专利名称：路侧设备的阵列天线及电子不停车收费系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信技术领域,尤其涉及一种RSU (Roadside Unit,路侧设备)的阵列天线及ETC (Electronic Toll Collection,电子不停车收费)系统。
背景技术：
ETC系统是目前国际上主要研究和推广的自动电子收费系统，适用于高速公路以及交通繁忙的桥梁隧道环境下的车辆收费解决方案。RSU (Roadside Unit，路侧设备)是ETC系统的标准配件，一般安装收费站的车道上。当车辆通过ETC车道时，OBU (On BoardUnit,车载单元)与RSU通过天线发射和接收射频信号，不需停车即可完成ETC收费，从而提高汽车通行速度，有效解决交通堵塞问题。在上述ETC系统的收费过程中，RSU用内置的圆极化阵列天线保证车道路面的有效覆盖，因此，圆极化阵列天线是实现ETC收费系统的重要元件。
实用新型内容本实用新型的实施例提供了一种RSU的阵列天线及ETC系统，以实现微带圆极化阵列天线有效地应用于ETC系统。一种路侧设备的阵列天线，包括:天线矩阵，和与所述天线矩阵连接的馈电网络，所述天线矩阵包括至少12个天线阵元，所述天线矩阵中的每一行围绕天线矩阵的列中心线对称分布，每一行在天线矩阵的中心线的两边分别分布3个天线阵元，所述馈电网络包括馈电点、输出端口和微带线。由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的RSU的阵列天线通过各个天线阵元单元采用集成共面微带线馈电，并且各个天线单元采用高输入阻抗方式，从而实现了一种高输入阻抗微带圆极化阵列天线。在满足工程需要的要求下，最大限度地减少阵元单元数和馈电网络复杂度，减小馈电网络的损耗，即使在单元少，单元电流分布变化较大的情况下，馈电网络线宽变化并不剧烈，阻抗不连续引起的反射损耗小。
图1为本实用新型实施例提供的一种RSU的阵列天线的具体结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种阻抗变换网络的具体结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的一种RSU的阵列天线的回波损耗曲线示意图；图4为本实用新型实施例提供的一种RSU的阵列天线的远场方向示意图。
具体实施方式
为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。[0013]本实用新型实施例提供的一种RSU的阵列天线的具体结构示意图如图1所示，包括:天线矩阵，和与所述天线矩阵连接的馈电网络，所述天线矩阵包括至少12个天线阵元，所述天线矩阵中的每一行围绕天线矩阵的列中心线对称分布，每一行在天线矩阵的中心线的两边分别分布3个天线阵元，所述馈电网络包括馈电点、输出端口和微带线。在图1 中，由 12 个天线阵元 11、12、13、14、15、16、17、18、19、20 和 21 组成的 2x6天线矩阵，每个天线阵元中包括多个天线。本实用新型的天线阵元采用方形微带天线，为实现右旋圆极化效果，各个天线阵元采用切等边直角三角形的方式实现微扰，产生二个垂直极化波形成圆极化效果。上述天线阵元11、12、13、14、15、16等间距、直线设置在第一行中，上述天线阵元17、18、19、20、21和22等间距、直线设置在第二行中，上述第一行、第二行中的6个天线阵元在天线矩阵的中心线两边对称分布，在天线矩阵的列中心线的左边设置第一行中的天线阵元11、12、13、第二行中的天线阵元17、18、19，在天线矩阵的列中心线的右边设置第一行中的天线阵元14、15、16、第二行中的天线阵元20、21和22。为了达到各个天线阵元之间激励幅度分布按照道尔夫一切比雪夫不等式分布，激励相位差为零的目的，同一行的天线阵元之间的距离为0.5^0.6个波长，可有效降低副瓣电平。天线阵元单元采用集成共面微带线馈电，各个天线单元采用高输入阻抗方式。上述阻抗变换网络如图2所示，上述馈电网络包括输入端口 A (馈电点)、12个输出端口 Bl、12和多个微带线。在所述馈电点的两边分别对称设置6个输出端口，在所述馈电点的一边设置的6个输出端口分成两行设置,每一行3个输出端口。天线阵元11的输入端口和馈电网络的输出端口 BI连接，天线阵元12的输入端口和馈电网络的输出端口 B2连接，天线阵元13的输入端口和馈电网络的输出端口 B3连接，天线阵元14的输入端口和馈电网络的输出端口 B4连接，天线阵元15的输入端口和馈电网络的输出端口 B5连接，天线阵元16的输入端口和馈电网络的输出端口 B6连接，天线阵元17的输入端口和馈电网络的输出端口 B7连接，天线阵元18的输入端口和馈电网络的输出端口 B8连接，天线阵元19的输入端口和馈电网络的输出端口 B9连接，天线阵元20的输入端口和馈电网络的输出端口 BlO连接，天线阵元21的输入端口和馈电网络的输出端口 Bll连接，天线阵元22的输入端口和馈电网络的输出端口 B12连接。各个输出端口所连接的平行微带线为四分之一波长的阻抗变换器，各个输出端口之间的微带线长度为一个波长，所以各输出端口的相位差为零。阻抗网络的比值决定了各端口的输出激励分布符合道尔夫一切比雪夫不等式分布。整个阻抗变换网络结构简单，占用面积小，可方便运用于圆极化阵列天线馈电。本实用新型的圆极化阵列天线水平半功率角小，天线增益较大，副瓣电平低，背瓣电平也都在国标要求之内。