高速公路ETC相邻车道中天线的实际应用.pdf

第 期(总第 期)年 月山西电子技术通信技术收稿日期:作者简介:郭亚喆()男山西平遥人工程师本科研究方向:机电工程文章编号:()高速公路 相邻车道中天线的实际应用郭亚喆(山西欣奥特自动化工程有限公司山西 太原)摘 要:随着科技的不断发展和人们日益增长的服务需求如何能够更加快捷、迅速的通过高速公路收费站从而进入和驶离高速公路也是现代技术不断发展的必然需求 本文深入剖析了高速公路 不停车收费系统中 天线在现场实际安装中可能出现的问题以及所需要注意的细节问题关键词:不停车收费系统车载电子标签 路侧单元 相邻车道干扰跟车干扰中图分类号:.文献标识码:(.):.:随着科技的不断发展和人们日益增长的服务需求如何能够更加快捷、迅速的通过高速公路收费站从而进入和驶离高速公路也是现代技术不断发展的必然需求 电子不停车收费技术的出现和移动支付的迅猛发展更是带动了整个产业的技术变革将高速公路通行费收取模式由传统的人工现金收费模式推进到 无感支付模式对整个高速公路行业也是一个不小的挑战 系统的构成及工作原理 不停车收费系统由 个部分构成:卡、车载电子标签、路侧单元(即路侧单元:简称)其中车主需要持有的是 卡和 设备 卡和普通的银行卡大小一致只不过为了便于插入 设备中是一张完全的“平面卡”设备的大小和一般卷烟盒相似但要比卷烟盒略大略薄一些是安装在车里的前挡风玻璃处且大多是通过太阳能方式供电的当车辆通过高速公路 车道时插在 设备中的 卡被车道内的 天线感应到自动记录车辆信息并扣除相应通行费 同时安装在该车道旁的高速自动栏杆机自动抬杆车辆即可顺利通行 正常情况下车辆在不找零的情况下通过人工车道一般需要 左右的时间大货车则需要更长的时间 而在安装了 系统的车道内车辆通行的时间将提升至 倍以上大大的提高了车辆通行效率同时也优化了高速公路管理方的人工成本图 设备原理示意图 年第 期郭亚喆:高速公路 相邻车道中天线的实际应用 现场实际存在的问题及解决原理本文主要探讨的是从 电子不停车收费技术中如何抑制相邻车道干扰和跟车干扰时的天线设计重点考虑现场安装的技术问题首先现场天线将采用微带阵列天线形式阵列单元为微带贴片天线其具有体积小、辐射方向的可控性强和易于实现圆极化等优点通过计算分析和试验验证能很好的抑制邻道干扰和跟车干扰同时也保证了设备在规定的通讯范围内正常通信其次天线的水平面半功率波束宽度和垂直面半功率波束宽度是天线的重要指标这两个指标将直接关系到 主用车道是否能克服相邻车道的干扰和跟车干扰问题天线半功率波束示意图如图 所示图 天线半功率波束宽度示意图天线的水平面半功率波束宽度影响的是天线照射路面的宽度而垂直面半功率波束宽度影响的是天线照射路面的长度 将水平面半功率波束宽度设为 垂直面半功率波束宽度设为 在同样环境的条件下当 越大时天线照射路面的宽度越宽同理当 越大时天线照射路面的长度也越长 天线则采用右旋圆极化使用这种方式的优点是可以减小天线在工作中受其它极化波形的干扰 因此在天线设计过程中我们可通过馈电、改变天线形状(矩形贴片截去边角)等方法来实现圆极化同时在现场的实际应用中 的微波电路需要天线增益比较大、方向比较窄、带宽比较大 而单个的天线单元增益小、带宽窄、波束比较宽因此在现场安装的设计中采用微带天线阵的方法来实现大增益、宽带宽、窄波束、低旁瓣 在施工中选用的 天线至少采用 个矩形单元的天线阵这样增益、带宽才可符合要求且波束及旁瓣更窄更好能够很好的解决邻道干扰和跟车干扰问题 发射功率也可通过软件进行 档调节功率最大可调至国标要求的 安装时的水平和垂直角度可以在 的范围内自由调节且有标尺显示适用于各种现场条件下的安装需求安装更加方便、灵活为了有效防止邻道干扰问题在天线照射路面的长度一定的情况下天线照射路面的宽度须小于等于车道的宽度(如图 所示)要实现这个目标必须保证 要比 小很多经计算可知 至少是 的.倍以上 如果 比 的值没有达到:.