车载天线系统选型和正向开发设计

施大威

（一汽海马汽车有限公司，海南 海口，570216）

车载天线系统选型和正向开发设计

施大威

（一汽海马汽车有限公司，海南 海口，570216）

收音作为车载音响的基本功能，受到音响本身芯片选型、天线系统平台匹配和使用环境的影响。其干扰源可分为车内电气系统噪声和车外电台干扰。本文简单介绍天线系统的组成、与音响系统的匹配工作原理，以及收音系统正向开发流程，为车载收音机的收音效果设计提供保障。

车载收音；多路径干扰；有源天线

车载收音和家用收音区别在于：家用收音机常处于一个信号比较稳定的环境，而车载收音在整车环境下，不仅受车内电气系统噪声带来的干扰噪声影响，而且在车辆行驶中，电台本身信号品质的变化也常常使收音效果不尽人意。一般来说，车载收音效果受天线系统选型方案、性能参数匹配水平和使用环境的影响。下文简单介绍天线系统选型方案和正向开发流程。

1 天线系统选型

车载天线系统大致包括天线本体、放大器和长短馈线，通常也会集成有GPS天线模块。按外形分类，可分为：玻璃天线、拉杆式天线和鲨鱼鳍天线3种。按电源类型分类，可分为：有源天线［玻璃天线、鲨鱼鳍天线、小辫子天线（＜750 mm）］和无源天线［拉杆天线（≥750 mm ）］2种。

对于有源天线的放大器部分，AM 与FM 滤波器分开独立工作，天线放大器的输入端可共用，输出由同一端口输出，经馈线到音响主机，实现收音信号的传输目的。工作原理框图如图1所示。

2 系统特点分析

图1 有源天线原理框图

3种选型各有优缺点，如鲨鱼鳍天线，适用于更注重造型的轿车车型，但收音效果往往更难处理；玻璃天线，收音效果容易满足设计要求，但受玻璃贴膜影响大；拉杆天线，成本低、效果更易实现，但受造型限制，一般应用于低配车型。

2.1 杆式天线

杆式天线有无源和有源2种。早期的拉杆天线长度大于750 mm时，由于不需要放大器增强信号，相应就没有了外接电源供电。由于成本低，现在无源拉杆天线常应用于对外观要求不高的低档小车上。而短的杆式天线，则常见于SU V车型，例如CX7、H6、翼虎等车型。另外，布置位置相对于鲨鱼鳍天线更为灵活，可布置在车顶前端，相应地减少了馈线长度。

2.2 玻璃天线

玻璃天线是一种车载隐藏式（印刷式）天线，为保证车辆的外观设计需要，使用乘用车后挡风（或其他）玻璃上的除霜线作为AM/FM信号及其他电磁波信号的接收，实现天线隐藏的目的，代替原来的杆式天线接收，成为一种可探讨的天线形式。同时，配合低噪声、高性能的天线放大器，可以使接收效果与杆式天线相当。

玻璃天线系统按其布置位置可分为：前挡、后挡、侧风挡（后排三角车窗）玻璃等多种形式，其中有源后窗天线系统是运用最广、接收效果最好的玻璃天线系统。其他的位置由于其他相关电气、空间及位置等多种因素影响，天线的接收效果次于后挡。

前挡天线布置在前端，可以有效减少天线使用馈线的长度。但由于其前面视线的因素，布置不当会对行车安全造成影响，同时，也由于前端仪表板电器件众多，部件之间的辐射干扰都有机会被天线接收到，对实际的收音造成影响。因此，此方案一般不被推荐使用。

还需特别注意，由于后挡风玻璃同时布置有除霜线，天线和加热丝的距离较近，导致天线收到加热丝的电磁干扰。一般的解决办法是增加噪声滤波器总成进行滤波处理，使加热丝和天线互不干扰，但成本也会相应增加。

