車載天線系統(tǒng)選型和正向開發(fā)設(shè)計(jì)

施大威

（一汽海馬汽車有限公司，海南 ?？?，570216）

車載天線系統(tǒng)選型和正向開發(fā)設(shè)計(jì)

施大威

（一汽海馬汽車有限公司，海南 ?？?，570216）

收音作為車載音響的基本功能，受到音響本身芯片選型、天線系統(tǒng)平臺(tái)匹配和使用環(huán)境的影響。其干擾源可分為車內(nèi)電氣系統(tǒng)噪聲和車外電臺(tái)干擾。本文簡(jiǎn)單介紹天線系統(tǒng)的組成、與音響系統(tǒng)的匹配工作原理，以及收音系統(tǒng)正向開發(fā)流程，為車載收音機(jī)的收音效果設(shè)計(jì)提供保障。

車載收音；多路徑干擾；有源天線

車載收音和家用收音區(qū)別在于：家用收音機(jī)常處于一個(gè)信號(hào)比較穩(wěn)定的環(huán)境，而車載收音在整車環(huán)境下，不僅受車內(nèi)電氣系統(tǒng)噪聲帶來的干擾噪聲影響，而且在車輛行駛中，電臺(tái)本身信號(hào)品質(zhì)的變化也常常使收音效果不盡人意。一般來說，車載收音效果受天線系統(tǒng)選型方案、性能參數(shù)匹配水平和使用環(huán)境的影響。下文簡(jiǎn)單介紹天線系統(tǒng)選型方案和正向開發(fā)流程。

1 天線系統(tǒng)選型

車載天線系統(tǒng)大致包括天線本體、放大器和長短饋線，通常也會(huì)集成有GPS天線模塊。按外形分類，可分為：玻璃天線、拉桿式天線和鯊魚鰭天線3種。按電源類型分類，可分為：有源天線［玻璃天線、鯊魚鰭天線、小辮子天線（＜750 mm）］和無源天線［拉桿天線（≥750 mm ）］2種。

對(duì)于有源天線的放大器部分，AM 與FM 濾波器分開獨(dú)立工作，天線放大器的輸入端可共用，輸出由同一端口輸出，經(jīng)饋線到音響主機(jī)，實(shí)現(xiàn)收音信號(hào)的傳輸目的。工作原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

圖1 有源天線原理框圖

3種選型各有優(yōu)缺點(diǎn)，如鯊魚鰭天線，適用于更注重造型的轎車車型，但收音效果往往更難處理；玻璃天線，收音效果容易滿足設(shè)計(jì)要求，但受玻璃貼膜影響大；拉桿天線，成本低、效果更易實(shí)現(xiàn)，但受造型限制，一般應(yīng)用于低配車型。

2.1 桿式天線

桿式天線有無源和有源2種。早期的拉桿天線長度大于750 mm時(shí)，由于不需要放大器增強(qiáng)信號(hào)，相應(yīng)就沒有了外接電源供電。由于成本低，現(xiàn)在無源拉桿天線常應(yīng)用于對(duì)外觀要求不高的低檔小車上。而短的桿式天線，則常見于SU V車型，例如CX7、H6、翼虎等車型。另外，布置位置相對(duì)于鯊魚鰭天線更為靈活，可布置在車頂前端，相應(yīng)地減少了饋線長度。

2.2 玻璃天線

玻璃天線是一種車載隱藏式（印刷式）天線，為保證車輛的外觀設(shè)計(jì)需要，使用乘用車后擋風(fēng)（或其他）玻璃上的除霜線作為AM/FM信號(hào)及其他電磁波信號(hào)的接收，實(shí)現(xiàn)天線隱藏的目的，代替原來的桿式天線接收，成為一種可探討的天線形式。同時(shí)，配合低噪聲、高性能的天線放大器，可以使接收效果與桿式天線相當(dāng)。

玻璃天線系統(tǒng)按其布置位置可分為：前擋、后擋、側(cè)風(fēng)擋（后排三角車窗）玻璃等多種形式，其中有源后窗天線系統(tǒng)是運(yùn)用最廣、接收效果最好的玻璃天線系統(tǒng)。其他的位置由于其他相關(guān)電氣、空間及位置等多種因素影響，天線的接收效果次于后擋。

前擋天線布置在前端，可以有效減少天線使用饋線的長度。但由于其前面視線的因素，布置不當(dāng)會(huì)對(duì)行車安全造成影響，同時(shí)，也由于前端儀表板電器件眾多，部件之間的輻射干擾都有機(jī)會(huì)被天線接收到，對(duì)實(shí)際的收音造成影響。因此，此方案一般不被推薦使用。

