带您了解90年代火车上的无线电是如何实现端对端通信的(图解)

  列车无线电通信是指在列车与地面或列车与列车之间所使用的无线电通信。有全无线电通信和半无线电通信两类：前者是利用无线电通道构成的列车全无线电通信方式；后者是利用无线电通道与有线中继线构成的半无线电通信方式。今天，我们走近1944年的列车无线电通信实验，了解在当时的无线电通信是如何架构的。

    这是给火车无线电通信爱好者的好文章。根据我早前看到的一篇文章，1932年3月27日（星期日）发生了世界上第一个来自行驶中的火车的无线电信号。这项壮举是由新泽西州外的WJZ电台完成的，当时是和在巴尔的摩到俄亥俄州（B＆O）火车进行通联。正如十年后在《无线电新闻》杂志上报道的那样，无线电不仅用于连接的车厢（通常也具有一些有线互连）之间，而且还用于其他列车之间以及列车与仓库与开关站之间的可靠通信。毫无疑问，在当时的成就至少部分取决于第二次世界大战期间开发的技术。传真的应用取代以前打印消息方法，即取代了在火车驶过时使用钩子抓住挂在电线杆上的卷起的纸张消息的传统方式。 
    洛克岛铁路公司安装的无线电通信系统测试是一项很有意义的实验。

 

    1944年4月1日，在罗克岛线开始了一项无线电台通信研发计划，旨在开发和准备用作罗克岛线上安装的通信系统基础的材料。总之，要研究前后通信，堆场操作，调度员到守车操作以及所谓的“对讲机”单元。 
    电源问题 
    在所有列车通信中，首先出现的问题是设备的标准化，其次是确保来自不同类型的主电源的工作电压的问题。柴油机车有一个64V的电池，当柴油机运行时会增加到72V。蒸汽机车的直流电压为32V由蒸汽驱动的涡轮机提供的电源，而守车则没有任何类型的电源。 
    因此，本次实验决定使用所有110V，60Hz的设备，并且在所有情况下发射器或接收器组合均可以使用该电源。因此，每个发射器和接收器将是可互换的。自从a.c.在所有维修点均可使用。 
    因此，如果在变频器本身或电动发电机组中出现故障，则可以立即更换动力装置，或者如果接收器或发射器出现故障，可以随时更换备用装置。 

 

    对于蒸汽装置，直接连接到交流电的蒸汽轮机交流发电机的设计。交流交流发电机的恒定速度为每分钟3600转。直接连接到交流电交流发电机始终在60个循环中提供110V电压。这就解决了铁路机车蒸汽型的供电问题。 
    柴油机车上的电源，直流电压为64V。可以使用电源，因此保证使用转换器单元，该转换器单元设计为在初级时提供115V输出和70V输出。因此，当柴油机运行时，电池电压升至72V，交流电压升至118V，而当柴油机静止不动时，电压降至64V，交流电压降为108V。发电机速度变化引起的频率不是关键，因为电源变压器可以在低至50Hz的主电源上高效运行。 

 

所示电源用于蒸汽机车上安装的无线电设备。由蒸汽轮机驱动的恒速3600 rpm交流发电机供应110V，60Hz。 

    守车电源的设计电压约为12V直流电。电池由皮带驱动的发电机充电。12V电池为12V直流电提供一次电源，直到转换器到60V交流电为止。在正常运行条件下，火车速度约为每小时15英里，轮式发电机开始为电池充电。发射时，当负载最大时，发电机将提供足够的电力来使电池充满电，因此，在火车运行的正常使用下，电池的供电将可以持续提供电力。如果要在固定位置长时间使用，必须在每连续使用15个小时后更换一次电池。
    实验室设置
 

 

图1-移动电子实地实验室内置于全钢制守车中。可以在公司生产线的任何地方进行测试和维修。 

    为了检查各种通信系统，包括微波机组，157MHz，40MHz和80KHz，建立了一个现场实验室。这个实验室是一个新的全钢制守车。（见图1）。守车装有1000W交流电。发电机直接安装在冲天炉后面的车顶上。内置一个五加仑的汽油箱，可以24小时运行。电动发电机组和储气罐均由防护罩覆盖，该防护罩可防雨淋，并具有自由的空气流通以进行冷却。（见图2）
 

 

图2-汽油驱动的电动发电机组安装在移动实验室的顶部。 

    敞篷的一侧内置了一个工作台。工作台的下部装有蓄电池，可提供30V直流电。用于操作机载157MHz设备。下部搁板的后半部分装有40MHz FM发射器-接收器组合。此单元用作办公室通信，固定材料，加快材料，调整天线以及用于比较其他类型设备上的场强测量值的通信的标准。
 

 

