【導(dǎo)讀】汽車(chē)上的陣列天線(xiàn)越來(lái)越多，例如各種蜂窩頻帶、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求，V2V（車(chē)輛到車(chē)輛），雷達(dá)（77GHz等）等。自身的移動(dòng)性更是增加了設(shè)計(jì)難度。就射頻需求和約束而言，自主駕駛車(chē)輛的天線(xiàn)設(shè)計(jì)和布局，將變得更像飛機(jī)設(shè)計(jì)。
我最近在一個(gè)當(dāng)?shù)氐墓哦?chē)展上走了一圈，那些車(chē)至少有25歲。轉(zhuǎn)了一圈，我發(fā)現(xiàn)幾乎每輛車(chē)都有一根簡(jiǎn)單的鞭狀天線(xiàn)，通常安裝在靠近駕駛員側(cè)的車(chē)身面板上。
但當(dāng)今時(shí)代，大多數(shù)的汽車(chē)上都沒(méi)有這種鞭狀天線(xiàn)了。取而代之的，我們開(kāi)始有一種天線(xiàn)“農(nóng)場(chǎng)”：AM廣播波段收音機(jī)（通常內(nèi)置于擋風(fēng)玻璃層之間），用于GPS、Wi-Fi、FM廣播、蜂窩等的鯊魚(yú)鰭天線(xiàn)，如圖1。
圖1：使用不同頻段的多個(gè)天線(xiàn)共享一個(gè)位置并不罕見(jiàn)，特別是在固定位置安裝。（來(lái)源：Pinterest）
與固定場(chǎng)所（在家庭業(yè)余無(wú)線(xiàn)電，軍事基站等）使用的固定天線(xiàn)陣列不同，這個(gè)天線(xiàn)農(nóng)場(chǎng)在使用時(shí)處于移動(dòng)狀態(tài)，所以突起和抗風(fēng)力是一個(gè)考量因素，如圖2。這意味著業(yè)界在強(qiáng)制進(jìn)行簡(jiǎn)化，雖然突起的天線(xiàn)設(shè)計(jì)方便，又利于射頻性能。
圖2：隨著汽車(chē)無(wú)線(xiàn)連接數(shù)量的增加，它們看起來(lái)就和固定場(chǎng)所的陣列天線(xiàn)一樣多，但由于自身的移動(dòng)性，它們隨著車(chē)輛速度的增加會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。（來(lái)源：WA8LMF網(wǎng)站）
因此，就射頻需求和約束而言，自動(dòng)天線(xiàn)設(shè)計(jì)和布局將變得更像飛機(jī)設(shè)計(jì)。
隨著所有汽車(chē)設(shè)計(jì)師必須適應(yīng)的所有新的無(wú)線(xiàn)需求，例如各種蜂窩頻帶、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求，V2V（車(chē)輛到車(chē)輛），雷達(dá)（77GHz等）等。而且，隨著汽車(chē)未來(lái)“自主駕駛”，其射頻連接需求可能會(huì)增加。
一種選擇是盡可能使用多頻帶天線(xiàn)。當(dāng)然，這種方法有其自己的權(quán)衡。多頻段天線(xiàn)節(jié)省了空間，布線(xiàn)和電子器件，但是對(duì)前置放大器提出了寬帶前端問(wèn)題，與優(yōu)化的單頻段天線(xiàn)相比，性能往往降低。
鈑金車(chē)身對(duì)汽車(chē)的挑戰(zhàn)越來(lái)越嚴(yán)重。一方面，它有可能成為一種接地層（不一定非常好，但這是一個(gè)開(kāi)始），因此即使它們看起來(lái)不像那些天線(xiàn)，也可以使用一些鞭狀的非平衡天線(xiàn)。另一方面，金屬表面起屏蔽作用，扭曲射頻場(chǎng)且阻擋信號(hào)，因此提供所需的方向性（全方位或其他）可能是一個(gè)真正的頭痛問(wèn)題。
好消息是，電磁場(chǎng)建模和仿真軟件包，尤其是那些具有重要天線(xiàn)建模工具的軟件包，正在變得越來(lái)越好。（由于我最近沒(méi)有使用過(guò)任何一個(gè)，所以就不做推薦了。）盡管自由空間模擬是困難的，但它的確是可行的，同時(shí)也提供了適應(yīng)車(chē)輛各種表面的良好模型和工具，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱等等——這很難。
如果在用戶(hù)期望，外觀(guān)，里程，風(fēng)噪，成本等因素方面，汽車(chē)設(shè)計(jì)只有其他幾個(gè)限制條件，那么天線(xiàn)“農(nóng)場(chǎng)”的挑戰(zhàn)可能更容易解決，但事實(shí)上還有更多的其他限制和要求。只要想想與這些天線(xiàn)，RF前端，金屬和類(lèi)似天線(xiàn)罩的車(chē)身面板，特殊連接器等相關(guān)的維修成本，定會(huì)讓客戶(hù)目瞪口呆的！
如果在幾年之內(nèi)，汽車(chē)會(huì)包括更多的射頻透明表面（微型天線(xiàn)罩）以及使用不導(dǎo)電的流線(xiàn)型車(chē)身，我不會(huì)感到驚訝。
下一個(gè)十年，汽車(chē)天線(xiàn)布局圖會(huì)像飛機(jī)那樣復(fù)雜嗎？見(jiàn)圖3？我們正在接近這種情況。如果標(biāo)準(zhǔn)的天線(xiàn)套件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，供不同的制造商使用，以降低成本并簡(jiǎn)化替換，那將是一件好事，但我懷疑這是否會(huì)發(fā)生。
圖3：架波音787的天線(xiàn)設(shè)計(jì)。為所需的許多射頻鏈路提供精心布置，高度優(yōu)化，令人震驚的多樣化天線(xiàn)。（來(lái)源：波音公司）
越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)鏈路、更多的頻段、增加的不同帶寬——對(duì)于汽車(chē)天線(xiàn)的這些演進(jìn)趨勢(shì)，您有什么感覺(jué)？由于必須進(jìn)行折衷，這些解決方案到底行不行？最終會(huì)不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的汽車(chē)天線(xiàn)“農(nóng)場(chǎng)”？
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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