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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

时间:2017-12-01 作者:Bill Schweber 阅读:
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。

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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。

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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。

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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”?

(原文发表于EDN电子技术设计姐妹网站PlanetAnalog,Considering the Car as a Mobile Antenna “Farm”,胡安编译。版权所有,禁止转载。)

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
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