連接性和當代汽車

 

從1970 年nian代dai使shi用yong的de簡jian單dan伸shen縮suo天tian線xian開kai始shi


，汽qi車che天tian線xian已yi經jing走zou過guo了le很hen長chang的de發fa展zhan過guo程cheng。早zao期qi階jie段duan，在zai信xin息xi娛yu樂le係xi統tong出chu現xian之zhi前qian，我wo們men需xu要yao天tian線xian的de唯wei一yi目mu的de是shi用yong於yu汽qi車che收shou音yin機ji。而er今jin

，越yue來lai越yue多duo的de功gong能neng需xu要yao天tian線xian。信xin息xi娛yu樂le係xi統tong可ke單dan獨du承cheng載zai收shou音yin機ji、導航係統以及與智能手機的無線連接
；高級駕駛員輔助係統 (ADAS) 的某些方麵還需要與其他基於雲的服務進行無線連接，以便查閱交通路線


，實現更複雜的車對車 (V2V/C2C) 和車對基礎設施 (V2X/C2X)通信功能。在車內
，無線通信用於提供Wi-Fi，為乘客提供便利以及實現不同功能之間的通信，例如，可用於車門後視鏡中盲點檢測指示器。

 

現在已經是汽車互連時代，不起眼的天線卻發揮著重要作用

，能夠為車內和車外服務提供可靠且靈活的無線通信。

 

選擇合適的天線需要充分了解應用需求
，其中工作頻率是基本參數。當今的車載收音機調諧器很少有中波（530 ～ 1,700 kHz）或長波（150 ～250 kHz）頻段選項，而甚高頻 (VHF) 調頻 (FM) 廣播電台（80 ～108 MHz）則最受歡迎。英國數字音頻廣播 (DAB)等更高質量數字廣播已經開始出現，它們使用 175 ～240 MHz 頻譜。

 

除了無線電廣播
，其它主要的無線頻率範圍包括 Wi-Fi 和藍牙 - 2.4 GHz、GNSS - 1.1 ～ 1.6 GHz，以及手機 - 700 MHz、850 MHz 和 1,700 ～ 2,100 MHz。此外，5G 蜂窩通信在之前的基礎上增加了 6 GHz。大多數 V2X/V2V 應用使用以 5.9 GHz 為中心的蜂窩通信方法。

 

天線類型

 

天線大致分為外部天線和內部天線兩大類別。

 

外部天線通常安裝在車頂後方，以最大限度地減少來自發動機的電氣幹擾。除了天線的電氣特性（將在下一節介紹）之外
，保護天線免受濕氣
、灰塵和其他汙染物進入也至關重要。國際 IP 標準定義了入口的保護。天線由於暴露在惡劣的天氣條件下，需要在潮濕、結冰或遭受強風等情況下可靠運行。許多外部天線封裝在“鯊魚鰭”式塑料外殼內
，以滿足車輛美學和環境條件要求。天線外殼為流線型
，材質也可噴塗為車輛顏色。其他外部天線包括“圓盤”式裝置
，通常能夠以磁性方式附著在車身上。許多外部天線將多個天線組合在同一個外殼內，但都采用單獨布線
，例如GNSS、蜂窩/5G 和 V2X/V2C等天線。

 

內部天線則比較多樣化，通常可安裝在 PCB 上或蝕刻為 PCB 金屬線跡。一些內置天線設計安裝在所連接係統的外部，並且通常隨附一個自粘安裝墊和一條連接到嵌入式係統的同軸電纜。

 

天線基礎知識

 

在(zai)為(wei)您(nin)的(de)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)天(tian)線(xian)時(shi)，需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)幾(ji)個(ge)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)。天(tian)線(xian)的(de)性(xing)能(neng)包(bao)括(kuo)幾(ji)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)屬(shu)性(xing)，可(ke)確(que)保(bao)將(jiang)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)從(cong)發(fa)射(she)器(qi)以(yi)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)式(shi)傳(chuan)輸(shu)到(dao)天(tian)線(xian)
，之(zhi)後(hou)輻(fu)射(she)到(dao)自(zi)由(you)空(kong)間(jian)。發(fa)射(she)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)是(shi)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)（例如同軸電纜）發fa送song到dao天tian線xian。同tong樣yang，接jie收shou到dao的de信xin號hao也ye需xu要yao被bei天tian線xian有you效xiao地di拾shi取qu並bing傳chuan輸shu到dao接jie收shou器qi。天tian線xian是shi最zui簡jian單dan形xing式shi的de一yi段duan電dian線xian
，其qi長chang度du由you所suo需xu要yao的de工gong作zuo頻pin率lv決jue定ding。當dang天tian線xian的de長chang度du等deng於yu發fa射she或huo接jie收shou信xin號hao的de波bo長chang時shi

