OBU一致性稳定性问题的溯源及解决

    以京津冀和长三角区域联网电子不停车收费系统示范工程为代表的ETC系统的开通，目前，全国各地掀起了ETC系统建设热潮。在各地ETC系统的建设和运行过程中，目前遇到的问题大多集中在电子标签OBU产品的一致性、稳定性上，某些厂商供应的OBU产品性能不同批次甚至同一批次之间不能保持一致，造成送交通部和业主检测的产品与实际供货产品在性能指标上有较大差异，影响设备的互通操作。

    造成OBU一致性和稳定性不好的原因，主要在于OBU采用的微波介质陶瓷振荡器。

    很多厂家的OBU采用二个高频RF晶体管如BFP405，再加上二个微波介质陶瓷来将发射频率谐振到5.79GHz和5.80GHz频率，微波介质陶瓷的性能在很大程度上决定了OBU发射频率的性能。

    对于微波介质陶瓷的主要性能要求是：一般都希望微波陶瓷材料具有适宜的介电常数ε，尽可能高的品质因素，尽可能低的频率温度系数τf，最好近零温度系数0ppm/℃。我国目前通常按介电常数分为：低介ε≤20，中介ε~40，高介ε~100三大类。必须指出，高性能微波陶瓷的技术含量高，研制难度大，尤其是精确测定微波频率下的Q0。国际上美国已完成从2~250系列化研究工作，日、俄、德、法等少数国家已掌握高性能微波陶瓷的生产技术，由于技术垄断和保密等原因，微波陶瓷元器件的售价昂贵。OBU厂商一般均使用国产的，国内微波介质陶瓷材料及器件的生产，在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距，特别是温度系数差异较大，虽然增加了温度补偿材料，但仍然无法满足要求。如表1所示，在-25℃~+70℃温度范围内，微波介质陶瓷的频率误差超过了国家标准（频率容限±200x10-6），不同的温度频率波动较大，最大差值甚至达5MHz以上。 

表1 微波介质陶瓷在不同温度下的频率测试结果

    除了温度等外界环境影响因素以外，微波介质陶瓷受OBU的生产和调试工艺水平影响，其性能也不容易达到一致性。

    首先，OBU的生产流程控制方面。OBU生产时一般都是采用人工将微波介质陶瓷振子粘贴到印制板上，由于每个人的手法、胶水的量、粘贴位置的差异、印制板的差异、调整频率时的环境温度和调整完成后上的固定胶的量等都会对发射频率和发射的方向产生影响。

    其次，OBU的调试控制方面。OBU调试首先是单板调试，调试完后再安装到罩壳内。由于振荡器周围环境材料发生了变化，会对发射的频率和方向产生影响，偏移很大，增加了调试的难度；改进工艺采用标准罩壳，并在罩壳上打调试洞，但安装到正式的罩壳内发射频率和方向仍然会产生偏移。

    再次，OBU的成品检验方面。厂商不可能也没有条件对每个OBU都进行高低温测试来检测在不同温度下的发射频率是否满足要求，只能采用抽检方式，因此无法保证所有OBU是否满足技术要求。

    第四，OBU的安装方面。OBU正式安装到汽车前挡风玻璃上时，由于不同的前挡风玻璃以及玻璃贴膜也会对发射频率和发射方向产生很大的影响，无法保证每个OBU的发射的频率和方向满足技术要求。

    总之，微波振荡器周围的环境发生变化，包括温度的变化、材料变化、不同类型的汽车前挡风玻璃和贴膜，均会对发射的频率和方向产生重大影响。由于上行和下行占用带宽≤5MHz，OBU发射频率偏差一旦超过±2.5MHz左右，路侧天线设备RSU将无法正常接收OBU发出的信号。

    此外，根据国标要求，OBU具有2个通信信道，分别为5.79GHz和5.80GHz。由于OBU中5.79GHz和5.80GHz采用的是两套电路，这两个信道发射频率偏差可能不同，造成在某个信道能工作正常，而在另一个信道又工作不正常，导致有的OBU在某个车道工作正常，而到了另一个道口又无法工作的现象的发生。

    要彻底解决OBU由于微波振荡器导致的生产调试、检测困难，产品不稳定、返修率高的问题，必须走采用集成芯片的道路。集成芯片具有锁向功能，能将微波发射频率正确地锁定在指定频率上，而且不受环境温度等外界因素的影响；同时集成芯片在OBU生产时可以使用自动贴片焊接，彻底解决了陶瓷介质人工粘帖造成的质量问题。因此，集成芯片的使用使OBU在产品生产的免调试性、产品性能的一致性和稳定性上有了根本性的提升。

    东海电脑在对上海ETC供货初期，就意识到采用陶瓷振荡器的问题，并率先在国内推出采用集成芯片解决方案的OBU。目前东海向上海、湖南、江苏提供集成芯片的OBU已经超过7万只，产品一致性、稳定性良好。期间交通部ITS中心对湖南供货的OBU进行飞行抽检，东海OBU合格率100%。（文/上海东海电脑股份有限公司 陈燮奇 王荣）