[發明專利]應用于ETC系統的相控陣天線及其使用方法

有效

• 申請號: 201110366035.3
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102509901A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 黃衛民
• 申請（專利權）人: 廣州市埃特斯通訊設備有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q3/28;H01Q3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：所述應用于ETC系統的相控陣天線包括由天線子陣構成的發射天線陣與由天線子陣構成的接收天線陣，以及相控陣發射組件與相控陣接收組件、波控接口、通訊控制模塊、地感接口、車速計算模塊、車輛跟蹤模塊、電源通訊適配器和安全認證模塊，

發射天線陣的天線子陣與接收天線陣的天線子陣分別通過饋線網絡連接至相控陣發射組件和相控陣接收組件的各路射頻信號處理單元，通過對射頻信號處理單元中的移相器和衰減器賦值，實現對各天線子陣的相位和幅值控制，

通訊控制模塊負責基帶的編碼/解碼、調制/解調、HDLC/DSRC通迅流程控制，同時，采集地感線圈接口信號，估算車輛位置和速度，計算出波控指令，通過波控接口，分別控制相控陣發射組件與相控陣接收組件的各路移相器和衰減器，實現數字波束跟蹤車輛，

電源通訊適配器和安全認證模塊，實現天線與上位機的有線遠距離通訊連接，并安裝有安全認證模塊PSAM卡。

2.根據權利要求1所述的應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：發射天線陣與接收天線陣均由微帶天線構成，其中微帶天線是在一個薄介質基材上，一面為金屬箔層作為接地板，另一面光刻腐蝕出金屬貼片，利用微帶線和軸線探針對貼片饋電，貼片按規則排列和饋電，且貼片饋電的相位和強度實時調節控制，構成所述發射天線陣與接收天線陣，貼片采用矩形微帶貼片，并通過切角技術實現圓極化，發射天線陣與接收天線陣的貼片數量，根據波束寬度和副瓣電平要求確定。

3.根據權利要求2所述的應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：發射天線陣與接收天線陣均以1x6或1x8微帶天線子陣作為基礎結構，由4～10個子陣構成微帶天線陣列，每個子陣的激勵相位和激勵幅度分別可控制調節，形成一維掃描的數字波束，其中微帶天線子陣中的貼片和所有子陣，均采用泰勒級數分布函數進行幅值加權，

所述移相器移相值與波束的偏轉角度存在下列關系：dsin?θ＝λΦ/2π，其中：θ為波束偏轉角度且單位為弧度，Φ為移相器移相值且單位為弧度，d為子陣間的間距且單位為mm，λ為波長且單位為mm；衰減器按照泰勒分布函數加權計算衰減器的賦值。

4.根據權利要求1所述的應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：所述相控陣發射組件由多路射頻信號處理單元組成，來自通訊控制模塊的激勵信號，經功分器分別饋給各路射頻信號處理單元，射頻信號處理單元由放大器、移相器、衰減器及功率放大器構成，其中移相器和衰減器根據波控接口的波控指令，對射頻信號進行移相和衰減，經功率放大后，分別饋送給各路發射天線子陣，在空間形成波束掃描，

所述相控陣接收組件由多路射頻信號處理單元組成，來自各路接收天線子陣的射頻信號，分別輸入到對應的各射頻信號處理單元，射頻信號處理單元由低噪聲前置放大器、移相器、衰減器及放大器構成，其中移相器和衰減器根據波控接口的波控指令，對射頻信號進行移相和衰減，經處理后的射頻信號由功分器矢量疊加，形成對信號空間的方向性選擇，再輸出到通訊控制模塊進行下變頻、解調和解碼，獲得基帶數據。

5.根據權利要求1所述的應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：所述通訊控制模塊為16位嵌入式ARM處理器，內置FLASH且有射頻PLL初始化、HDLC通訊協議、DSRC流程控制、上位機通訊協議、地感接口和車輛位置及速度估算、相控陣波控指令算法和安全認證協議各應用程序，其中HDLC通訊接口輸出下行基帶數據TX，經RF集成發射電路以ASK方式調制在5.8GHz載波上，產生射頻輸出作為相控陣發射組件的激勵輸入，相控陣接收組件輸出的射頻信號，經RF集成接收電路下變頻、解調出上行基帶數據RX，并通過HDLC通訊接口進入ARM處理器解碼。

6.根據權利要求1所述的應用于ETC系統的相控陣天線，其特征在于：所述發射天線陣與接收天線陣通過一環形器使發射天線陣與接收天線陣共用一個天線陣。

7.一種使用權利要求1-6任一權利要求所述的應用于ETC系統的相控陣天線的方法，其特征在于：其中地感線圈設置有第一地感線圈、第二地感線圈、第三地感線圈和第四地感線圈，

1)通過地感線圈接口信號確定車輛位置，當車輛進入第一地感線圈，射頻波束對準車輛前部，發出無線電信標，喚醒車上的電子標簽，建立通信鏈路進入自動收費流程；

2)通訊控制模塊采集地感線圈接口信號，當檢測到車輛進入第二地感線圈的信號，計算出車輛行駛速度，通過相控陣波束控制算法，實時得出移相器和衰減器控制數據，即波控指令；

3)波控指令通過波控接口輸入相控陣收/發組件，各路收/發組件對調制有基帶數據的微波信號，依據波控指令進行移相/衰減即相位和幅值控制、再經功率放大后，分別饋給對應的天線子陣，形成數字波束；

4)數字波束實時跟蹤車輛前行，如果車輛到了第三地感線圈，自動收費流程還沒有結束，通訊控制模塊繼續計算更新車輛位置、速度和波控指令，直到數字波束移動到欄桿跟前為止；

5)前面的車輛完成自動收費流程后，通訊控制模塊跟據地感線圈接口信號判斷第二輛車位置和行駛速度，通過相控陣波束控制算法，實時計算出對應第二輛車位置的移相器和衰減器控制指令，數字波束指向第二輛車前部，重復前輛車的自動收費流程。