，天tian線xian就jiu會hui發fa生sheng諧xie振zhen。例li如ru，頻pin率lv為wei 2.4GHz時的波長為 12.5cm。

 

在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia，天tian線xian的de效xiao率lv僅jin限xian於yu較jiao窄zhai的de頻pin率lv範fan圍wei。天tian線xian能neng夠gou以yi多duo種zhong不bu同tong方fang式shi構gou建jian，其qi中zhong最zui簡jian單dan的de是shi偶ou極ji子zi。偶ou極ji子zi通tong常chang是shi根gen據ju它ta們men的de工gong作zuo波bo長chang來lai描miao述shu
，即ji全quan波bo或huo半ban波bo偶ou極ji子zi等deng。

 

為了幫助選擇和閱讀天線數據表，以下是可能遇到的一些關鍵參數簡要說明：

 

回波損耗：該術語表示天線與發射器的輸出部分和傳輸線的匹配程度。回波損耗以 dB 表示，表示由於不匹配而從天線和傳輸線反射發射器輸出信號的多少。大多數天線的阻抗為 50歐姆，因此它們需要與傳輸線和發射器末級相匹配。回波損耗以 dB 為單位
，其值越高，反射功率越小。完美匹配會導致幾乎無限（infinite）的回波損耗。另一種測量回波損耗的方法是使用電壓駐波比 (VSWR)
，VSWR 表示發射器輸出功率與反射功率量之間的比率，完美的匹配可表示為 VSWR 1（也就是 1:1）。VSWR 或回波損耗參數都會在特定頻率或工作窄帶頻譜的天線數據表中指明。

 

VSWR 為 2 時表示回波損耗為 10dB
，這些指標可用作設計要達到的最佳實踐基準。

 

數據表通常包括天線 VSWR 和回波損耗性能與頻率的關係圖。圖 1 說明了 PulseLarsen 天線的 VSWR 圖表，其最佳工作頻率範圍為用於蜂窩或 ISM 通信的 650 ～ 880 MHz。

 

圖 1：PulseLarsen 薄型天線 ICEFIN 係列的 VSWR 圖表。（來源：PulseLarsen）

 

輻射方向圖和天線增益：圖 2 重點顯示了PulseLarsen ICEFIN 天(tian)線(xian)的(de)輻(fu)射(she)方(fang)向(xiang)圖(tu)特(te)性(xing)。一(yi)些(xie)天(tian)線(xian)的(de)結(jie)構(gou)使(shi)其(qi)在(zai)某(mou)些(xie)方(fang)向(xiang)上(shang)比(bi)其(qi)他(ta)方(fang)向(xiang)能(neng)夠(gou)更(geng)有(you)效(xiao)地(di)輻(fu)射(she)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)。有(you)時(shi)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)會(hui)出(chu)現(xian)某(mou)個(ge)特(te)定(ding)增(zeng)益(yi)，在(zai)給(gei)定(ding)方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)輻(fu)射(she)功(gong)率(lv)量(liang)大(da)於(yu)天(tian)線(xian)的(de)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)。全(quan)向(xiang)輻(fu)射(she)圖(tu)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)大(da)多(duo)數(shu)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)的(de)理(li)想(xiang)選(xuan)擇(ze)，並(bing)且(qie)平(ping)麵(mian)特(te)性(xing)（垂直/仰角或水平）對於某些應用至關重要。請注意
，天線特性中接收性能和發射性能同樣重要。

 

圖 2：PulseLarsen ICEFIN 天線的輻射特性。（來源：PulseLarsen）

 

阻抗匹配：如前所述，大多數天線提供 50 歐ou姆mu的de阻zu抗kang。天tian線xian需xu要yao與yu發fa射she器qi和he傳chuan輸shu線xian的de輸shu出chu阻zu抗kang相xiang匹pi配pei。對dui於yu一yi根gen同tong軸zhou電dian纜lan
，其qi阻zu抗kang對dui於yu外wai部bu天tian線xian來lai說shuo是shi匹pi配pei的de
，但dan如ru果guo您nin必bi須xu添tian加jia電dian纜lan，則ze必bi須xu同tong樣yang與yu天tian線xian的de阻zu抗kang相xiang匹pi配pei。對dui於yu PCB 天線，可能需要在收發器 IC 和印刷或表麵安裝天線之間創建一個匹配電路，該電路通常由電感器和電容器組成，其阻抗隨頻率變化。天線的阻抗和回波損耗/VSWR 特性可使用一種稱為矢量網絡分析儀 (VNA) 的專業測試工具進行測量
，矢量網絡分析儀可作為獨立儀器使用，或集成到高端射頻頻譜分析儀中一起使用。

