CN217406553U - 支持实现etc无线电环境监测的装置及其设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种支持实现ETC无线电环境监测的装置，其中，该装置包括：天线，用于进行多波束扫描，并采集相应的射频信号；功分器，与天线相连接，用于接收天线传输的射频信号，并将射频信号均分为两路；带通滤波器，与功分器相连接，用于获取相应的带通滤波信号；射频放大器，与带通滤波器相连接，用于接收带通滤波信号，并对带通滤波信号进行放大处理；微控制单元，与射频放大器相连接，用于控制装置的功能运行状态、通讯协议的实现以及模数信号的转换；天线扫描控制器，与天线以及微控制单元相连接，用于通过微控制单元控制天线的扫描功能进行启用或者关闭处理。采用了本实用新型的该装置，大大提高了ETC频段干扰源发现与定位系统的便捷性。

Description

支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备

技术领域

本实用新型涉及无线电、射频和通信技术领域，具体是指一种支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备。

背景技术

2019～2020年断面门架标识站点全面覆盖开通，收费站显著增加了ETC通道，人工通道普遍采用了ETC/MTC通道，基本全面构成了以5.8G频点为基础的，由OBU/CPC以及门架和收费站组成的大规模射频短程通信无线电系统。主通讯方向RSU天线通讯状态监测，目前RSU天线不同厂家之间没有统一标准的自检功能，在设备出现故障时候无法给出统一的自检结果，尤其是射频部分的损坏。另外要保障可靠的通讯交易，除了监测主通讯方向的电磁波工作环境还需要监测交易区域的周边电磁波工作环境。目前ETC系统抗干扰水平较低，不法分子可能会破坏相关交通设施以扰乱高速公路的正常运行，其中一个重要的手段就是通过电磁干扰造成ETC系统的瘫痪，发生大面积交通拥堵，造成不良社会影响，严重时甚至会产生恶劣的国际影响，交通部门迫切需要相关干扰源监测技术。通过对市场上ETC无线电环境监测相关系统的调研和专利的调研，发现市场上相关系统存在需要凭感觉不断调整设备位置根据电场强度变化实现手动移动定位或固定在龙门架上成本高、产出低的不足。

这些弊端大大限制了ETC无线电环境监测系统的应用范围。要满足ETC使用安全、管理便捷和管理成本低的需求，需要在保证准确性的基础上实现快速、高效发现、定位干扰源功能，并且系统相对简单，易于后期维护。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种结构相对简单，且易于后期维护的支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备。

为了实现上述目的，本实用新型的一种支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备具体如下：

该支持实现ETC无线电环境监测的装置，其主要特点是，所述的装置包括：

天线，用于进行多波束扫描，并采集相应的射频信号；

功分器，与所述的天线相连接，用于接收所述的天线传输的射频信号，并将所述的射频信号均分为两路；

带通滤波器，与所述的功分器相连接，用于获取相应的带通滤波信号；

射频放大器，与所述的带通滤波器相连接，用于接收所述的带通滤波信号，并对所述的带通滤波信号进行放大处理；

微控制单元，与所述的射频放大器相连接，用于控制所述的装置的功能运行状态、通讯协议的实现以及模数信号的转换；以及

天线扫描控制器，与所述的天线以及微控制单元相连接，用于通过所述的微控制单元控制所述的天线的扫描功能进行启用或者关闭处理。

较佳地，所述的天线为相控阵天线或者阵列天线，且所述的天线包括：天线电路板及射频信号采集板。

较佳地，所述的天线采用矩形低副瓣、高增益的线极化微带天线结构，用于采集5.8GHz频段信号，且所述的天线采用中心馈电的馈电方式。

较佳地，所述的功分器具体为：1分2型，适用于分配5.8GHz频段功率，用于将所述的天线传输的射频信号均分为两路。

较佳地，所述的带通滤波器包括：

高频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的高频带通滤波器采用高于5.8GHz的高边界带通滤波，用于获得上边带的带通滤波信号；以及

低频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的低频带通滤波器采用低于5.8GHz的低边界带通滤波用于获得下边带的带通滤波信号。

