本發(fā)明涉及智能交通技術領域，尤其涉及一種復合天線和車載電子標簽。

背景技術：

隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，電子不停車收費(Electronic Toll Collection，ETC)系統(tǒng)被廣泛應用在高速、隧道、停車場等收費出入口，取代人工收費，提高收費效率，有效地緩解擁堵問題，同時降低了有害氣體排放。ETC系統(tǒng)通過安裝于收費站車道上的路側(cè)單元(Road-Side Unit，RSU)和安裝于車輛上的車載電子標簽(On Board Unit，OBU)之間進行無線通信和信息交換實現(xiàn)不停車收費。

目前，高速公路不斷建設以及我國目前實施高速公路聯(lián)網(wǎng)收費等實際情況，在公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得錯綜復雜、路徑多義性問題以及投資主體多元化的情況下，路徑識別不僅涉及到通行車輛如何計算通行費的問題，還涉及得將收入的通行費拆分給不同收費單位的問題，關系到各條高速公路的合法利益，因此如果不考慮車輛實際行駛路徑，僅依靠記錄車輛通過高速公路入口、出口信息，實施收費操作則顯得不盡合理。因此，現(xiàn)有技術中在高速公路聯(lián)網(wǎng)收費中采用多義路徑系統(tǒng)。

實際應用中，多義路徑識別系統(tǒng)基于433MHz的RFID技術，適用于路網(wǎng)復雜的多路徑路段，為高速公路收費系統(tǒng)提供準確可靠的車輛路徑信息，從而進行準確通行費用計算。為滿足與ETC系統(tǒng)相關設備的兼容性，多義路徑識別系統(tǒng)通常在傳統(tǒng)型電子標簽中增加433MHz路徑識別功能模塊，使其兼具433MHz路徑識別功能和國標OBU設備功能。但是，新增加的433MHz路徑識別功能模塊不 但會使電子標簽的內(nèi)部空間更加復雜，還會對5.8GHz天線造成干擾，使各個天線的輻射性能受到影響。另外，由于電子標簽周圍的金屬元器件、車前窗玻璃也會對5.8GHz天線造成干擾，使其方向圖、軸比、增益等性能帶來惡化。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的其中一個目的在于提供一種復合天線和車載電子標簽，以解決現(xiàn)有技術中5.8GHz天線容易受到周圍金屬元器件、車前窗玻璃影響引起的性能惡化，以及新增加的433MHz路徑識別功能模塊對5.8GHz天線造成的干擾。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了一種復合天線，包括：第一金屬層、第一介質(zhì)層、第二金屬層、第二介質(zhì)層和第三金屬層，其中：

所述第一金屬層用于作為該復合天線的地平面；

所述第一介質(zhì)層覆蓋在所述第一金屬層的正上方；

所述第二金屬層覆蓋在所述第一介質(zhì)層的正上方，用于作為5.8GHz天線輻射片；

所述第二介質(zhì)層設置在所述第二金屬層的正上方；

所述第三金屬層設置在所述第二介質(zhì)層的上面和/或下面，用于作為433MHz天線輻射片以及復用為對5.8GHz天線輻射片所輻射電磁波的方向圖進行重構(gòu)的牽引片。

可選地，所述第二金屬層與所述第三金屬層相互平行，且位于所述第一介質(zhì)層的同一側(cè)。

可選地，所述第二金屬層與所述第三金屬層的垂直相對距離為2～20mm之間。

可選地，所述第二金屬層與所述第三金屬層的垂直相對距離為8.9mm。

可選地，所述第三金屬層為長方形、E形、縫隙式和蛇形中一種 或者多種構(gòu)成的天線輻射片。

可選地，所述第三金屬層為蛇形輻射片，且該蛇形輻射片的有效工作頻率為429.8MHz～436MHz。

可選地，所述第三金屬層包括印刷在所述第二介質(zhì)層兩側(cè)的多條螺旋導線，在每一條螺旋導線的端點處設置有內(nèi)壁覆有導電材料的導通孔，全部螺旋導線由導通孔連接成一印制板螺旋天線。

