【導讀】汽車上的陣列天線越來越多，例如各種蜂窩頻帶、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求，V2V（車輛到車輛），雷達（77GHz等）等。自身的移動性更是增加了設計難度。就射頻需求和約束而言，自主駕駛車輛的天線設計和布局，將變得更像飛機設計。
我最近在一個當?shù)氐墓哦囌股献吡艘蝗?，那些車至少?5歲。轉了一圈，我發(fā)現(xiàn)幾乎每輛車都有一根簡單的鞭狀天線，通常安裝在靠近駕駛員側的車身面板上。
但當今時代，大多數(shù)的汽車上都沒有這種鞭狀天線了。取而代之的，我們開始有一種天線“農場”：AM廣播波段收音機（通常內置于擋風玻璃層之間），用于GPS、Wi-Fi、FM廣播、蜂窩等的鯊魚鰭天線，如圖1。
圖1：使用不同頻段的多個天線共享一個位置并不罕見，特別是在固定位置安裝。（來源：Pinterest）
與固定場所（在家庭業(yè)余無線電，軍事基站等）使用的固定天線陣列不同，這個天線農場在使用時處于移動狀態(tài)，所以突起和抗風力是一個考量因素，如圖2。這意味著業(yè)界在強制進行簡化，雖然突起的天線設計方便，又利于射頻性能。
圖2：隨著汽車無線連接數(shù)量的增加，它們看起來就和固定場所的陣列天線一樣多，但由于自身的移動性，它們隨著車輛速度的增加會產生嚴重的后果。（來源：WA8LMF網站）
因此，就射頻需求和約束而言，自動天線設計和布局將變得更像飛機設計。
隨著所有汽車設計師必須適應的所有新的無線需求，例如各種蜂窩頻帶、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求，V2V（車輛到車輛），雷達（77GHz等）等。而且，隨著汽車未來“自主駕駛”，其射頻連接需求可能會增加。
一種選擇是盡可能使用多頻帶天線。當然，這種方法有其自己的權衡。多頻段天線節(jié)省了空間，布線和電子器件，但是對前置放大器提出了寬帶前端問題，與優(yōu)化的單頻段天線相比，性能往往降低。
鈑金車身對汽車的挑戰(zhàn)越來越嚴重。一方面，它有可能成為一種接地層（不一定非常好，但這是一個開始），因此即使它們看起來不像那些天線，也可以使用一些鞭狀的非平衡天線。另一方面，金屬表面起屏蔽作用，扭曲射頻場且阻擋信號，因此提供所需的方向性（全方位或其他）可能是一個真正的頭痛問題。
好消息是，電磁場建模和仿真軟件包，尤其是那些具有重要天線建模工具的軟件包，正在變得越來越好。（由于我最近沒有使用過任何一個，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，同時也提供了適應車輛各種表面的良好模型和工具，發(fā)動機缸體、變速箱等等——這很難。
如果在用戶期望，外觀，里程，風噪，成本等因素方面，汽車設計只有其他幾個限制條件，那么天線“農場”的挑戰(zhàn)可能更容易解決，但事實上還有更多的其他限制和要求。只要想想與這些天線，RF前端，金屬和類似天線罩的車身面板，特殊連接器等相關的維修成本，定會讓客戶目瞪口呆的！
如果在幾年之內，汽車會包括更多的射頻透明表面（微型天線罩）以及使用不導電的流線型車身，我不會感到驚訝。
下一個十年，汽車天線布局圖會像飛機那樣復雜嗎？見圖3？我們正在接近這種情況。如果標準的天線套件被開發(fā)出來，供不同的制造商使用，以降低成本并簡化替換，那將是一件好事，但我懷疑這是否會發(fā)生。
圖3：架波音787的天線設計。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。（來源：波音公司）
越來越多的無線鏈路、更多的頻段、增加的不同帶寬——對于汽車天線的這些演進趨勢，您有什么感覺？由于必須進行折衷，這些解決方案到底行不行？最終會不會出現(xiàn)一個相當不錯的汽車天線“農場”？
本文轉載自電子技術設計。
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