 

矢量網絡分析儀通常包含許多帶有圖形顯示的測試功能
，例如 VSWR、回波損耗和阻抗等。天線阻抗通常顯示為史密斯圓圖（Smith chart），請參見圖 3。

 

圖 3：Taoglas MA310 GNSS 天線的阻抗史密斯圓圖。（來源 ：Taoglas）

 

簡而言之
，圖表的中心線（紅色）是(shi)電(dian)阻(zu)阻(zu)抗(kang)。在(zai)上(shang)方(fang)，它(ta)是(shi)電(dian)感(gan)性(xing)，在(zai)下(xia)方(fang)


，為(wei)電(dian)容(rong)性(xing)。右(you)邊(bian)是(shi)開(kai)路(lu)情(qing)況(kuang)，左(zuo)邊(bian)是(shi)短(duan)路(lu)情(qing)況(kuang)。綠(lv)色(se)曲(qu)線(xian)突(tu)出(chu)顯(xian)示(shi)了(le)天(tian)線(xian)阻(zu)抗(kang)隨(sui)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)。紅(hong)線(xian)上(shang)的(de) 1.0 位置表示天線阻抗的完美匹配。

 

示例天線

 

如圖 4所示，Taoglas Raptor 3是一個外部安裝“鯊魚鰭”型IP67 級天線示例。該天線適用於汽車和商用車等應用
，並可把多個天線集成在一個封裝中
，可提供 GNSS、4G/5G 蜂窩 MIMO、雙頻 Wi-FI、有源 AM/FM 天線和 TETRA（集群無線電）。

 

圖4 ：Taoglas Raptor 3 “鯊魚鰭”型外置天線。（來源：Taoglas）

 

對於 GNSS 應用，內部安裝的嵌入貼片式Taoglas GPDF357 支持所有 GPS 和伽利略頻段，並可提供良好的增益和全向功能。此外，該緊湊型天線（請參見圖 5）適用於智能農業和公共安全領域的一係列高精度定位應用。

 

圖 5：Taoglas GPDF357 GNSS 天線。（來源：Taoglas）

 

另一種多頻段天線是外部安裝的 4 合 1 Taoglas MA354 ，這種扁平緊湊型 IP65 級天線具有集成的磁性安裝座，可在車輛上快速免鑽孔安裝。五個內置天線支持雙頻 Wi-Fi、兼容3G/2G的4G/5G和GNSS。

 

圖 6 ：Taoglas MA354緊湊型外置磁性安裝天線。（來源：Taogla）

 

另一種外部安裝的 IP67 級多頻天線是 PulseLarsen IceFin係列
，請參見圖 7。該係列能夠提供的天線工作頻率範圍是 698 ～ 6000MHz。

 

圖 7：PulseLarsen IceFin 多頻天線。（來源：PulseLarsen）

 

PulseLarsen 還提供一係列天線套件，包含用於原型設計和開發目的各種嵌入式、內部和外部天線。該套件可提供三個版本：工業、科學和醫療 (ISM) 天線套件
、LoRa 天線套件和物聯網 (IoT)。其中一個例子是物聯網天線套件
，它包含 26 種不同的天線
，適用於各種采用雙頻 Wi-Fi

、蜂窩和 GNSS 連接的物聯網應用
，天線類型包括陶瓷、螺旋（helical）
、PCB、棒型和刀片變體型等等。

 

可靠連接需要合適的天線

 

在zai本ben文wen中zhong，我wo們men總zong結jie了le能neng夠gou幫bang助zhu您nin進jin行xing天tian線xian選xuan擇ze的de基ji本ben信xin息xi，其qi中zhong也ye介jie紹shao了le一yi些xie流liu行xing的de天tian線xian類lei型xing，並bing舉ju例li說shuo明ming了le一yi些xie示shi例li。為wei了le幫bang助zhu理li解jie數shu據ju表biao信xin息xi
，我wo們men還hai簡jian要yao討tao論lun了le一yi些xie需xu要yao注zhu意yi的de重zhong要yao天tian線xian參can數shu，這zhe些xie或huo許xu能neng幫bang助zhu您nin針zhen對dui具ju體ti應ying用yong選xuan擇ze適shi合he的de天tian線xian。

 

 

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