陈家斌
(广西天道信息技术有限公司，南宁 530028)
摘要：
针对因受动车组检修库内环境限制而无法全面排查CIR 设备潜在隐患的问题，通过研究设备系统原理和工作流程，总结归纳出GPS 模块电压测试法、通过式电流法及天线环阻测试法等天线系统测量方法，有效提高库检和故障排查效率及质量，保障铁路运输的安全畅通。 关键词：
CIR ；天线；GPS ；GSM-R 中图分类号：
U285.5 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2022)04-0095-05Measurement Methods for Antenna Systems of
CIR Equipment of EMUs
Chen Jiabin
(Guangxi Tiandao Information Technology Co., Ltd., Nanning 530028, China)
gps组合Abstract: Not all potential risks to CIR equipment can be identified because of the environment limitations in EMU maintenance depots. In order to solve this problem, this paper studies the principle and work flow of CIR equipment system, and summarizes the measurement methods of antenna systems, such as GPS-module voltage test method, through-current method and antenna loop-resistance test method. These methods improve the efficiency and quality of depot inspection and troubleshooting, and ensure safe and smooth railway transportation.Keywords: CIR; antenna; GPS; GSM-R
DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2022.04.020
收稿日期：2021-12-27；修回日期：
2022-02-28作者简介：
陈家斌(1973—)，男，高级工程师，主要研究方向：铁道通信，邮箱：158****************。1 概述
动车组检修库一般采用金属顶棚结构，库内无
专用的卫星接收放大器、GSM-R 无线（BTS），高级修验收、检修作业CIR 设备受外界限制而无法进行全面排查试验出潜在隐患，导致动车组出库后，
CIR 设备语音、数据业务功能无法正常使用，GPS 卫星定位信号无法正常接收，是日常检修验收、排查
隐患的困难问题。特别是当车顶天线出现故障，只能扣车返所并临时申请更换动车组上线运行，给动车组检测作业及动车组行车调度指挥造成严重干扰。解决如何快速判断是板件、天线（馈线）问题， 是故障处理的关键。目前处理GSM-R 信号故障只能通过测试天线驻波比判断天馈线的好坏；处理GPS 故障只能通过GPS 天线测试仪表进行搜星测试，如搜星数无效情况下，处理人员只能通过跟车出库到空旷场所获取GPS 信号，存在很大的设备安全隐患且效率低下。本文针对该问题，通过研究不同厂家生产
的GPS 模块输出电压启动前置放大电路原理，通过
信号电流测试方法以及各天馈线的电气特性，总结归纳出GPS 模块电压测试法、通过式电流法及天线
环阻测试法。库检作业可通过上述方法排查出板件、
天线的故障隐患，从而减少CIR 设备故障。
2 系统介绍
机车综合无线通信设备（CIR）由主机、操作
显示终端（MMI）、送受话器、扬声器、打印终端、机车数据采集编码器、天线、合路器及各部连接电缆等组成。不同型号的动车组由于工程配置不一，
CIR 设备的组成也有差异。CIR 设备连接示意如图1所示，CIR 原理如图2所示。
图� CIR设备组成连接示意
Fig.1 Components and connections of CIR equipment
组合天线�多频段机车天线多频段合路器
DC ��� V
车次号采集编码器
TAX箱录音
DMS
DMS
送受话器
送受话器MMI
MMI
打印机
打印机
GPS
滤波器
组合天线�
图� CIR原理
Fig.2 Block diagram of CIR principle
��� MHz 机车电台��� MHz 调度命令单元
��� MHz 车载电台
GSM-R 话音单元GSM-R 数据单元转换单元记录单元
电源单元
主控及接口单元
GPS 单元MMI 主机
应用数据：
机车信息平台
调车监控应用工况信息应用机车信息号…打印终端
MMI
打印终端