较佳地，所述的射频放大器包括：

第一射频放大器，与所述的高频带通滤波器相连接，用于对所述的上边带的带通滤波信号进行放大处理；以及

第二射频放大器，与所述的低频带通滤波器相连接，用于对所述的下边带的带通滤波信号进行放大处理。

较佳地，所述的微控制单元中包括：

第一AD管脚和第二AD管脚，其中，

所述的第一AD管脚与所述的第一射频放大器相连接，用于将放大后的所述的上边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号；

所述的第二AD管脚与所述的第二射频放大器相连接，用于将放大后的所述的下边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号。

较佳地，所述的微控制单元中还包括CON管脚，所述的CON管脚与所述的天线扫描控制器相连接，用于控制所述的天线扫描控制器，以启用或者关闭所述的天线的扫描功能。

该支持实现ETC无线电环境监测的设备，其主要特点是，所述的设备包括：

安装有上述所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，以及

角度传感器，所述的角度传感器与所述的装置相连接，用于支持ETC交易区域360°范围内无线电环境参数测量。

较佳地，设置在所述的设备的外部的电机转台带动所述的装置的天线进行匀速旋转，并通过所述的角度传感器实时获得所述的天线的当前角度信息。

较佳地，所述的天线的当前角度信息和经过微控制单元计算后的信号强度数据信息将同时提交到所述的设备的外部的上位机处进行存储，所述的上位机将数据库中存储的最大信号强度值确定为峰值，并将所述的峰值大于设定阈值的当前天线角度确定为干扰源方位。

较佳地，所述的设备具体为便携式设备、手持式设备或者固定式设备。

采用了本实用新型的支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备，将被动式雷达原理应用于高速公路ETC行业，将多种干扰源统一成ETC以外的频段，能大大简化系统，减轻设备重量，实现可移动。同时可实现交易区内对ETC交易区域360°无线电环境参数测量，协助快速捕获无线电干扰。另外，还可根据实际情况，通过增加天线阵子或者相控阵的阵列快速实现定位精度的提高。可以满足ETC无线电环境监测管理功能和性能的要求。

附图说明

图1为本实用新型的支持实现ETC无线电环境监测的装置的硬件结构连接示意图。

图2为本实用新型的5.8GHz天线的PCB布线图。

图3为本实用新型的4纵4列微带阵列天线示意图。

图4为本实用新型的干扰源信号定位示意图。

图5为本实用新型的干扰源信号定位原理图。

图6为本实用新型的支持实现ETC无线电环境监测的设备的组成结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

在详细说明根据本实用新型的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本实用新型的该种支持实现ETC无线电环境监测的装置，其中，所述的装置包括：

天线，用于进行多波束扫描，并采集相应的射频信号；

功分器，与所述的天线相连接，用于接收所述的天线传输的射频信号，并将所述的射频信号均分为两路；

带通滤波器，与所述的功分器相连接，用于获取相应的带通滤波信号；

射频放大器，与所述的带通滤波器相连接，用于接收所述的带通滤波信号，并对所述的带通滤波信号进行放大处理；

微控制单元，与所述的射频放大器相连接，用于控制所述的装置的功能运行状态、通讯协议的实现以及模数信号的转换；以及

天线扫描控制器，与所述的天线以及微控制单元相连接，用于通过所述的微控制单元控制所述的天线的扫描功能进行启用或者关闭处理。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的天线为相控阵天线或者阵列天线，且所述的天线包括：天线电路板及射频信号采集板。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的天线采用矩形低副瓣、高增益的线极化微带天线结构，用于采集5.8GHz频段信号，且所述的天线采用中心馈电的馈电方式。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的功分器具体为：1分2型，适用于分配5.8GHz频段功率，用于将所述的天线传输的射频信号均分为两路。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的带通滤波器包括：

高频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的高频带通滤波器采用高于5.8GHz的高边界带通滤波，用于获得上边带的带通滤波信号；以及

低频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的低频带通滤波器采用低于5.8GHz的低边界带通滤波用于获得下边带的带通滤波信号。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的射频放大器包括：

第一射频放大器，与所述的高频带通滤波器相连接，用于对所述的上边带的带通滤波信号进行放大处理；以及

第二射频放大器，与所述的低频带通滤波器相连接，用于对所述的下边带的带通滤波信号进行放大处理。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的微控制单元中包括：

