来的高频脉冲作用于接收机,在司机控制台上便看见颜色与灯光号志相当的信号。在视界不良的情况下,司机藉这种设备从控制台上显示的信号就知道轨道上的灯光号志的颜色。

铁路运输无线电技术的发展前途,是异常广阔的。(宿星、孔庆善、朱庆璋、许大刚 译自苏联铁路运输中的无线电技术,本刊编写。)