图3为本实用新型实施例提供的一种 RSU的阵列天线的回波损耗曲线示意图，回波损耗示意图反映了该天线吸收天线馈线上的正向能量的能力，在图3中，横坐标表示天线接收的信号的频率，纵坐标表示天线在不同频率下的回波损耗。由图3可以看出，天线在5.8GHz处的回波损耗接近_20dB，在-1OdB以下的带宽也有400MHz，满足ETC系统的需要。本实用新型实施例提供的一种RSU的阵列天线的远场方向图如图4所示，在图4中，横坐标表示天线的辐射角度，纵坐标表示在不同辐射角度下天线的主瓣增益，由4图可知，天线主瓣增益达到16dB，水平场的半功率波瓣宽度仅为18°，且副瓣电平低，前后电平比有30dB，可有效的解决ETC系统中临道干扰问题。本发明实施例还提供一种ETC系统，该ETC系统中包括RSU，该RSU中包括上述图1所示的阵列天线。本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。本领域普通技术人员可以理解:实施例中的设备中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个设备中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。综上所述，本实用新型实施例提供的RSU的阵列天线通过各个天线阵元单元采用集成共面微带线馈电，并且各个天线单元采用高输入阻抗方式，从而实现了一种高输入阻抗微带圆极化阵列天线。在满足工程需要的要求下，最大限度地减少阵元单元数和馈电网络复杂度，减小馈电网络的损耗，即使在单元少，单元电流分布变化较大的情况下，馈电网络线宽变化并不剧烈，阻抗不连续引起的反射损耗小。本实用新型实施例提供的RSU的阵列天线仅为100mm*180mm,降低了生产与使用成本，整个阵列天线简介美观。具有高增益，低副瓣的特点，在车道水垂直方向上天线的半功率角仅为18°，应用于ETC系统路侧设备中可有效解决ETC系统中跟车干扰，领道干扰等问题。本实用新型实施例提供的RSU的阵列天线选用平行馈电的方式，馈电网络简单。鉴于各个天线阵元之间的电流按照一定比例分布，各个天线阵元之间采用多节λ/4阻抗变换节进行阻抗匹配，反射系数低，馈电网络损耗小。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种路侧设备的阵列天线，其特征在于，包括: 天线矩阵，和与所述天线矩阵连接的馈电网络，所述天线矩阵包括至少12个天线阵元，所述天线矩阵中的每一行围绕天线矩阵的列中心线对称分布，每一行在天线矩阵的中心线的两边分别分布3个天线阵元，所述馈电网络包括馈电点、输出端口和微带线。
2.根据权利要求1所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，所述天线阵元采用方形微带天线，各个方形天线阵元采用切等边直角三角形的方式实现微扰。
3.根据权利要求1所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，位于同一行的天线阵元之间的距离为0.5 0.6个线上波长。
4.根据权利要求1至3任一项所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络为平行馈电网络。
5.根据权利要求4所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络包括一个馈电点和12个输出端口，以及连接所述馈电点和输出端口的微带线，所述微带线包括阻抗变换段，在所述馈电点的两边分别对称设置6个输出端口，在所述馈电点的一边设置的6个输出端口分成两行设置，每一行3个输出端口。
6.根据权利要求5所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，各个天线阵元分别与馈电网络的不同的输出端口连接。
7.根据权利要求6所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，各天线阵元的馈电处激励幅度按照道尔夫一切比雪夫公式分布，各天线阵元的馈电处激励幅度相位差为零。
8.根据权利要求6所述的路侧设备的阵列天线，其特征在于，各个天线阵元采用高输入阻抗方式，各个输出端口所连接的平行微带线为四分之一波长的阻抗变换器，各个输出端口之间的微带线长度为一个波长。
9.一种电子不停车收费系统，其特征在于，包括:路侧设备，所述路侧设备中包括所述权利要求1至8任一项所述的路侧设备的阵列天线。
专利摘要本实用新型提供一种路侧设备的阵列天线及电子不停车收费系统，主要包括，天线矩阵，和与所述天线矩阵连接的馈电网络，所述天线矩阵包括至少12个天线阵元，所述天线矩阵中的每一行围绕天线矩阵的列中心线对称分布，每一行在天线矩阵的中心线的两边分别分布3个天线阵元，所述馈电网络包括馈电点、输出端口和微带线。本实用新型实施例提供的RSU的阵列天线通过各个天线阵元单元采用集成共面微带线馈电，并且各个天线单元采用高输入阻抗方式，从而实现了一种高输入阻抗微带圆极化阵列天线。在满足工程需要的要求下，最大限度地减少阵元单元数和馈电网络复杂度，减小馈电网络的损耗。
文档编号H01Q13/08GK202977739SQ201220575210
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者周敏, 徐勇, 王波 申请人:航天信息股份有限公司