第一AD管脚和第二AD管脚，其中，

所述的第一AD管脚与所述的第一射频放大器相连接，用于将放大后的所述的上边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号；

所述的第二AD管脚与所述的第二射频放大器相连接，用于将放大后的所述的下边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的微控制单元中还包括CON管脚，所述的CON管脚与所述的天线扫描控制器相连接，用于控制所述的天线扫描控制器，以启用或者关闭所述的天线的扫描功能。

请参阅图4和图5所示，在实际应用中，关于干扰源的精准判断通过采用在天线的数个波束所分别对应的识别区域中的重叠区域中进行定位，在图5中，若干扰器位于识别区B，测量识别区A、B、C时，往往会发现识别区B的信号强度要显著高于识别区A和识别区C，这样我们就可以得出干扰源在天线阵子B的前方，在考虑到外界的环境干扰以及其他干扰信号因素，得出干扰源在天线A和C之间的结论往往成立，而区域A和C之间的夹角通常控制为小于等于60°。为了可靠控制在60°以内，以此可以增加天线阵子或者相控阵的阵列，也可以通过算法差分来实现定位精度的提高。如图3中的4×4的天线精确度为60度，而如图2所设计的天线PCB板精确度可达5度。

请参阅图6所示，该支持实现ETC无线电环境监测的设备，其中，所述的设备包括：

安装有上述所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，以及

角度传感器，所述的角度传感器与所述的装置相连接，用于支持ETC交易区域360°范围内无线电环境参数测量。

作为本实用新型的优选实施方式，设置在所述的设备的外部的电机转台带动所述的装置的天线进行匀速旋转，并通过所述的角度传感器实时获得所述的天线的当前角度信息。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的天线的当前角度信息和经过微控制单元计算后的信号强度数据信息将同时提交到所述的设备的外部的上位机处进行存储，所述的上位机将数据库中存储的最大信号强度值确定为峰值，并将所述的峰值大于设定阈值的当前天线角度确定为干扰源方位。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的设备具体为便携式设备、手持式设备或者固定式设备。

在实际应用当中，本实用新型的支持实现ETC无线电环境监测的装置，可以便携式、手持式设备为载体，支持ETC交易区域360°无线电环境参数测量，协助快速发现、定位无线电干扰，简单高效，定位精度配置灵活，可以满足高速公路ETC行业日常运营频段无线电环境监测要求，并适用于公安人员发现、排除干扰源和现场取证。

其中，微带天线工程设计调整增益、辐射方向图、半功率波瓣宽度等天线性能参数，解决中心馈电馈线本身辐射干扰方向图导致增益降低的问题。

作为本实用新型的优选实施方式，外部电机转台匀速旋转带动装置中的天线，角度传感器实时获得天线当前角度信息。

支持实现ETC无线电环境监测的装置通过微控制单元MCU控制扫描控制器对天线进行扫描，天线各阵列采集到的射频信号通过功分器分为两路，两路一样的信号通过高带通来获得上边带的带通滤波信号，通过低带通来获得下边带的带通滤波信号，得到的两个带通滤波信号通过各自射频放大器放大之后传输到微控制单元MCU的AD管脚，由微控制单元MCU将两个放大后的信号通过AD转换为数字信号，并进行反向标定来获得真实值。

天线当前角度信息和微控制单元MCU计算后的信号强度数据同时提交到外部上位机并存储，上位机搜寻数据库中最大信号强度值，并与当前信号强度相比较，如果大于当前信号强度，则将数据库中最大信号强度更新为当前信号强度。直到完成360度扫描，数据库中最大信号强度值确定为峰值。峰值与设定的阈值相比较，如果峰值强度大于阈值，则出现该峰值的天线角度为干扰源方位。

日常巡检时，可使用该模块的便携式或手持式设备进行探测、定位，不仅携带方便、成本低，而且配有外部电机转台控制转台匀速旋转天线后，无需人工干预，便可实现干扰源快速、准确、高效的发现与定位，大大提高了ETC频段干扰源发现与定位系统的便捷性，有利于扩大该类产品的使用范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

