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波音787天线布局太夸张?汽车天线复杂度正逐步接近

2017-12-05 来源:Bill Schweber [责任编辑:wenwei]
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【导读】汽车上的阵列天线越来越多,例如各种蜂窝频带、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求,V2V(车辆到车辆),雷达(77GHz等)等。自身的移动性更是增加了设计难度。就射频需求和约束而言,自主驾驶车辆的天线设计和布局,将变得更像飞机设计。
 
我最近在一个当地的古董车展上走了一圈,那些车至少有25岁。转了一圈,我发现几乎每辆车都有一根简单的鞭状天线,通常安装在靠近驾驶员侧的车身面板上。
 
但当今时代,大多数的汽车上都没有这种鞭状天线了。取而代之的,我们开始有一种天线“农场”:AM广播波段收音机(通常内置于挡风玻璃层之间),用于GPS、Wi-Fi、FM广播、蜂窝等的鲨鱼鳍天线,如图1。
 
波音787天线布局太夸张?汽车天线复杂度正逐步接近
图1:使用不同频段的多个天线共享一个位置并不罕见,特别是在固定位置安装。(来源:Pinterest)
 
与固定场所(在家庭业余无线电,军事基站等)使用的固定天线阵列不同,这个天线农场在使用时处于移动状态,所以突起和抗风力是一个考量因素,如图2。这意味着业界在强制进行简化,虽然突起的天线设计方便,又利于射频性能。
 
波音787天线布局太夸张?汽车天线复杂度正逐步接近
图2:随着汽车无线连接数量的增加,它们看起来就和固定场所的阵列天线一样多,但由于自身的移动性,它们随着车辆速度的增加会产生严重的后果。(来源:WA8LMF网站)
 
因此,就射频需求和约束而言,自动天线设计和布局将变得更像飞机设计。
 
随着所有汽车设计师必须适应的所有新的无线需求,例如各种蜂窝频带、Wi-Fi、甚至5G及其MIMO要求,V2V(车辆到车辆),雷达(77GHz等)等。而且,随着汽车未来“自主驾驶”,其射频连接需求可能会增加。
 
一种选择是尽可能使用多频带天线。当然,这种方法有其自己的权衡。多频段天线节省了空间,布线和电子器件,但是对前置放大器提出了宽带前端问题,与优化的单频段天线相比,性能往往降低。
 
钣金车身对汽车的挑战越来越严重。一方面,它有可能成为一种接地层(不一定非常好,但这是一个开始),因此即使它们看起来不像那些天线,也可以使用一些鞭状的非平衡天线。另一方面,金属表面起屏蔽作用,扭曲射频场且阻挡信号,因此提供所需的方向性(全方位或其他)可能是一个真正的头痛问题。
 
好消息是,电磁场建模和仿真软件包,尤其是那些具有重要天线建模工具的软件包,正在变得越来越好。(由于我最近没有使用过任何一个,所以就不做推荐了。)尽管自由空间模拟是困难的,但它的确是可行的,同时也提供了适应车辆各种表面的良好模型和工具,发动机缸体、变速箱等等——这很难。
 
如果在用户期望,外观,里程,风噪,成本等因素方面,汽车设计只有其他几个限制条件,那么天线“农场”的挑战可能更容易解决,但事实上还有更多的其他限制和要求。只要想想与这些天线,RF前端,金属和类似天线罩的车身面板,特殊连接器等相关的维修成本,定会让客户目瞪口呆的!
 
如果在几年之内,汽车会包括更多的射频透明表面(微型天线罩)以及使用不导电的流线型车身,我不会感到惊讶。
 
下一个十年,汽车天线布局图会像飞机那样复杂吗?见图3?我们正在接近这种情况。如果标准的天线套件被开发出来,供不同的制造商使用,以降低成本并简化替换,那将是一件好事,但我怀疑这是否会发生。
 
波音787天线布局太夸张?汽车天线复杂度正逐步接近
图3:架波音787的天线设计。为所需的许多射频链路提供精心布置,高度优化,令人震惊的多样化天线。(来源:波音公司)
 
越来越多的无线链路、更多的频段、增加的不同带宽——对于汽车天线的这些演进趋势,您有什么感觉?由于必须进行折衷,这些解决方案到底行不行?最终会不会出现一个相当不错的汽车天线“农场”?
 
本文转载自电子技术设计。
 
 
 
 
 
 
 
 
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关键字:射频/微波 汽车电子 航空航天 车联网 天线设计 
本文链接:http://www.cntronics.com/rf-art/80033232
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