图6-安装在移动现场实验室中的测试台，显示了Hallicrafters S-36和S-39通信接收器。右侧显示了一个40MHz FM发射器-接收器组合，用作办公室通信的标准。 

     Hallicrafters FM-AM S-36接收机位于工作台的顶部，覆盖27至143MHz的频率范围，用于检查频率，检查对其他电台的干扰以及一般的通讯工作。这里安装了Hallicrafters通信接收器S-39，其覆盖范围从0.55到30MHz（仅限AM）。（接收器显示在图6的工作台顶部。） 

    在车顶后部的一个柜子中搭建了设备架，并安装了80KHz安装了低频发射器系统，然后将其连接到完全环绕现场实验室的环路上。该回路与产生磁场相关联，磁场在电话线中感应以进行调度程序通信。如图5所示，高频157MHz发射器-接收器组合也安装在柜子中。该单元包含一个接收器和一个发射器组件，并通过同轴电缆连接到安装在屋顶上的四分之一波长接地平面天线。 

 

图7-在现场实验室中建立的通讯谈话要点。上部单元连接到80千瓦的辐射系统，而电话和小型扬声器则分别连接到157和40MHz的设备。 

    为所有操作提供了两组控件。所有测量都是通过真空管电压表在工作台上进行的，该电压表通过测量所有接收器中的avc电压来提供信号强度的相对测量。通讯的对话点设置在守车本身的穹顶中，图7右侧的设备连接到    80KHz低频发射系统。图片中心的电话机和小型扬声器共同连接到157MHz的设备和40MHz的设备。 
    这个现场实验室被绑在一台开关引擎上，并穿过芝加哥南侧的Burr Oak堆场，以便从在控制塔上操作的主控制站进行测试。守车者还用于线路服务，以检查芝加哥和岩岛之间的低频发射系统，该距离约为180英里。 
    主控站
    主控制站本身安装在Burr Oak堆场中心100英尺长的灯塔的底部。两种类型的天线安装在塔顶上，一个40MHz的同轴天线和一个“ J”型157MHz的天线。每个天线直接沿塔架向下馈入其各自的发射器-接收器组合。 

 

图3-安装在堆场天线底部的主控站设备。 

    图3显示了安装在塔架底部的箱子，该箱子可容纳所有设备。上层架子包含一个40MHz FM发射器组合。发射器的最大功率输出为50瓦，但已进行了功率分段调整，以便可以将功率从50降到25到15瓦，再降低到10瓦，从而可以分析堆场作业可靠功率所需的最大功率。中间的架子包含一个监视放大器，该放大器桥接电话线，该电话线处理用于通信目的的信号。这提供了在堆场里操作设备时对设备进行监视和维修的方法。线路控制继电器电路也安装在中间搁板上方，该电路通过直流电压，一种用于从远程控制站进行发送和接收的单电话线操作方法。 
    在正常操作中，接收器的输出由继电器通过电话线馈送到电话线，再送到远程控制点的扬声器。收到信号时，如果话务员被呼叫，则将电话摘机并按一个按钮来接听。当按下按钮时，它允许直流电。流入电话线，该电话线会在此控制面板上插入继电器并打开发射机的电源。因此，远程控制点的操作员断开接收器的连接，将电话线连接到发射器，然后打开发射器。发送消息后，他松开按钮，接收器再次连接到电话线上，因此他可以听到传入的消息。 
    此外，插入了一个极化继电器，在正常情况下，当使用正电压时，将其连接到40MHz设备，而当使用负脉冲时，将其连接到150MHz设备。 
    有可能因此，直接比较时要操作两组不同的设备而不必到信号盒中更改单位，并且可以使用相同的功率获得频率的直接比较。 
    堆场作业 
    对于堆场操作，每台交换式柴油机均配备40MHz设备。该设备直接安装在工程师的操作位置后面。最初的运行动力是汽油驱动的发电机，该发电机安装在发动机后部。后来，这被一个永久的转换器组所取代，该转换器组使用64V的柴油电池供电。四分之一波鞭状天线安装在柴油机车的发动机罩上，并通过在地板下并通过发动机驾驶室的同轴电缆馈电。该机车的现场测试表明，该机车（700号）与中央控制点之间的通信可以保持15英里。 

 