還需特別注意，由于后擋風(fēng)玻璃同時(shí)布置有除霜線，天線和加熱絲的距離較近，導(dǎo)致天線收到加熱絲的電磁干擾。一般的解決辦法是增加噪聲濾波器總成進(jìn)行濾波處理，使加熱絲和天線互不干擾，但成本也會(huì)相應(yīng)增加。

當(dāng)然，如采用側(cè)窗天線系統(tǒng)進(jìn)行布置，讓天線遠(yuǎn)離后擋的加熱絲后，可不考慮增加噪聲濾波器進(jìn)行濾波處理，節(jié)省成本。但由于整車特殊的構(gòu)造，天線裝車輛側(cè)擋時(shí)，在整個(gè)平面（360°）范圍內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)接收的死角，所以信號(hào)品質(zhì)不如后擋效果。而隨著廣播事業(yè)的發(fā)展，廣播媒體公司也為了可以輻射更廣的范圍，提高信號(hào)的發(fā)射功率和信號(hào)強(qiáng)度，因此，在一定基礎(chǔ)上，降低使用單邊天線時(shí)存在的某個(gè)方向收音效果差的現(xiàn)像。

另外，玻璃天線系統(tǒng)可采用多天線系統(tǒng)。使用兩邊天線同時(shí)布置，使天線在使用過程中全范圍內(nèi)有效接收信號(hào)，以大幅度地提高FM/AM信號(hào)的接收品質(zhì)，以及抑制多路徑干擾等電臺(tái)信號(hào)品質(zhì)變化的影響。由于器件相應(yīng)增加了2倍，成本也同樣上升。

總的來說，玻璃天線優(yōu)點(diǎn)如下：AM/FM接收性能容易實(shí)現(xiàn)，且可滿足整車的流線型外觀需求，并杜絕了高速行車時(shí)的風(fēng)阻噪聲和因?yàn)檐嚿黹_孔導(dǎo)致的滲水問題。

2.3 鯊魚鰭天線

鯊魚鰭天線由于本身的造型美觀，首先會(huì)被轎車車型選用。優(yōu)點(diǎn)是可集成GPS和3G天線在一個(gè)鯊魚鰭里，并且布置在車頂后，GPS和3G天線的信號(hào)最好。但集成了GPS和3G天線模塊后，成本也最貴，同時(shí)鯊魚鰭天線最容易受空間限制，導(dǎo)致收音天線長度受到限制，而降低了收音效果。需特別注意的是蘇中天線有車載天線常用的鯊魚鰭式天線型號(hào)專利，很大程度上保證其在車型天線上獲取壟斷。

2.4 其他配套部件

其他配套部件主要包括有長/短饋線總成、GPS饋線、大/小噪聲濾波器總成和電容器。其中大噪聲濾波器接除霜線，用于濾除加熱絲對(duì)后擋風(fēng)玻璃天線的干擾；小濾波器接在制動(dòng)燈的供電回路，避免頻繁踩腳制動(dòng)時(shí)AM收音出現(xiàn)干擾；電容器則接在室內(nèi)燈供電回路。

對(duì)于小濾波器和電容器，量產(chǎn)車型主要考慮到制動(dòng)燈或室內(nèi)燈由B+電源直接供電，開關(guān)通斷瞬間導(dǎo)致的電磁干擾，影響AM收音效果。目前車型改為由BCM供電驅(qū)動(dòng)，由BCM的端口直接進(jìn)行濾波處理后，可省去小濾波器和電容器模塊。

3 正向開發(fā)流程

由于天線收音效果受整車造型影響較大，實(shí)際天線系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)過程在整車外飾造型確定后，可根據(jù)以下步驟完成天線正向設(shè)計(jì)流程：天線選型→確認(rèn)安裝位置、角度→音響廠家、天線廠家、整車廠三方溝通相應(yīng)參數(shù)要求→天線內(nèi)部電路設(shè)計(jì)→臺(tái)架測(cè)試阻抗、增益等參數(shù)→和音響系統(tǒng)的匹配測(cè)試→實(shí)車效果測(cè)試（包括路況測(cè)試）。

1）天線選型 實(shí)際根據(jù)整車的成本、市場(chǎng)定位、造型需求幾方面進(jìn)行確認(rèn)。例如成本壓力高，定位于入門級(jí)家轎，拉桿天線更能滿足要求。實(shí)際很大程度上由外飾造型確定天線選型結(jié)果。

