[发明专利]应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子不停车收费系统的技术领域，具体说是一种应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法。

背景技术

ETC系统(Electronic Toll Collection System)应用DSRC短程通信(Dedicated Short Communication)技术进行车辆与收费站之间的无线数据通讯，通过计算机网路进行收费数据处理，实现不停车自动收费。

ETC系统前端设备主要由路侧单元RSU(Raod Side Unit)和车载单元OBU(On Braod Unit)组成。使用ETC系统，车主只要在车窗上安装OBU并预存费用或与银行帐户绑定，通过收费站时便不用人工缴费，无须停车，费用将从OBU中自动扣除。采用这种收费系统的收费通道，其通行能力是人工收费通道的5到10倍。它特别适于交通繁忙的公路收费站使用。近几年我国ETC系统的研究和实施取得了一定进展。但有些性能还有待优化、改善，主要表现在：1)通车速度和无人值守的矛盾解决不好。栏杆前置可实现无人值守，但通车速度太慢。2)栏杆后置通车速度快了，但需有人值守处理误入车辆和交易失败车辆。3)目前大多采用多个天线来解决这个问题，但这带来了建设成本的大量增加。4)跟车干扰问题解决不好。通讯区域大了有利于提高通车速度，但会增加跟车干扰，造成前后车位置颠倒的概率升高。通讯区域小，可以防止跟车干扰，但车辆速度较快时，交易失败的概率会增加。

目前ETC系统中使用的天线性能不能充分发挥自动收费车道的效能，不能完全满足实际工程的需求，有必要通过先进创新的设计方案来对现有天线的性能进行改善，以缓解车流量日益增大对收费系统的压力，提高ETC提高ETC系统效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于ETC系统的相控阵天线，实现动态长距离连续通讯，消除跟车干扰，提高交易成功率，提高通车速度，提高ETC系统的使用效率，提高ETC系统建设的性价比，降低ETC系统的建设成本。

本发明通过下述技术方案来实现。

一种应用于ETC系统的相控阵天线，其特征在于：所述应用于ETC系统的相控阵天线包括由天线子阵构成的发射天线阵与由天线子阵构成的接收天线阵，以及相控阵发射组件与相控阵接收组件、波控接口、通讯控制模块、地感接口、车速计算模块、车辆跟踪模块、电源通讯适配器和安全认证模块，发射天线阵的天线子阵与接收天线阵的天线子阵分别通过馈线网络连接至相控阵发射组件和相控阵接收组件的各路射频信号处理单元，通过对射频信号处理单元中的移相器和衰减器赋值，实现对各天线子阵的相位和幅值控制，通讯控制模块负责基带的编码/解码、调制/解调、HDLC/DSRC通迅流程控制，同时，采集地感线圈接口信号，估算车辆位置和速度，计算出波控指令，通过波控接口，分别控制相控阵发射组件与相控阵接收组件的各路移相器和衰减器，实现波束跟踪车辆，电源通讯适配器和安全认证模块，实现天线与上位机的有线远距离通讯连接，并安装有安全认证模块PSAM卡。

发射天线阵与接收天线阵均由微带天线构成，其中微带天线是在一个薄介质基材上，一面为金属箔层作为接地板，另一面光刻腐蚀出金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，贴片按规则排列和馈电，且贴片馈电的相位和强度实时调节控制，构成所述发射天线阵与接收天线阵，贴片采用矩形微带贴片，并通过切角技术实现圆极化，发射天线阵与接收天线阵的贴片数量，根据波束宽度和副瓣电平要求确定。

发射天线阵与接收天线阵均以1x6或1x8微带天线子阵作为基础结构，由4～10个子阵构成微带天线阵列，每个子阵的激励相位和激励幅度分别可控制调节，形成一维扫描的数字波束，其中微带天线子阵中的贴片和所有子阵，均采用泰勒级数分布函数进行幅值加权，所述移相器移相值与波束的偏转角度存在下列关系：dsin θ＝λΦ/2π，其中：θ为波束偏转角度且单位为弧度，Φ为移相器移相值且单位为弧度，d为子阵间的间距且单位为mm，λ为波长且单位为mm；衰减器按照泰勒分布函数加权计算衰减器的赋值。