車載天線系統選型和正向開發設計

施大威

（一汽海馬汽車有限公司，海南 海口，570216）

車載天線系統選型和正向開發設計

施大威

（一汽海馬汽車有限公司，海南 海口，570216）

收音作為車載音響的基本功能，受到音響本身芯片選型、天線系統平臺匹配和使用環境的影響。其干擾源可分為車內電氣系統噪聲和車外電臺干擾。本文簡單介紹天線系統的組成、與音響系統的匹配工作原理，以及收音系統正向開發流程，為車載收音機的收音效果設計提供保障。

車載收音；多路徑干擾；有源天線

車載收音和家用收音區別在于：家用收音機常處于一個信號比較穩定的環境，而車載收音在整車環境下，不僅受車內電氣系統噪聲帶來的干擾噪聲影響，而且在車輛行駛中，電臺本身信號品質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選型方案、性能參數匹配水平和使用環境的影響。下文簡單介紹天線系統選型方案和正向開發流程。

1 天線系統選型

車載天線系統大致包括天線本體、放大器和長短饋線，通常也會集成有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。

對于有源天線的放大器部分，AM 與FM 濾波器分開獨立工作，天線放大器的輸入端可共用，輸出由同一端口輸出，經饋線到音響主機，實現收音信號的傳輸目的。工作原理框圖如圖1所示。

2 系統特點分析

圖1 有源天線原理框圖

3種選型各有優缺點，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計要求，但受玻璃貼膜影響大；拉桿天線，成本低、效果更易實現，但受造型限制，一般應用于低配車型。

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，由于不需要放大器增強信號，相應就沒有了外接電源供電。由于成本低，現在無源拉桿天線常應用于對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，布置位置相對于鯊魚鰭天線更為靈活，可布置在車頂前端，相應地減少了饋線長度。

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計需要，使用乘用車后擋風（或其他）玻璃上的除霜線作為AM/FM信號及其他電磁波信號的接收，實現天線隱藏的目的，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，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。

玻璃天線系統按其布置位置可分為：前擋、后擋、側風擋（后排三角車窗）玻璃等多種形式，其中有源后窗天線系統是運用最廣、接收效果最好的玻璃天線系統。其他的位置由于其他相關電氣、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，布置不當會對行車安全造成影響，同時，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會被天線接收到，對實際的收音造成影響。因此，此方案一般不被推薦使用。

還需特別注意，由于后擋風玻璃同時布置有除霜線，天線和加熱絲的距離較近，導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行濾波處理，使加熱絲和天線互不干擾，但成本也會相應增加。

當然，如采用側窗天線系統進行布置，讓天線遠離后擋的加熱絲后，可不考慮增加噪聲濾波器進行濾波處理，節省成本。但由于整車特殊的構造，天線裝車輛側擋時，在整個平面（360°）范圍內，會出現接收的死角，所以信號品質不如后擋效果。而隨著廣播事業的發展，廣播媒體公司也為了可以輻射更廣的范圍，提高信號的發射功率和信號強度，因此，在一定基礎上，降低使用單邊天線時存在的某個方向收音效果差的現像。

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

總的來說，玻璃天線優點如下：AM/FM接收性能容易實現，且可滿足整車的流線型外觀需求，并杜絕了高速行車時的風阻噪聲和因為車身開孔導致的滲水問題。

2.3 鯊魚鰭天線

鯊魚鰭天線由于本身的造型美觀，首先會被轎車車型選用。優點是可集成GPS和3G天線在一個鯊魚鰭里，并且布置在車頂后，GPS和3G天線的信號最好。但集成了GPS和3G天線模塊后，成本也最貴，同時鯊魚鰭天線最容易受空間限制，導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，用于濾除加熱絲對后擋風玻璃天線的干擾；小濾波器接在制動燈的供電回路，避免頻繁踩腳制動時AM收音出現干擾；電容器則接在室內燈供電回路。

對于小濾波器和電容器，量產車型主要考慮到制動燈或室內燈由B+電源直接供電，開關通斷瞬間導致的電磁干擾，影響AM收音效果。目前車型改為由BCM供電驅動，由BCM的端口直接進行濾波處理后，可省去小濾波器和電容器模塊。

3 正向開發流程

由于天線收音效果受整車造型影響較大，實際天線系統的開發設計過程在整車外飾造型確定后，可根據以下步驟完成天線正向設計流程：天線選型→確認安裝位置、角度→音響廠家、天線廠家、整車廠三方溝通相應參數要求→天線內部電路設計→臺架測試阻抗、增益等參數→和音響系統的匹配測試→實車效果測試（包括路況測試）。

1）天線選型 實際根據整車的成本、市場定位、造型需求幾方面進行確認。例如成本壓力高，定位于入門級家轎，拉桿天線更能滿足要求。實際很大程度上由外飾造型確定天線選型結果。

