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(dá)(77GHz等)等,。自身的移動性更是增加了設(shè)計難度。就射頻需求和約束而言,,自主駕駛車輛的天線設(shè)計和布局,,將變得更像飛機(jī)設(shè)計,。
我最近在一個當(dāng)?shù)氐墓哦囌股献吡艘蝗Γ切┸囍辽儆?5歲,。轉(zhuǎn)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(cè)的車身面板上,。
但當(dāng)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(nóng)場”: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(nóng)場在使用時處于移動狀態(tài),,所以突起和抗風(fēng)力是一個考量因素,,如圖2。這意味著業(yè)界在強(qiáng)制進(jìn)行簡化,,雖然突起的天線設(shè)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(chǎn)生嚴(yán)重的后果,。(來源:WA8LMF網(wǎng)站)
因此,,就射頻需求和約束而言,自動天線設(shè)計和布局將變得更像飛機(jī)設(shè)計,。
隨著所有汽車設(shè)計師必須適應(yīng)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(dá)(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(dāng)然,,這種方法有其自己的權(quán)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(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(yīng)車輛各種表面的良好模型和工具,發(fā)動機(jī)缸體,、變速箱等等——這很難,。
如果在用戶期望,外觀,,里程,,風(fēng)噪,成本等因素方面,,汽車設(shè)計只有其他幾個限制條件,,那么天線“農(nóng)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(guān)的維修成本,,定會讓客戶目瞪口呆的!
如果在幾年之內(nèi),,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(dǎo)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(jī)那樣復(fù)雜嗎,?見圖3?我們正在接近這種情況,。如果標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(jìn)趨勢,,您有什么感覺,?由于必須進(jìn)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(dāng)不錯的汽車天線“農(nóng)場”?