3 设备天线系统介绍
3.1 CIR设备GPS天线系统CIR 设备GPS 信号接收功能实现主要是由CIR
设备A 子架总线板、GPS 单元、天线单元组成，如
图3所示。
CIR 设备GPS 信号接收过程中天线部分和
GPS 模块（变频器、信号通道）的信号流走向，如图4所示。
1）天线部分
GPS 天线接收1 574 ～1 577 MHz 扩频调制
信号，通过天馈线提供工作电压激活前置放大器，将GPS 信号极微弱的电磁波转化为相应的电流，放大传递到变频器。
图� CIR设备GPS单元原理
Fig.3 Schematic diagram of GPS unit of CIR equipment
图� CIR设备GPS信号接收原理
Fig.4 Schematic diagram of the reception of GPS signals by CIR equipment
2）变频器及中频放大器
经过GPS 前置放大器的信号仍然很微弱，为了
使接收通道得到稳定的高增益，采用变频器把L 频段的射频信号变成低频信号。
3）信号通道
信号通道是GPS 单元的核心部分，主要作用：
搜索卫星，牵引并跟踪卫星；对广播电文数据信号实行解扩，解调出广播电文；进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。
在相关通道电路中设有伪码相位跟踪环和载波相位跟踪环，经过解扩、解调得到导航电文。3.2 GSM-R 语音及GSM-R 数据天线系统
CIR 设备GSM-R 语音、GSM-R 数据天线采
用无源天线，通过天线连接馈线与CIR 设备主机语音、数据模块相互连接，以传导射频通信信号，如图5所示。
图� GSM-R语音信号接收原理
Fig.5 Schematic diagram of the reception of GSM-R voice signals
4 技术特征
动车组CIR 设备天馈线系统是由GSM-R 语音/
GPS 组合天线、GSM-R 数据/GPS 组合天线、多频带天线及馈线组成。其中多频带天线接DHL-Ⅳ合路器输出450 MHz（450 M 电台用）、800 MHz
（LBJ 用）、GSM-R（CIR 设备语音用）。下面针对天馈线系统及测量方法进行简述。
1）天线功能
指能有效辐射和接收电磁波，将传输线与空间或其他媒质耦合起来的一种装置。包括直接到传输线
端口为止的所有匹配、平衡、移相或其他耦合装置。2）动车组天线位置用途
以动车组CRH-2A 车型为例（从司机室位置起
记1、2、3、4号位天线），如图6所示。
图� CRH�A车型车顶天线示意
Fig.6 Schematic diagram of CRH2A train top antennae
CRH�A车头
CRH�A-××××车长：���.� m
语音/GPS 组合天线数据/GPS 组合天线多频段
天线
LAIS 天线
1号位，GSM-R 数据/GPS 组合天线：GSM-R
数据（使用频率870～960 MHz ），连接CIR 设备数据模块；GPS 天线（使用频率1 574 ～
1577 MHz），连接DMS 设备GPS 模块。2号位，GSM-R 语音/GPS 组合天线：GSM-R
频率885 ～934 MHz，连接DMS设备GSM-R模块；GPS天线（使用频率1 574～1577 MHz），连接CIR设备GPS模块。
3号位，多频带天线：下接合路器，分别有
450 MHz、800 MHz、GSM-R输出端口。450 MHz 端口：457 ～469 MHz，连接CIR设备450 MHz 单元；800 MHz端口：821～869 MHz，连接CIR 设备LBJ单元；GSM-R端口：GSM-R 语音（使用频率
870～960 MHz ），连接CIR设备语音模块。4号位，LAIS天线: 800～5 800 MHz，连接LAIS设备。
3）天线类型、阻抗及工作频段
GPS天线：有源天线；阻抗50 Ω；工作频段1 575.42±1.023 MHz；耗电≤25 mA。GSM-R 语音及GSM-R 数据天线：无源天线；阻抗50 Ω；工作频段870～960 MHz。
5 测试方法及指标值
GPS天馈线系统由GPS模块和GPS天线系统组成，处理故障时需对GPS模块和GPS天线系统进行故障部分定位，才能更有效进行处理。5.1 GPS天线系统测试方法
取国内外不同厂家设备进行具体分析，CRH-2A、CRH-380A、CR300AF系列车型动车组GSM-R 数据/GPS组合天线、GSM-R 语音/GPS 组合天线国内外厂家分别以有泰兴东盛通讯（国产）、SENCITY（进口）为例。
1）环阻测试法：在CIR主机拧下GPS天线TNC接头，用电阻档测试天线及馈线环阻，如图7所示。泰兴东盛设备合格范围指标为2～7 MΩ；SENCITY设备合格范围为56～75 Ω。
2）通过式电流法：因GPS天线是有源天线，利用TNC馈线头外壳（屏蔽层）与GPS模块天线端口外