可選地，所述第二介質(zhì)層為單層介質(zhì)或多層介質(zhì)。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種車載電子標簽，包括預處理電路，用于對發(fā)送信號進行編碼與調(diào)制以及對接收信號進行檢波、整流、濾波與解碼，還包括權利要求上方所述的復合天線。

可選地，上述車載電子標簽還包括外殼；所述復合天線中第二介質(zhì)層固定在所述外殼上。

本發(fā)明實施例通過將第三金屬層作為433MHz天線輻射片單獨設置在第二介質(zhì)層的側(cè)面上，與第二金屬層在空間上分離，從而降低了第一介質(zhì)層上金屬元器件以及5.8GHz天線輻射片對433MHz電磁波信號的干擾；并且，該433MHz天線輻射片設置在5.8GHz天線輻射片的正上方，且復用為5.8GHz天線輻射片的牽引片，對天線波束輻射方向進行重構(gòu)，抵消了車前窗玻璃及周圍復雜環(huán)境對5.8GHz天線輻射片的輻射性能的影響，改善其3dB波瓣方向圖及軸比。本發(fā)明不僅減少了復雜電磁環(huán)境和車前窗玻璃對5.8GHz天線方向圖和增益的影響，還簡化了增加功能后車載電子標簽的結(jié)構(gòu)，從而保障了車載電子標簽的工作效率。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線的立體圖；

圖2是圖1所示復合天線A-A’方向上的側(cè)視圖；

圖3是微帶天線覆蓋單層介質(zhì)示意圖；

圖4是微帶天線覆蓋多層介質(zhì)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線第三金屬層的俯視圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線中433MHz天線輻射片的回波損耗特性S11曲線示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線中5.8GHz天線輻射片的方向圖對比圖；

圖8是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線中第三金屬層的俯視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種復合天線，如圖1～圖2所示，包括：第一金屬層101、第一介質(zhì)層201、第二金屬層301、第二介質(zhì)層501和第三金屬層401，其中：

第一金屬層101用于作為該復合天線的地平面；

第一介質(zhì)層201覆蓋在第一金屬層101的正上方；

第二金屬層301覆蓋在第一介質(zhì)層201的正上方，用于作為5.8GHz天線輻射片；

第二介質(zhì)層501設置在第二金屬層301的正上方；

第三金屬層401設置在第二介質(zhì)層501的上面和/或下面，用于作為433MHz天線輻射片以及復用為對5.8GHz天線輻射片所輻射電磁波的方向圖進行重構(gòu)的牽引片。

需要說明的是，本發(fā)明中的牽引片，是指該433MHz天線輻射片感應5.8GHz天線輻射片所發(fā)出的信號，并進行二次輻射，對5.8GHz天線輻射片所輻射的電磁波的方向圖及功率分布進行重構(gòu)，以牽引該5.8GHz天線輻射片的方向圖指向5.8GHz天線的正前方。

本發(fā)明實施例通過將第三金屬層作為433MHz天線輻射片單獨設置在第二介質(zhì)層的上面和/或下面，與第二金屬層在空間上分離，從而降低了第一介質(zhì)層上金屬元器件以及5.8GHz天線輻射片對433MHz電磁波信號的干擾；并且，該433MHz天線輻射片設置在5.8GHz天線輻射片的正上方，且復用為5.8GHz天線輻射片的牽引片，對天線波束輻射方向進行重構(gòu)，從而抵消了車前窗玻璃及周圍復雜環(huán)境對5.8GHz天線輻射片的輻射性能的影響，改善該5.8GHz天線輻射片3dB波瓣方向圖及軸比。本發(fā)明不僅減少433MHz天線輻射片與5.8GHz天線輻射片之間的相互影響，還簡化了提高了復合天線的工作效率。

實際應用中，第一金屬層101、第一介質(zhì)層201和第二金屬層301設置在第一塊PCB電路板上，第二介質(zhì)層501與第三金屬層401設置在第二塊PCB電路板上。第一PCB電路板與第二PCB電路板之間可以相互接觸也可以實現(xiàn)空間分離，本領域技術人員可以根據(jù)具體使用場景進行合理設置，本發(fā)明不作限定。

