新型汽车天线系统结构、原理及应用指南

变迁

　　之前看过了新型天线，我们再来看看汽车天线系统外观的变迁。

　　传统天线（1辫子天线、2短杆天线）与新型天线（3鲨鱼鳍、4集成天线）

　　上图1是笔者的老福特车，传统的车载天线大多就是这样一根金属杆，有的还可以伸缩，位于车前、车顶或者车后，一不小心就被熊孩子拔下来当武器了。其功能也非常单一，无非是接收AM/FM广播模拟信号。

　　之后出现了上图2中的短杆天线，缠绕在天线杆上的金属丝不仅能起到防止天线晃动、减小噪音的作用，同时也增加了天线的有效长度。两者属于所谓的传统天线。

　　汽车天线系统发展到现在，各个不同的汽车制造公司都有他们自己的天线系统方案，比如宝马倾向于使用鲨鱼鳍天线（上图3），简约而不简单，低调而不低档，但其外形大同小异。

　　更多的公司则兼容并包，比如捷豹路虎，在通过鲨鱼鳍天线实现GPS、LTE、卫星信号接收的同时，他们也选择集成天线（上图4），来接收AM/FM以及数字广播/电视信号。集成天线的位置不尽相同，玻璃、保险杠、定风翼等等，都可以是天线的载体；其外形也大相径庭，有时是细长的金属丝，有时是扁平的金属片。这哥俩属于所谓的新型天线。

　　至于与天线相配套的放大器，也根据需要处理的信号不同，形成各自的结构，下图所展示的，是FM信号放大器的一部分电路图，以及TV/TS信号放大器的实物图。

　　FM信号放大器电路图，及TV/TS信号放大器实物图

　　红圈里是FM信号放大器的核心控制部分，其余的，则为匹配模块、防静电模块、控制模块等等。比如红圈以下的闭合回路就是AGC（Automatic Gain Control ，信号强度自动控制），当输入信号过高时，能够起到负反馈作用，削减信号强度。

　　由于不是外观件，所以放大器外观的变化就不那么重要了。而放大器的个体大小和电子元件的大小密切相关，随着SMD（surface-mount device，表面粘贴元件）的出现，最新一代的车载放大器实物大约15cm长、5cm宽、5cm厚。但随着摩尔定律的逐渐失效，放大器的"减肥"过程也在逐渐放缓。

　　天线和放大器，就组成了最简单的信号接收系统。

　　如何调试一个新天线系统

　　影响汽车天线系统功能的潜在因素实在不胜枚举：高楼、金属物体、风雨雷电，甚至阳光、路过的电瓶车。无人，我是说无人，可以断言任何一款车的天线系统的路上表现。因此调试是新天线系统走向应用的关键一步。笔者亲历过不少集成天线的调试过程，调试天线的方法有两种——软件模拟，或者实物测试。

　　软件模拟没什么好说的，在RF（Radio Frequence）领域，ADS（Advanced Design System）和FEA（Finite-Element-Analyse，有限元分析）软件属于标准配置，前者和Labview类似，可以模拟天线系统自身的工作情况；后者则能够模拟天线周围的环境，预判其接收效果。略过不表。

　　实物调试就比较有意思了，以下图车后玻璃集成天线为例，概括起来一个字——蒙！先别笑，这里的蒙是有技术含量的，并不是玩俄罗斯轮盘。

　　集成在后窗玻璃中的天线的实际调试

　　第一蒙：基于几十年的经验，汽车天线工程师们大致可以根据要求和情况，估计集成天线在车辆的哪个部位的接收效果最好。大体上说，天线应该适当选择较高的位置，位置越高，能够接收到的信号强度越高，就越容易控制。

　　这里谈论的车，可能在几年后才会上市，工程师只能根据厂家的车型介绍，结合现有的相似车型，提供天线位置的建议。当然，一些车辆制造商会直接给出汽车天线的位置要求，这倒是省了工程师不少事，毕竟不是每个设想都能被实现，其中有打自己脸还是打别人脸的区别。

　　第二蒙：具体集成天线的结构。天线分几股？每股多长？距离多远？直线还是分叉等等。这个选天线的事情有可能"随意"到不像个正儿八经地科学测试……但是，评价一款接收系统好坏的标准非常简单——系统对目标信号的接收和放大能力，必须达到汽车厂商的要求。

　　某一次，笔者和一个同事花了几个小时在调试集成在后窗玻璃上的天线，整个过程其实只是不断将3股天线中的某一根截短或加长，等待一个令人满意的结果"自动出现"，说是守株待兔也并不为过。

　　当然，话要说回来，这个过程是遵循一定规律的，而这个规律，本身是不规律的，需要几十年的经验积累……

因为——车内的任何金属部件，都有可能引起接收系统与信号的非正常共振，影响信号的输出强度，比如座椅中的金属支架、某一段特殊长度的导线；更麻烦的，是有电流通过的部件，诸如尾灯、刹车灯、整流器等等，一旦它们的电磁兼容