图4 示出了在该测试期间在机车中测量的信噪比的曲线图。

 
    除了到目前为止讨论的各种通信方式之外，还认为有必要在工程师和售票员之间进行连续通信，以加快列车的处理速度。
    已经测试了两种类型的列车前后通信：一种类型是由1W FM 40MHz电池组组成。这些无线电套件可完美地实现从发动机到后座箱的传动，并由下车的刹车员用来检查热箱，并向工程师发出命令，要求他们使用热箱拆卸汽车。其他单位是固定在发动机和守车架上的40MHz永久安装的收发器。这些装置安装在伊利诺伊州莫林的西尔维斯船厂，从芝加哥到西尔维斯再到堪萨斯城，有货运火车(160)运行。在三个测试运行中，在这些运行期间分解和处理火车时，节省了很多时间。 
    在同一次运行中，还安装并检查了在高架桥下的157MHz FM单元，通过桥梁以及在弯道周围的操作在极高的噪声场中似乎比预期的AM单元要少。当然，比较是在40MHz的FM和AM之间进行的。157MHz的AM噪声比40MHz的AM噪声要少得多。 
    长途服务 

机车驾驶室内部。显示与调度员直接通信的工程师。 

    尝试了低频长途服务的安装，事实证明非常令人满意。76 KHz发射器-接收器组合安装在守车中，并连接至完全围绕守车延伸的线环。在蓝岛站和岩石岛线的伊利诺伊州局都安装了两个类似的装置。这些单位相距约100英里。其中一个调度单元通过电容器直接连接到电话线上，并将载波的电话线上的载体叠加到地面上。守车上的环路从电话线上拾取磁场，并将其带到接收器中，反向操作用于守车到调度程序的传输。 
    该系统运行非常好，并且可以在此距离范围内随时提供通信。在7月中旬的强烈电风暴中，遇到了少量噪音，但噪音不足以干扰系统的运行特性。该系统的一般操作被认为是令人满意的。一般而言，从车厢到发动机，都通过无线电波（包括40MHz和157MHz）维持了令人满意的列车通信系统，这使列车员在任何时候都可以完全控制列车，并允许列车员向工程师提出建议。进行任何更改。然后，通过使用80KHz。感应系统可以与路边站或分割点进行通信。该系统满足了铁路通用通信系统的所有基本要求。
 
    传真

位于岩岛铁路调度办公室的传真设备。

    洛克岛（Rock Island）已对结合传真、电台和载波类型的通信使用传真的可能性进行了调查。传真打印机和发送器装置已从Faximile Company，Inc.处获得保护。该装置与飞机配件的80KHz感应系统和摩托罗拉40MHz FM结合使用。原始安装包括安装在伊利诺伊州蓝岛的蓝岛站的Faximile记录器。打印机或接收器安装在高速货运列车的顶棚内。规定了将打印机和发射器都切换到载体或40MHz FM 。40MHz的FM可用范围约为15英里，而运载系统的可用范围约为50英里。
    将信息传递到运动中的火车上的导体的当前方法是借助于与固定在竹竿上的蜡绳绑在一起的消息。火车经过路边车站时，指挥员伸出手，勾起了这个“火车命令”。传真系统的明显用途仅在于更换竹竿。路边的站点操作员将消息从电报或电话中取出，将其键入，然后将其放入发射器中。当发射器打开时，承运人会自动打开接收器中的静噪电路并启动打印机运行，列车会接收到该命令。当消息完成时关闭载波时，静噪电路在闭合时触发一个警报电路，该警报电路将一直响起，直到从传真接收器接收到该消息为止。如果那时对接收到的消息有任何疑问，操作员可以通过其无线电或载波电话电路与路边站联系。
    该系统的明显优势是：
    1.指挥不必停止正在做的工作以接受该消息。
    2.将书面形式的消息交给他，该消息可以作为记录保存。
    3.当机器上出现消息时，系统会自动通知他。
    4.他可以通过在无线电或载波电话电路上回读该消息来确认该消息。
    正在使用的实际系统是由J. V. L. Hogan先生设计的。发送器单元仅具有一个运动部件，该运动部件由同步电动机驱动，该同步电动机驱动导螺杆并旋转消息。鼓扫描是通过光电电池完成的。接收器单元在机械结构上非常相似。实际打印是通过在电解纸上施加低压来完成的。然后使纸变色，得到印刷品。发射器和接收器之间的实际同步是通过音叉完成的。电台发射器由60Hz的电源线同步。接收器单元有一个1800Hz的音叉，它触发了一个多谐振荡器，其频率为每秒60Hz，因此音叉电路的重新定相将影响60Hz的同步。锁定此同步后，信号的相位将保持恒定，并且设备可以令人满意地工作。
    本文提到的所有通信形式都已用于实验装置中，用于对公司线路各部分的货物进行试装。在使可用的通信设备适应铁路需求方面，已经进行了许多工作，但在电子制造商的实验室和工程部门仍有更多工作要做。实验已最终证明，铁路无线电通信是可行且实用的。
    目前，FCC已收到铁路运营公司关于频率分配的请愿书。如果他们的决定有利于请愿书，他们的决定将在这种交流领域中产生一个新的和扩展的行业。