的关系就有可能造成邻道干扰问题(如图 所示)而且邻道干扰和跟车干扰也与现场天线的安装角度有很大的关系(如图 所示)图 天线水平面半功率波束对 车道影响的效果图图 天线水平面半功率波束对 车道邻道干扰的影响示意图图 现场安装角度示意图当天线与水平面夹角越大在天线发射功率一定的条件下天线照射车道宽度 越大天线照射车道长度就越大当天线与水平面夹角越小在天线发射功率一定的条件下天线照射车道宽度 越小天线照射车道长度也就越小 但是通过调整天线与水平面夹角对防止邻道干扰的作用有限因为减小天线与水平面夹角虽然会使 变小但是 也相应减小有可能会造成车辆通行的有效感应区域过小影响路面车辆通车的效果 发射功率也是影响邻道干扰和跟车干扰的重要因素之一因为功率增大可导致 和 也相应增大功率减小可导致 和 减小但为了解决邻道干扰问题不能只依靠功率减小的方法实现因为功率减小到一定程度可导致 过小影响通车效果 因此必须使 保持合理的发射功率范围内天线的水平面半功率波束宽度、垂直面半功率波束宽度、天线的安装角度、天线的发射功率都是影响相邻车道干扰和跟车干扰问题的重要因素因此必须同时调节这 个因素才能有效的达到防邻道和防跟车干扰的效果 的天线在设计完成后半功率波束宽度已经固定 在现场安装 时需先将 的安装角度暂时设定为一固定值(如)这时通过软件来调整 的发射功率使 略大于应用要求(如)使 略大于应用要求(如.)这时减小 安装角度使 和 同时缩小至应用要求(如 )范围内 车道系统防跟车干扰方案由前面关于 天线设计方案可看出 的天线半功率波束垂直方向的宽度、角度为 可以保证现场的通讯范围收缩 通讯区域长度可以控制在 在本方案中 通讯区域长度设置在 从以上理论得出:当线圈 检测到信号表示有汽车进入通信区域开始计时汽车长度最短为 如果前、后两辆汽车无意紧密跟车则前车车速以大于 /前进后方汽车与前车保持的距离大于 如果前、后两辆汽车有意紧密跟车则前车须缓慢行驶车速一般在/以下前面汽车从线圈位置行驶至线圈 位置需要的时间为 为极限时间当线圈 有信号时开始计时在线圈 一直无信号的前提下超过 则车道系统发出报警表示前车无 即使与后车 交易成功则须先人工处理完前车数据后才可对后方车辆进行放行针对跟车干扰问题可能会有以下五种情况出现:)前车无 后车有 且有 卡当前车经过线圈 时车道 和 进入工作状态车道系统开始计时在线圈 有信号或者计时时间超过 如果还未有 交易则车道系统报警须先人工处理完前面车辆才可对后面交易成功的车辆进行放行)前车有 但未插入 卡后车有 且有 卡当前车经过线圈 时车道 和 进入工作状态车道系统开始计时 与前面的 进行通讯但由于无 卡车道系统报警须人工处理完前面车辆才可对后面交易成功的车辆进行放行)前车有 且有 卡后车有 且未插入 卡当前车经过线圈 时车道 和 进入工作状态车道系统开始计时 与前面 进行 交易交易完成后对前面车辆放行由于后面车辆有 但未插入 卡车道系统报警须人工处理后面车辆数据否则不予放行)前车有 且有 卡后车无 当前车经过线圈 时车道 和 进入过工作状态车道系统开始计时 与前面 进行 交易交易完成后对前面车辆放行由于后面车辆无 在车辆经过线圈 时车道系统报警须人工处理后面车辆的数据)前车有 且有 卡后车有 且有 卡当前车经过线圈 时车道 和 进入工作状态车道系统开始计时 首先与前车 进行 交易交易完成后对前面车辆放行 然后当后面车辆经过线圈 时车道 和 进入工作状态 与后车 进行交易交易完成后对后车进行放行 结束语通过以上方案的描述且现场做好严格执行施工技术规范基本可以处理现场邻道干扰和跟车干扰所出现的问题 同时在科技飞速发展的今天 车道系统作为现代智慧交通的重要设备彰显我国高速公路服务质量和行业技术的技术高度 随着技术革命的不断更新迭代希望在未来有更先进、更智能的设备和方案对目前所存在的问题予以完善和提高参考文献 张培毅.高速公路 车道防邻道及跟车干扰探析.城镇建设():.陈丽.一种高速公路 车道防邻道和跟车干扰方案.中国科技信息():.山 西 电 子 技 术 年第 期