当然，如采用侧窗天线系统进行布置，让天线远离后挡的加热丝后，可不考虑增加噪声滤波器进行滤波处理，节省成本。但由于整车特殊的构造，天线装车辆侧挡时，在整个平面（360°）范围内，会出现接收的死角，所以信号品质不如后挡效果。而随着广播事业的发展，广播媒体公司也为了可以辐射更广的范围，提高信号的发射功率和信号强度，因此，在一定基础上，降低使用单边天线时存在的某个方向收音效果差的现像。

另外，玻璃天线系统可采用多天线系统。使用两边天线同时布置，使天线在使用过程中全范围内有效接收信号，以大幅度地提高FM/AM信号的接收品质，以及抑制多路径干扰等电台信号品质变化的影响。由于器件相应增加了2倍，成本也同样上升。

总的来说，玻璃天线优点如下：AM/FM接收性能容易实现，且可满足整车的流线型外观需求，并杜绝了高速行车时的风阻噪声和因为车身开孔导致的渗水问题。

2.3 鲨鱼鳍天线

鲨鱼鳍天线由于本身的造型美观，首先会被轿车车型选用。优点是可集成GPS和3G天线在一个鲨鱼鳍里，并且布置在车顶后，GPS和3G天线的信号最好。但集成了GPS和3G天线模块后，成本也最贵，同时鲨鱼鳍天线最容易受空间限制，导致收音天线长度受到限制，而降低了收音效果。需特别注意的是苏中天线有车载天线常用的鲨鱼鳍式天线型号专利，很大程度上保证其在车型天线上获取垄断。

2.4 其他配套部件

其他配套部件主要包括有长/短馈线总成、GPS馈线、大/小噪声滤波器总成和电容器。其中大噪声滤波器接除霜线，用于滤除加热丝对后挡风玻璃天线的干扰；小滤波器接在制动灯的供电回路，避免频繁踩脚制动时AM收音出现干扰；电容器则接在室内灯供电回路。

对于小滤波器和电容器，量产车型主要考虑到制动灯或室内灯由B+电源直接供电，开关通断瞬间导致的电磁干扰，影响AM收音效果。目前车型改为由BCM供电驱动，由BCM的端口直接进行滤波处理后，可省去小滤波器和电容器模块。

3 正向开发流程

由于天线收音效果受整车造型影响较大，实际天线系统的开发设计过程在整车外饰造型确定后，可根据以下步骤完成天线正向设计流程：天线选型→确认安装位置、角度→音响厂家、天线厂家、整车厂三方沟通相应参数要求→天线内部电路设计→台架测试阻抗、增益等参数→和音响系统的匹配测试→实车效果测试（包括路况测试）。

1）天线选型 实际根据整车的成本、市场定位、造型需求几方面进行确认。例如成本压力高，定位于入门级家轿，拉杆天线更能满足要求。实际很大程度上由外饰造型确定天线选型结果。

2）确认安装位置、角度 由于天线接受信号的特点，天线摆放的位置和角度也同样影响着收音效果的好坏。理想状态的天线系统布置需注意几点：天线本体的长度需大于750 mm，如实车不能满足，则需增加放大器进行信号增益；鲨鱼鳍天线或拉杆天线的螺纹线尽量垂直于水平面；电源线和馈线远离电机、除霜线的电磁干扰源。

3）音响厂家、天线厂家和整车厂三方沟通 虽然天线系统目前已经是模块化、平台化的设计，但如阻抗参数等信息，需要进行三方前期沟通确认，以满足最好的设计匹配。具体需要确认以下参数：额定电压、工作电压、工作电流带自动增益控制、工作电流无自动增益控制、工作温度、频率范围、87～108 MHz调频通频段增益、增益响应、调频噪声电压、二阶交调、三阶交调、调频87～108 MHz的输出阻抗和驻波比，以满足相关电气性能参数匹配。

4）天线内部电路设计 天线内部电路设计在天线选型和安装位置、角度等物理边界信息确认后，阻抗、驻波大小等指标已经确认。相关性能指标要求见表1。

表1 天线性能指标

表1关键词解释如下。

增益——标识天线功率放大倍数。数值越大表示信号放大倍数越大，接收效果越好。

驻波比（VSWR）——驻波比是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果VSWR的值等于1，则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最为理想的情况。以此作为衡量天线与馈线匹配程度的指标。