2）確認(rèn)安裝位置、角度 由于天線接受信號(hào)的特點(diǎn)，天線擺放的位置和角度也同樣影響著收音效果的好壞。理想狀態(tài)的天線系統(tǒng)布置需注意幾點(diǎn)：天線本體的長度需大于750 mm，如實(shí)車不能滿足，則需增加放大器進(jìn)行信號(hào)增益；鯊魚鰭天線或拉桿天線的螺紋線盡量垂直于水平面；電源線和饋線遠(yuǎn)離電機(jī)、除霜線的電磁干擾源。

3）音響廠家、天線廠家和整車廠三方溝通 雖然天線系統(tǒng)目前已經(jīng)是模塊化、平臺(tái)化的設(shè)計(jì)，但如阻抗參數(shù)等信息，需要進(jìn)行三方前期溝通確認(rèn)，以滿足最好的設(shè)計(jì)匹配。具體需要確認(rèn)以下參數(shù)：額定電壓、工作電壓、工作電流帶自動(dòng)增益控制、工作電流無自動(dòng)增益控制、工作溫度、頻率范圍、87～108 MHz調(diào)頻通頻段增益、增益響應(yīng)、調(diào)頻噪聲電壓、二階交調(diào)、三階交調(diào)、調(diào)頻87～108 MHz的輸出阻抗和駐波比，以滿足相關(guān)電氣性能參數(shù)匹配。

4）天線內(nèi)部電路設(shè)計(jì) 天線內(nèi)部電路設(shè)計(jì)在天線選型和安裝位置、角度等物理邊界信息確認(rèn)后，阻抗、駐波大小等指標(biāo)已經(jīng)確認(rèn)。相關(guān)性能指標(biāo)要求見表1。

表1 天線性能指標(biāo)

表1關(guān)鍵詞解釋如下。

增益——標(biāo)識(shí)天線功率放大倍數(shù)。數(shù)值越大表示信號(hào)放大倍數(shù)越大，接收效果越好。

駐波比（VSWR）——駐波比是一個(gè)數(shù)值，用來表示天線和電波發(fā)射臺(tái)是否匹配。如果VSWR的值等于1，則表示發(fā)射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發(fā)射出去，這是最為理想的情況。以此作為衡量天線與饋線匹配程度的指標(biāo)。

輸出阻抗——天線的輸出阻抗定義為輸出端電壓和電流之比，其值表征了天線和發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的匹配狀態(tài)，隱藏必須對(duì)天線與主機(jī)的阻抗進(jìn)行匹配。

5）臺(tái)架測(cè)試 臺(tái)架測(cè)試內(nèi)容主要包括電氣參數(shù)值測(cè)試和針對(duì)整車環(huán)境條件的電氣、化學(xué)和機(jī)械試驗(yàn)，以及天線系統(tǒng)特有的接收天線系統(tǒng)野外測(cè)試。這時(shí)需針對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀得出的史密斯圖、方向圖分駐波圖，分析其阻抗、駐波大小和方向性的優(yōu)劣，以便改進(jìn)收音效果。

主要測(cè)試項(xiàng)目包括：輸入阻抗、駐波電壓比、諧振頻率、增益、方向極性、電場(chǎng)/磁場(chǎng)方向圖、天線系數(shù)、放大器噪聲等。

6）天線和音響的匹配測(cè)試 在這個(gè)階段，音響和天線系統(tǒng)已基本完成C2sample的設(shè)計(jì)要求?？上嗷ゼ乃鸵惶桩a(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，以進(jìn)一步判斷問題。

7）實(shí)車測(cè)試 這里的實(shí)車測(cè)試要求，包括靜態(tài)操作測(cè)試和外出路試測(cè)試?？筛鶕?jù)CHECKLIST，測(cè)試收音臺(tái)數(shù)、效果，并且操作整車其他的電氣部件，如刮水、玻璃升降器等常干擾部件，主要是判斷天線系統(tǒng)和整車電氣的匹配效果。常見的靜態(tài)測(cè)試操作如下：喇叭控制、燈光調(diào)節(jié)、自動(dòng)天線控制、有源天線供電、發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車?yán)?、空調(diào)、加熱器、刮水器、照明燈、信號(hào)燈、油門、點(diǎn)火、電動(dòng)門窗、電話、振動(dòng)噪聲、腳制動(dòng)和制動(dòng)燈、點(diǎn)煙器。