采用了本实用新型的支持实现ETC无线电环境监测的装置及其设备，将被动式雷达原理应用于高速公路ETC行业，将多种干扰源统一成ETC以外的频段，能大大简化系统，减轻设备重量，实现可移动。同时可实现交易区内对ETC交易区域360°无线电环境参数测量，协助快速捕获无线电干扰。另外，还可根据实际情况，通过增加天线阵子或者相控阵的阵列快速实现定位精度的提高。可以满足ETC无线电环境监测管理功能和性能的要求。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (12)

1.一种支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的装置包括：

天线，用于进行多波束扫描，并采集相应的射频信号；

功分器，与所述的天线相连接，用于接收所述的天线传输的射频信号，并将所述的射频信号均分为两路；

带通滤波器，与所述的功分器相连接，用于获取相应的带通滤波信号；

射频放大器，与所述的带通滤波器相连接，用于接收所述的带通滤波信号，并对所述的带通滤波信号进行放大处理；

微控制单元，与所述的射频放大器相连接，用于控制所述的装置的功能运行状态、通讯协议的实现以及模数信号的转换；以及

天线扫描控制器，与所述的天线以及微控制单元相连接，用于通过所述的微控制单元控制所述的天线的扫描功能进行启用或者关闭处理。

2.根据权利要求1所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的天线为相控阵天线或者阵列天线，且所述的天线包括：天线电路板及射频信号采集板。

3.根据权利要求2所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的天线采用矩形低副瓣、高增益的线极化微带天线结构，用于采集5.8GHz频段信号，且所述的天线采用中心馈电的馈电方式。

4.根据权利要求1所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的功分器具体为：1分2型，适用于分配5.8GHz频段功率，用于将所述的天线传输的射频信号均分为两路。

5.根据权利要求1所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的带通滤波器包括：

高频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的高频带通滤波器采用高于5.8GHz的高边界带通滤波，用于获得上边带的带通滤波信号；以及

低频带通滤波器，与所述的功分器相连接，所述的低频带通滤波器采用低于5.8GHz的低边界带通滤波用于获得下边带的带通滤波信号。

6.根据权利要求5所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的射频放大器包括：

第一射频放大器，与所述的高频带通滤波器相连接，用于对所述的上边带的带通滤波信号进行放大处理；以及

第二射频放大器，与所述的低频带通滤波器相连接，用于对所述的下边带的带通滤波信号进行放大处理。

7.根据权利要求6所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的微控制单元中包括：

第一AD管脚和第二AD管脚，其中，

所述的第一AD管脚与所述的第一射频放大器相连接，用于将放大后的所述的上边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号；

所述的第二AD管脚与所述的第二射频放大器相连接，用于将放大后的所述的下边带的带通滤波信号进行模数转换，将其转为数字信号。

8.根据权利要求7所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，其特征在于，所述的微控制单元中还包括CON管脚，所述的CON管脚与所述的天线扫描控制器相连接，用于控制所述的天线扫描控制器，以启用或者关闭所述的天线的扫描功能。

9.一种支持实现ETC无线电环境监测的设备，其特征在于，所述的设备包括：

安装有权利要求1至8中任一项所述的支持实现ETC无线电环境监测的装置，以及

角度传感器，所述的角度传感器与所述的装置相连接，用于支持ETC交易区域360°范围内无线电环境参数测量。

10.根据权利要求9所述的支持实现ETC无线电环境监测的设备，其特征在于，设置在所述的设备的外部的电机转台带动所述的装置的天线进行匀速旋转，并通过所述的角度传感器实时获得所述的天线的当前角度信息。

11.根据权利要求10所述的支持实现ETC无线电环境监测的设备，其特征在于，所述的天线的当前角度信息和经过微控制单元计算后的信号强度数据信息将同时提交到所述的设备的外部的上位机处进行存储，所述的上位机将数据库中存储的最大信号强度值确定为峰值，并将所述的峰值大于设定阈值的当前天线角度确定为干扰源方位。

12.根据权利要求9所述的支持实现ETC无线电环境监测的设备，其特征在于，所述的设备具体为便携式设备、手持式设备或者固定式设备。

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