输出阻抗——天线的输出阻抗定义为输出端电压和电流之比，其值表征了天线和发射机或接收机的匹配状态，隐藏必须对天线与主机的阻抗进行匹配。

5）台架测试 台架测试内容主要包括电气参数值测试和针对整车环境条件的电气、化学和机械试验，以及天线系统特有的接收天线系统野外测试。这时需针对网络分析仪得出的史密斯图、方向图分驻波图，分析其阻抗、驻波大小和方向性的优劣，以便改进收音效果。

主要测试项目包括：输入阻抗、驻波电压比、谐振频率、增益、方向极性、电场/磁场方向图、天线系数、放大器噪声等。

6）天线和音响的匹配测试 在这个阶段，音响和天线系统已基本完成C2sample的设计要求。可相互寄送一套产品进行检测，以进一步判断问题。

7）实车测试 这里的实车测试要求，包括静态操作测试和外出路试测试。可根据CHECKLIST，测试收音台数、效果，并且操作整车其他的电气部件，如刮水、玻璃升降器等常干扰部件，主要是判断天线系统和整车电气的匹配效果。常见的静态测试操作如下：喇叭控制、灯光调节、自动天线控制、有源天线供电、发动机、汽车喇叭、空调、加热器、刮水器、照明灯、信号灯、油门、点火、电动门窗、电话、振动噪声、脚制动和制动灯、点烟器。

动态路试时，需要经过几处特定路线测试，包括：多路径干扰测试、变电站干扰测试、广播信号发射站、隧道测试、高速路测试、强台接收测试、弱台信号接收测试，以完全测试天线在动态环境下的表现。常遇到的测试环境有：弱信号区域，一般在山区或者偏远地区；强信号区域，一般在发射电台附近；强电磁场干扰区域，一般在大型发电站附近；高建筑物区域，城市高楼或大型建筑物附近（可进行多路径干扰测试）等。在进行实车收音测试时（包括静态评价和路试过程测试），对收音的搜索电台数量和品质进行评分。一般要求能尽可能多搜到台，并且搜到的台中尽量少4分以下电台。评分细则见表2。若收听过程中出现多种现象，以得分最少的现象作判断依据。

表2 效果评分表

现象关键词解释如下：①短时：现象出现维持时间2s以内，现象出现前后无关联性，现象是按次出现的。②断续：现象出现维持时间2s以上，总持续时间不长，现象的前后关联性明显。③连续：现象出现维持时间2s以上，总持续时间较长，现象的前后关联性明显。④微弱：现象相对正常的播放效果而言，影响很小，需认真倾听才能察觉。⑤明显：现象相对正常的播放效果而言，影响很小，但较容易察觉。⑥强烈：现象相对正常的播放效果而言有一定影响，能使正常收听内容较难甚至很难听清。

4 结论

对于天线系统的选型和正向开发设计，首先需要有最基础的认识：前期的三方沟通、选型定义的好坏很大深度上已决定整车收音效果的品质。后期的整车匹配工作，同样需要三方一起进行台架、整车路试测试。如何对天线系统设计效果验收和评估、对天线系统的方案设计、测试标准和平台共用化要求提出技术分析，并能准确描述设计、测试中的问题，提出整改思路以及总结出后续设计的相关要求，是专业组的基本能力。

［1］ 刘栋材.车载天线系统电磁兼容性研究［D］.西安：西安电子科技大学，2013.

［2］ 纪奕才，邱扬，陈伟，等.车载多天线系统的电磁兼容问题分析［J］.电子学报，2002（4）：560-563.

［3］ 周琴，陆云峰，李川.汽车音响收音参数与实车评价测试分析［J］.汽车电器，2012（12）：60-62.

（编辑杨 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，助理工程师，主要从事汽车电器的研发工作。