壳连接，万用表直流电流档表笔串联接入电流表如图8所示，与利用电流值判断GPS天线是否正常。泰兴东盛天线正常电流值为12～25 mA；SENCITY天线正常电流值为15～25 mA。
图� 天线环阻测试示意
Fig.7 Demonstration of the antenna loop resistance test
图� GPS通过式电流测试示意
Fig.8 Demonstration of the GPS through-currents test 3）GPS测试仪搜索卫星法：GPS天线连接GPS测试仪，测试搜星数≥3。
5.2 GPS模块测量方法
1) GPS模块电压测试法：GPS天线是有源天线，需要GPS模块提供电压给GPS天线前置放大电路工作。国内不同厂家设备的技术指标有所区别，在测试判断时应予以区分，厂家1CIR设备GPS 模块电压≥3 V（直流），厂家2、厂家3CIR设备GPS模块电压≥5 V（直流），在GPS模块TNC 口测量电压值在以上数值可判断GPS模块给天线前置放大电路工作电压正常，重点检查GPS天线。
2) 语音/数据天线代替法：如经过重启/复位GPS都无法正常工作，随身未携带GPS测试仪和万用表，可临时借用语音/数据天线代替GPS天线，观察GPS时间是否变黄（黄正常，红代表不正常）。如GPS时间正常，代表GPS单元正常，入库检查GPS天线搜星情况。
5.3 GSM-R 数据、GSM-R 语音、多频带天线1）环阻测试法：在CIR主机拧下数据、语音、
多频带天线接头，用电阻档测试天线及馈线环阻。数据、语音、多频带天线环阻≤5 Ω。
2）通过式功率计测试电压驻波比法：在CIR 主机拧下数据、语音、多频带天线接头，串联通过式功率计，另安排1人在MMI进行GPRS、语音（450 MHz、GSM-R）发射，测试电压驻波比≤1.5。6 故障
现象及处理方法
1）GPS天线：接收不到标准时钟、GPS定位信息公用信息（包括线路通信工作模式，相邻车站相关信息）。
处理方法：首先用GPS测试仪搜索卫星法测试搜星数，如搜星数正常，判断GPS天线及馈线良好；如搜星数正常，但GPS尚不能正常工作，利用通过式电流法测试GPS模块天线电流，如无电流值或过大说明GPS模块电压输出异常，需更换GPS 模块；如搜不到卫星数量，利用环阻测试法测试GPS天线环阻，环阻值为∞或0，说明GPS天线或连接馈线已损坏，需更换GPS天线或馈线。
语音/数据天线代替法：如经过重启/复位GPS都无法正常工作，随身未携带GPS测试仪和万用表，可临时借用语音/数据天线代替GPS天线，观察MMI显示屏上GPS时间是否变黄（黄正常，红代表不正常）。如GPS时间正常，代表GPS单元正常，入库检查GPS天线搜星情况。2）GSM-R 数据天线：无法完成网络注册（MMI无显示“G”），无法获取IP，接收不了进路预告及调度命令。
处理方法（天线部分）：借用GSM-R 语音天线替换法，如功能试验正常，说明数据模块正常；通过式功率计测试电压驻波比法，如驻波比大于1.5，说明天馈线指标不合格，需更换天线或馈线；利用环阻测试法测试天线馈线环阻，环阻＞5 Ω或处于开路，说明GSM-R数据天线或连接馈线已损坏，需更换GSM-R 数据天线或连接馈线。
利用功率计测试数据模块发射功率33±2 dBm （1.3～3 W），如低于33±2 dBm，更换数据模块。
3）GSM-R 语音天线：无法完成网络注册（MMI无显示语音信号格数），不能进行语音调度通信、机车号及车次号注册注销功能。
处理方法（天线部分）：借用GSM-R 数据天线替换法，如功能试验正常，说明语音模块正常；通过式功率计测试电压驻波比法，如驻波比大于1.5，说明天馈线指标不合格，需更换天线或馈线；利用环阻测试法测试天线馈线环阻，环阻＞5 Ω或处于开路，说明GSM-R 语音天线或连接馈线已损坏，需更换天线或连接馈线。
利用功率计测试语音模块发射功率39±2 dBm （5～13 W），如低于39±2 dBm，更换语音模块。4）多频带天线：多频带天线接DHL-Ⅳ合路器输出450 MHz（450 M电台用）、800 MHz （LBJ用）、GSM-R（CIR语音），运行中发现以上功能不正常。
处理方法（天线部分）：通过式功率计测试电压驻波比法，如驻波比大于1.5，说明天馈线指标不合格，需更换天线或馈线；利用环阻测试法测试天线馈线环阻，环阻＞5 Ω或处于开路，说明多频带天线或馈线已损坏，需更换天线或连接馈线。利用功率计测试450 M电台发射功率，低功率发射为4.8～5.8 W），高功率发射为9～11 W，如低于正常值，更换CIR设备B子架。
7 结束语
据不完全统计，从2020年4月份该方法投入使用以来，辅助测试GSM-R天线及GPS模块电气特性200余次，查出设备隐患故障15件以上，有效减少CIR设备线上故障的发生，保障了铁路运输的安全畅通。
参考文献
[1]中国铁路总公司.机车综合无线通信设备(CIR)
操作指南[M].2版.北京：中国铁道出版社，
2014.
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