實際應用中，第二金屬層301設置有5.8GHz天線輻射片。該5.8GHz天線輻射片還包括饋線302，用于饋入5.8GHz信號。并且該5.8GHz天線輻射片為右上角方形切角的微帶天線形式，以實現(xiàn)右旋圓極化。

實際應用中，第三金屬層401設置有433MHz天線輻射片。該433MHz天線輻射片設置在車載電子標簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)中第二介質(zhì)層501上，與第二金屬層301實現(xiàn)空間分離，從而實現(xiàn)與其他金屬元器件以及5.8GHz天線輻射片對該433MHz天線輻射片輻射的電磁波信號的干擾。

為降低433MHz天線輻射片與5.8GHz天線輻射片之間相互影響，本發(fā)明采用介質(zhì)覆蓋理論設計433MHz天線輻射片。實際應用中，車前窗玻璃會影響5.8GHz天線輻射片的輻射電磁波信號的諧振頻率、方 向圖、輻射效率和增益。圖3是微帶天線覆蓋單層介質(zhì)示意圖。需要說明的是，上述微帶天線是指本發(fā)明上方中的5.8GHz天線輻射片。。參見圖3，在微帶天線的地平面702的上方設置有介質(zhì)基片703。在該介質(zhì)基片703中設置有寬邊長度為a的微帶天線701。其中，介質(zhì)基片703的介電常數(shù)為ε_r1，厚度為h₁；704為微帶天線的覆蓋介質(zhì)，介電常數(shù)為ε_r1，厚度為h₁?；谠搱D3所示的微帶天線覆蓋模型，該微帶天線701的諧振頻率變化為：

式中，A≈9.26，p≈0.89，f₁為無覆蓋層時微帶天線的諧振頻率和自由空間波長，f₂為無限厚覆蓋層時微帶天線的諧振頻率，f₁和f₂由空腔模型得出。

覆蓋介質(zhì)的微帶天線的理論增益：

增益帶寬為：

天線的輻射場為：

式(4)～(5)中：

式(6)～(7)中：

U_h＝jγ₁cot(γ₁h₁)·A_h-γ₂B_h， (8)

式中，k₀和η分別為自由空間波數(shù)和波阻抗，和為微帶貼片表面電流分布基函數(shù)的譜域表達式。

圖4是微帶天線覆蓋多層介質(zhì)示意圖。參見圖4，在微帶天線的地平面802上方設置有介質(zhì)基片803。在該介質(zhì)基片803中設置有微帶天線801。在該微帶天線801的上方設置有第一層覆蓋介質(zhì)804、第二層覆蓋介質(zhì)805，……，以及最后一層覆蓋介質(zhì)806。圖4所示微帶天線的使用場景更接近于本發(fā)明提供的復合天線的使用場景其對天線性能的影響也是基于上述單層介質(zhì)覆蓋的理論進行衍伸，在此不再贅述。

為降低433MHz天線輻射片與5.8GHz天線輻射片的相互影響，根據(jù)上述介質(zhì)覆蓋理論以及式(1)～(17)以及圖3與圖4，計算5.8GHz天線輻射片在多層介質(zhì)覆蓋情況下的方向圖特性。根據(jù)計算及優(yōu)化結(jié)果，即本發(fā)明中將第二金屬層301與第三金屬層401的垂直相對距離設置在2～20mm之間。較優(yōu)地，本發(fā)明一實施例中，第二金屬層301與第三金屬層401的垂直相對距離設置為8.9mm，也就是說433MHz天線輻射片與5.8GHz天線輻射片的垂直相對距離設置有8.9mm。

實際應用中，該433MHz天線輻射片可設置為長方形、E形、縫隙式(包括常用的十字形和柵格形)和蛇形中一種或者多種構(gòu)成的天線輻射片。本領域技術人員可以根據(jù)具體使用場景，設置不同形狀的433MHz天線輻射片，本發(fā)明不作限定。較優(yōu)地，如圖5所示，本發(fā)明一實施例中，該433MHz天線輻射片設置為蛇形輻射片。其中，該蛇形輻射片包括饋線402，該饋線402用于饋入433MHz信號。該蛇形輻射片的長度L為16.8mm，寬度W1為11.4mm。并且，構(gòu)成該蛇形輻射片的片狀導線的寬度W2為0.5mm，并且在長度L的方向上相鄰兩條片狀導線的間隔W3為0.8mm。

