汽车天线复杂度正逐步接近飞机天线？

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。

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。

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。

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”？

作者：Bill Schweber，EDN美国编辑