動(dòng)態(tài)路試時(shí)，需要經(jīng)過幾處特定路線測(cè)試，包括：多路徑干擾測(cè)試、變電站干擾測(cè)試、廣播信號(hào)發(fā)射站、隧道測(cè)試、高速路測(cè)試、強(qiáng)臺(tái)接收測(cè)試、弱臺(tái)信號(hào)接收測(cè)試，以完全測(cè)試天線在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的表現(xiàn)。常遇到的測(cè)試環(huán)境有：弱信號(hào)區(qū)域，一般在山區(qū)或者偏遠(yuǎn)地區(qū)；強(qiáng)信號(hào)區(qū)域，一般在發(fā)射電臺(tái)附近；強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾區(qū)域，一般在大型發(fā)電站附近；高建筑物區(qū)域，城市高樓或大型建筑物附近（可進(jìn)行多路徑干擾測(cè)試）等。在進(jìn)行實(shí)車收音測(cè)試時(shí)（包括靜態(tài)評(píng)價(jià)和路試過程測(cè)試），對(duì)收音的搜索電臺(tái)數(shù)量和品質(zhì)進(jìn)行評(píng)分。一般要求能盡可能多搜到臺(tái)，并且搜到的臺(tái)中盡量少4分以下電臺(tái)。評(píng)分細(xì)則見表2。若收聽過程中出現(xiàn)多種現(xiàn)象，以得分最少的現(xiàn)象作判斷依據(jù)。

表2 效果評(píng)分表

現(xiàn)象關(guān)鍵詞解釋如下：①短時(shí)：現(xiàn)象出現(xiàn)維持時(shí)間2s以內(nèi)，現(xiàn)象出現(xiàn)前后無關(guān)聯(lián)性，現(xiàn)象是按次出現(xiàn)的。②斷續(xù)：現(xiàn)象出現(xiàn)維持時(shí)間2s以上，總持續(xù)時(shí)間不長，現(xiàn)象的前后關(guān)聯(lián)性明顯。③連續(xù)：現(xiàn)象出現(xiàn)維持時(shí)間2s以上，總持續(xù)時(shí)間較長，現(xiàn)象的前后關(guān)聯(lián)性明顯。④微弱：現(xiàn)象相對(duì)正常的播放效果而言，影響很小，需認(rèn)真傾聽才能察覺。⑤明顯：現(xiàn)象相對(duì)正常的播放效果而言，影響很小，但較容易察覺。⑥強(qiáng)烈：現(xiàn)象相對(duì)正常的播放效果而言有一定影響，能使正常收聽內(nèi)容較難甚至很難聽清。

4 結(jié)論

對(duì)于天線系統(tǒng)的選型和正向開發(fā)設(shè)計(jì)，首先需要有最基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)：前期的三方溝通、選型定義的好壞很大深度上已決定整車收音效果的品質(zhì)。后期的整車匹配工作，同樣需要三方一起進(jìn)行臺(tái)架、整車路試測(cè)試。如何對(duì)天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果驗(yàn)收和評(píng)估、對(duì)天線系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)共用化要求提出技術(shù)分析，并能準(zhǔn)確描述設(shè)計(jì)、測(cè)試中的問題，提出整改思路以及總結(jié)出后續(xù)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，是專業(yè)組的基本能力。

［1］ 劉棟材.車載天線系統(tǒng)電磁兼容性研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

［2］ 紀(jì)奕才，邱揚(yáng)，陳偉，等.車載多天線系統(tǒng)的電磁兼容問題分析［J］.電子學(xué)報(bào)，2002（4）：560-563.

［3］ 周琴，陸云峰，李川.汽車音響收音參數(shù)與實(shí)車評(píng)價(jià)測(cè)試分析［J］.汽車電器，2012（12）：60-62.

（編輯楊 景）

Antenna System Selection and Forward Development Design

SHI Da- Wei
（FAWHaima Automobile Co.，Ltd.， Haikou 570206， China）

Radio as a basic functions of car audio， is affected by the chip selection， antenna system platform matching and working environment. The jamming mode can be divided into two types， which are the noise of electric system and the interference of external station. Discussion on composition of the antenna system and its matching principle with audio system is the focus of this paper. It also introduces the forward development process of the radio receiver system，and provides guarantee for the sound effect design of the car radio.

car radio；multipath interference；active antenna

U463.672

A

1003-8639（2017）08-0049-04

2016-10-27

施大威（1988-），男，助理工程師，主要從事汽車電器的研發(fā)工作。