ETC相控阵天线-SHINE-G2型DSRC微波读写天线

应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法专利目的

《应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法》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。

应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法技术方案

《应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法》所述应用于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：dsinθ＝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毫米，λ为波长且单位为毫米；衰减器按照泰勒分布函数加权计算衰减器的赋值。

所述相控阵发射组件由多路射频信号处理单元组成，来自通讯控制模块的激励信号，经功分器分别馈给各路射频信号处理单元，射频信号处理单元由放大器、移相器、衰减器及功率放大器构成，其中移相器和衰减器根据波控接口的波控指令，对射频信号进行移相和衰减，经功率放大后，分别馈送给各路发射天线子阵，在空间形成波束扫描，所述相控阵接收组件由多路射频信号处理单元组成，来自各路接收天线子阵的射频信号，分别输入到对应的各射频信号处理单元，射频信号处理单元由低噪声前置放大器、移相器、衰减器及放大器构成，其中移相器和衰减器根据波控接口的波控指令，对射频信号进行移相和衰减，经处理后的射频信号由功分器矢量叠加，形成对信号空间的方向性选择，再输出到通讯控制模块进行下变频、解调和解码，获得基带数据。

所述通讯控制模块为16位嵌入式ARM处理器，内置FLASH且有射频PLL初始化、HDLC通讯协议、DSRC流程控制、上位机通讯协议、地感接口和车辆位置及速度估算、相控阵波控指令算法和安全认证协议各应用程序，其中HDLC通讯接口输出下行基带数据TX，经RF集成发射电路以ASK方式调制在5.8吉赫载波上，产生射频输出作为相控阵发射组件的激励输入，相控阵接收组件输出的射频信号，经RF集成接收电路下变频、解调出上行基带数据RX，并通过HDLC通讯接口进入ARM处理器解码。所述发射天线阵与接收天线阵通过一环形器使发射天线阵与接收天线阵共用一个天线阵。

该发明还提供了一种使用前述应用于ETC系统的相控阵天线的方法，其中地感线圈设置有第一地感线圈、第二地感线圈、第三地感线圈和第四地感线圈，

1）通过地感线圈接口信号确定车辆位置，当车辆进入第一地感线圈，射频波束对准车辆前部，发出无线电信标，唤醒车上的电子标签，建立通信链路进入自动收费流程；

2）通讯控制模块采集地感线圈接口信号，当检测到车辆进入第二地感线圈的信号，计算出车辆行驶速度，通过相控阵波束控制算法，实时得出移相器和衰减器控制数据，即波控指令；

3）波控指令通过波控接口输入相控阵收/发组件，各路收/发组件对。

应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法改善效果

《应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法》打破了ETC产业在实际应用中遇到的关键技术瓶颈，解决电子不停车收费系统在推进中遇到的主要技术障碍，促进中国ETC产业的稳步发展，促进公路交通行业更加智能化、更加绿色环保。

图1为该发明应用于ETC系统的相控阵天线系统原理图；

图2为该发明应用于ETC系统的相控阵天线通讯控制模块原理图；

图3为该发明应用于ETC系统的相控阵天线相控阵发射组件原理图；

图4为该发明应用于ETC系统的相控阵天线相控阵接收组件原理图；

图5为该发明应用于ETC系统的相控阵天线发射天线阵与接收天线阵结构图；

图6为该发明应用于ETC系统的相控阵天线相控阵天线波束扫描原理图；

图7为该发明应用于ETC系统的相控阵天线相控阵天线的基本组成。

2021年11月，《应用于ETC系统的相控阵天线及其使用方法》获得第八届广东专利奖优秀奖。