2）確認安裝位置、角度 由于天線接受信號的特點，天線擺放的位置和角度也同樣影響著收音效果的好壞。理想狀態的天線系統布置需注意幾點：天線本體的長度需大于750 mm，如實車不能滿足，則需增加放大器進行信號增益；鯊魚鰭天線或拉桿天線的螺紋線盡量垂直于水平面；電源線和饋線遠離電機、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 雖然天線系統目前已經是模塊化、平臺化的設計，但如阻抗參數等信息，需要進行三方前期溝通確認，以滿足最好的設計匹配。具體需要確認以下參數：額定電壓、工作電壓、工作電流帶自動增益控制、工作電流無自動增益控制、工作溫度、頻率范圍、87～108 MHz調頻通頻段增益、增益響應、調頻噪聲電壓、二階交調、三階交調、調頻87～108 MHz的輸出阻抗和駐波比，以滿足相關電氣性能參數匹配。

4）天線內部電路設計 天線內部電路設計在天線選型和安裝位置、角度等物理邊界信息確認后，阻抗、駐波大小等指標已經確認。相關性能指標要求見表1。

表1 天線性能指標

表1關鍵詞解釋如下。

增益——標識天線功率放大倍數。數值越大表示信號放大倍數越大，接收效果越好。

駐波比（VSWR）——駐波比是一個數值，用來表示天線和電波發射臺是否匹配。如果VSWR的值等于1，則表示發射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發射出去，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。

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射機或接收機的匹配狀態，隱藏必須對天線與主機的阻抗進行匹配。

5）臺架測試 臺架測試內容主要包括電氣參數值測試和針對整車環境條件的電氣、化學和機械試驗，以及天線系統特有的接收天線系統野外測試。這時需針對網絡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劣，以便改進收音效果。

主要測試項目包括：輸入阻抗、駐波電壓比、諧振頻率、增益、方向極性、電場/磁場方向圖、天線系數、放大器噪聲等。

6）天線和音響的匹配測試 在這個階段，音響和天線系統已基本完成C2sample的設計要求。可相互寄送一套產品進行檢測，以進一步判斷問題。

7）實車測試 這里的實車測試要求，包括靜態操作測試和外出路試測試。可根據CHECKLIST，測試收音臺數、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和整車電氣的匹配效果。常見的靜態測試操作如下：喇叭控制、燈光調節、自動天線控制、有源天線供電、發動機、汽車喇叭、空調、加熱器、刮水器、照明燈、信號燈、油門、點火、電動門窗、電話、振動噪聲、腳制動和制動燈、點煙器。

動態路試時，需要經過幾處特定路線測試，包括：多路徑干擾測試、變電站干擾測試、廣播信號發射站、隧道測試、高速路測試、強臺接收測試、弱臺信號接收測試，以完全測試天線在動態環境下的表現。常遇到的測試環境有：弱信號區域，一般在山區或者偏遠地區；強信號區域，一般在發射電臺附近；強電磁場干擾區域，一般在大型發電站附近；高建筑物區域，城市高樓或大型建筑物附近（可進行多路徑干擾測試）等。在進行實車收音測試時（包括靜態評價和路試過程測試），對收音的搜索電臺數量和品質進行評分。一般要求能盡可能多搜到臺，并且搜到的臺中盡量少4分以下電臺。評分細則見表2。若收聽過程中出現多種現象，以得分最少的現象作判斷依據。

表2 效果評分表

現象關鍵詞解釋如下：①短時：現象出現維持時間2s以內，現象出現前后無關聯性，現象是按次出現的。②斷續：現象出現維持時間2s以上，總持續時間不長，現象的前后關聯性明顯。③連續：現象出現維持時間2s以上，總持續時間較長，現象的前后關聯性明顯。④微弱：現象相對正常的播放效果而言，影響很小，需認真傾聽才能察覺。⑤明顯：現象相對正常的播放效果而言，影響很小，但較容易察覺。⑥強烈：現象相對正常的播放效果而言有一定影響，能使正常收聽內容較難甚至很難聽清。

4 結論

對于天線系統的選型和正向開發設計，首先需要有最基礎的認識：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。后期的整車匹配工作，同樣需要三方一起進行臺架、整車路試測試。如何對天線系統設計效果驗收和評估、對天線系統的方案設計、測試標準和平臺共用化要求提出技術分析，并能準確描述設計、測試中的問題，提出整改思路以及總結出后續設計的相關要求，是專業組的基本能力。

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

［2］ 紀奕才，邱揚，陳偉，等.車載多天線系統的電磁兼容問題分析［J］.電子學報，2002（4）：560-563.

［3］ 周琴，陸云峰，李川.汽車音響收音參數與實車評價測試分析［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工作。