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课题承担单位：戴姆勒大中华区投资有限公司

一、研究背景

整车天线测试，对汽车行业来说是一个全新课题。车联网，OTA升级
，V2X等各领域均需要有稳定的实时通信质量来作为实现功能的基本保障。天线是网联通信的基础，其射频性能直接影响着智能网联汽车的全球卫星定位系统（GPS、北斗、GALILEO和GLANESS)和蜂窝移动通信系统（2G、3G和4G）。因此，车载天线射频性能的测试研究是智能网联汽车测试业务的一项基础性工作。虽然企业可以对车载天线进行单独测试，但是在实际整车环境下
，金属车体结构和其他车载电子设备均会对天线的射频性能产生影响
。目前，由于缺乏行之有效的整车级车载天线测试方法，企业只能通过对整车进行数学建模
，仿真分析出天线的射频性能。然而，该方法仍然缺乏准确的试验数据进行验证。

如何来衡量整车天线射频通信性能
，变成为亟待探讨的课题。本课题从天线的角度出发，致力于研究的整车天线收发能力的测试与评估。从天线基础性能入手
，为车辆智能化提供夯实的技术支撑

，从而推进车联网等产业的进步。

二
、研究目标

车载天线性能作为汽车性能的重要一环，对于未来智能网联汽车的发展具有决定性作用
。然而目前国内外对于车载天性能的测量还没有明确且较为完善的测试方法
。本课题以车载通信天线为研究对象
，研究车载天线的无源和有源性能测试方法，旨在形成符合各天线工作特性的测试方案及其评价体系，具体包括：

l  整车天线测试与天线单体测试差异性研究

l  整车天线的射频指标测试方法研究

三、研究内容

3.1 国内外整车天线性能评价现状研究

汇总分析目前国内外已开展天线测试及研究的情况
，依据以上实际调研情况
，分析整车天线测试与天线单体测试差异，研究总结整车天线性能测试的必要性和重难点

。

3.2 整车天线性能测试方法研究

目前尚无统一的整车天线测试方法
，更多的是天线单体的性能测试，主要关注两方面的特性：电路特性（输入阻抗、辐射电阻
、噪声温度
、频带宽度等） 和辐射特性（方向图、增益
、极化等）
。而天线安装到车辆上之后，由于安装位置多样

，车身材料复杂，整车环境下天线的性能与单体天线的性能差异性很大
。因此需要研究整车天线的测试和评价方案
。

四、研究成果

4.1 整车天线测试的意义以及评估

车身对天线辐射性能的影响不容忽视，因为根据频率范围，我们可以理解为：车体或多或少是天线的一部分
。同时，根据车身表面电流的激励，会在某一频率激励出另一个谐振，这使得汽车到第二个天线
。车身的“间隙”，或者车体的“孔”可以被视为slot 或者环形天线


。车身表面的电流则集中在柱子和发射天线附近
。与此同时，车身的内饰也对天线的传输性能有影响。因此
，天线优化必须始终与车辆一起完成
。

为了显示车辆级别下方最终优化的必要性，通过使用SW-Tool FEKO模拟如下两个示例进行论证分析：

l  收音机玻璃天线

l  蜂窝通信天线

4.1.1 FM整车天线性能评估

以FM天线为例，下面显示了对106 MHz简单调频天线结构的两次仿真结果
。两种仿真模型如下
。

第一种模型
：车辆后部内的天线
。

第二种模型
：天线玻璃周围有金属部件
。

这两个模型都模拟在地球等价地面平面（EEGP）之上
。

比较这两种仿真结果可知：车身金属部位的表面电流差异较大，天线电线上的电流基本一致。观察金属框架的调频天线，可以看出玻璃周围的表面电流大小和同质性。在辐射方向图上，天线定向更靠后，且性能不好
。在部分车身上
，可以看到电流热点（如天线附近
、汽车的拐角和柱子）根据频率的不同进行移动
。 如前所述，门、罩、孔（背光）的缝隙也作为额外的天线工作
。 辐射模式比框架部分性能更好
。车身还充当反射器或阻尼介质。

4.1.2蜂窝移动天线性能评估

本课题对2400 MHz的单极天线进行四次，使用了四个仿真模型

，分别为
：

第一种模型：基于接地面的单极子天线。

第二种模型：在车辆后顶上放置蜂窝天线的单极子天线:简略模型，以提高仿真效率。

第三种模型：在汽车C柱外部放置蜂·窝天线的单极子天线。

第四种模型：在汽车C柱内部放置蜂窝天线的单极子天线。

所有四个模型中都使用相同的单极子天线。 玻璃广播天线与 50 Ohm 匹配。所有模型都模拟在地球等价地面平面（EEGP）之上。仿真结果如下：

由于天线的位置不同
，车身金属部位的表面电流差异较大。车身表面电流热点集中在天线附近
。根据频率的不同
，热点也随之移动
。如前所述
，门、罩、孔（背光）的缝隙也作为额外的天线工作。与外部单极天线相比，车内C柱上的单极天线在车内内存在多次反射，完全改变了车外的表面电流和辐射模式
。

车顶的单极子天线产生的表面电流	车顶的单极子天线Gain
C柱外侧的单极子天线产生的表面电流	C柱外侧的单极子天线Gain
C柱内侧的单极子天线产生的表面电流	C柱内侧的单极子天线Gain
远场辐射图, theta 69°时的Theta 极化	远场辐射图, theta 69°时的Phi 极化

4.2 汽车天线测试研究成果

4.2.1 汽车天线的无源测试

本部分研究的重点集中在整车级别的天线性能的优化上。基本测量结果为天线增益辐射图，S参数，LNA增益，测试对象包括
：广播天线，广播放大器，RKE天线，SDARS天线，GNSS天线，Cell phones天线，WiFi/Bluetooth天线
，C2X/V2X天线
，LNA (SDARS, GNSS) 。

通过研究梳理总结了天线射频测试试验方法。

4.2.2 汽车天线的系统级测试

本课题研究了用于大型测试对象的移动通信设备的性能评估方法
，例如带有集成调制解调器的汽车。所关注的关键性能指标为MIMO数据吞吐量。也可以评估其他指标，例如RSRP和RSRQ

。

为了评估电信收发器的性能
，可以使用各种指标。最常见的是数据吞吐量和接收信号参考功率
。MIMO吞吐量可以直观地了解系统性能，其以Mbit/s为单位进行测量，可以随时间进行评估，也可以作为测量轨迹上的累积分布函数进行整体评估。接收信号参考功率是测量系统性能的另一种方式
，单位为dBm
。

为保证试验的辐射特性与外界相似
，采用了一种地面涂层（EEGP）
。WLC方法在第一阶段测量辐射方向图. 随后使用TCU芯片组的RSAP和RSARP测量功能进行校准


，通过在测量装置中引入开关矩阵来测量腔室传播特性  。获得后可使用其逆进行校准，并与目标传播信道进行卷积，并嵌入之前测量的DUT天线的天线辐射方向图

。

通过研究梳理总结了基于半消声暗室的系统级测试方法——无线电缆法（WLC）

。

综上所述
，本课题梳理总结了整车天线射频性能测试的重要性和必要性，研究了整车天线测试的试验方法
，可为汽车车载天线的设计研发和模拟整车上路测试提供一种测试方法和平台
，有助于推动车载通信技术和车联网技术的进一步发展
。