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種復合天線中433MHz天線輻射片的回波損耗特性S11曲線圖。參見圖6，回波損耗特性S11曲線中看出433MHz天線輻射片的有效工作頻率為429.8～436MHz，此時S11<-10dB；在工作頻率433.8MHz處的S11約為-15dB。由此可知，本發(fā)明實施例提供的433MHz天線輻射片符合多義路徑識別模塊對天線的性能指標要求。

在車載電子標簽的實際應用中，車前窗玻璃對車載電子標簽上5.8GHz天線輻射片的輻射特性影響很大，其方向圖經(jīng)過車前窗玻璃發(fā)生嚴重畸變，主瓣方向發(fā)生偏移，副瓣、背瓣增大，3dB波瓣寬度變窄，同時天線的軸比特性也被惡化，喪失了圓極化的軸比特性，接近于線極化。參見圖7，曲線1為普通車載電子標簽上5.8GHz天線輻射片 A經(jīng)過車前窗玻璃的方向圖曲線；可以看出，曲線1中普通車載電子標簽上5.8GHz天線輻射片A的方向圖出現(xiàn)了很大的畸變，主瓣A1方向發(fā)生偏移、副瓣、背瓣A2增大，且方向圖中出現(xiàn)很多的“坑陷A3”。

而本發(fā)明提供的433MHz天線輻射片，同時還可以作為5.8GHz天線輻射片的牽引片。當5.8GHz天線輻射片工作時，復用為牽引片的433MHz天線輻射片與5.8GHz天線輻射片可以實現(xiàn)良好的互耦效應。433MHz天線輻射片通過耦合5.8GHz天線輻射片所輻射的電磁波，在其自身產(chǎn)生感應電流并發(fā)生二次輻射，對5.8GHz天線輻射片所輻射的電磁波的方向圖及功率分布進行重構(gòu)。參見圖7，曲線2為本發(fā)明實施例提供的5.8GHz天線輻射片B經(jīng)過車前窗玻璃的方向圖曲線。與曲線1相比，曲線2中主瓣方向B1無偏移，背瓣B2小了很多，且方向圖比較平滑，增益也比曲線1的天線增益大。由此說明，本發(fā)明通過將433MHz天線輻射片復用為5.8GHz天線輻射片的牽引片，可以很好的改善現(xiàn)有車載電子標簽中5.8GHz天線輻射片的輻射性能。

本發(fā)明實施例提供的433MHz天線輻射片不局限于單片形式，還可以設置有多片相耦合形式。如圖8所示，本發(fā)明另一實施例中第三金屬層401設置為印制板螺旋天線。本發(fā)明中將第三金屬層401包括印刷在第二介質(zhì)層501兩側(cè)的多條螺旋導線4011，在每一條螺旋導線4011的端點處設置有內(nèi)壁覆有導電材料的導通孔4012，全部螺旋導線4011由導通孔4012連接成一螺旋天線403。

本發(fā)明實施例中，該螺旋天線403的寬度W4為9.5mm，并且每條螺旋導線4011的寬度W5為0.6mm；螺旋天線同一側(cè)相鄰兩個導通孔4012之間距離為1.7mm。本發(fā)明實施例提供的螺旋天線尺寸小、增益高，并且制作簡單，具有良好的全向性特點。

需要說明的是，導通孔4012中內(nèi)壁覆有的導電材料可以為金屬元素。其中，金屬元素可以為金、銀、銅、鋁鉑等。較優(yōu)地，本發(fā)明實施例中該導電材料采用為銅材料。本領域技術人員也可以根據(jù)具體使 用場景選擇合適的導電材料，本發(fā)明不作限定。

另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種車載電子標簽，本發(fā)明提供的車載電子標簽基于上文所述的復合天線實現(xiàn)?？蛇x地，上述車載電子標簽還包括外殼601；復合天線中第二介質(zhì)層501固定在該外殼601上。由于該車載電子標簽采用上述復合天線制成，因而可以解決同樣的技術問題，并取得相同的技術效果，在此不再一一贅述。

在本發(fā)明中，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術語“多個”指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的范圍之內(nèi)。