2020中國汽車工程學會年會暨展覽會（SAECCE2020）於2020年10月27-29日在嘉定上海國際汽車城-上海汽車會展中心舉辦，匯聚汽車及相關行業的企業高層、技術領軍人物、資深專家學者、廣大科技工作者。10月29日，上海汽車集團股份有限公司王洪武在本次大會上發表了主旨演講。

以下爲演講實錄：

各位領導、各位專家，大家下午好！很榮幸能夠進行今天的主題分享，我今天分享的題目是"車載天線性能開發與驗證淺析"，我們做的時間也不是非常長，我是做一個簡單的介紹，也希望借今天的機會能夠跟各位專家做一些交流和探討，如果有不對的地方也希望大家能幫忙指正。我主要講三塊，第一塊是車載天線簡介，第二是零件級性開發與驗證，第三是整車級的性能匹配與驗證。

首先說一下車載天線，這裏面有個關鍵詞就是"車載"，有一種說法就是我們的車輛現在是一個跑在路上的手機或者說終端，從天線的角度我個人覺得描述得不是非常準確。車載天線相對於手機天線可能沒有手機天線那麼高的小型化的要求，但是它相對於手機天線有自主的難點，覺得主要是兩塊。第一塊是它的一些功能應用和場景需求更復雜，比如說它有天上的衛星通訊，有和電臺、基站的通訊，再到和基礎設施，人、車之間的通訊，以及用戶車內、車外感知的交互，它的通訊內容和場景需求非常多。第二個難點，車載之後天線是裝在車上的，會隨着車的運行以及工作情況的環境跟車一致，所以它會處在非常眼庫的環境，震動、運動，機械的，然後非常複雜的電子，車載天線就處在車載這個環境下面，它的性能要求也是非常高的。

現在大家看的比較多的天線是12級天線，車外做好的天線不是非常多，好的天線在車內。現在車身級基本還是鋼結構，可以說這些車內天線處在鋼結構的環境下工作的，環境也是比較惡劣的。這個圖是說現在車上的天線越來越多，包括我們剛纔說的各種場景。

簡單把車載天線用一個座標軸體現，橫座標是頻率，做EMC或者做射頻比較關注的是頻率。縱座標是車載天線發展的應用階段，早期的車是收音電臺的應用，後面有移動通訊的應用需求，我把導航等需求方在這個階段。再往後有娛樂交互應用需求，再往後有車身舒適性的應用階段，這個時候主要是4G，胎壓監測，比如說無線充電，儀表傳感器放在這個地方，現在目前比較熱的智能網聯階段，EWB做定位，ETC做前裝的開發需求，然後自動駕駛雷達的應用，現在還有NFC的應用在這個範圍內。總體上看到車載天線應用的頻段越來越寬，大概從100K到100G的範圍，它應用的內容越來越多，也就是現階段車上車載天線這麼一個情況。

前面說了這麼一個大概的車上天線的應用情況，這個地方是把我們企業的一些典型車載無線電收發零件、系統列了一個表在這裏。比如動力電池，按照頻率從低到高，比如動力電池的無線充電，125K的應用，像無鑰匙進入，鑰匙低頻的應，手機無線充電的應用。然後是收音電臺的AM、FM、DAB，然後是43鑰匙的高頻，433的TPNS，然後是移動通信1G、2G、3G、4G、5G的頻段，然後下面是導航定位GNSS的頻段，然後是wifi是DT的，包括wifi的5G頻段，然後UWB的定位，然後UTC的，然後V2X，以及車載雷達的，還有4G，這些天線會涉及到一些系統零件，右邊這一列是說它涉及到哪些系統零部件，可能每家車企表現形式稍微有一點差別。

前面說了車上有這麼多的天線，我們是不是可以做一個總結概括，就是這些天線看上去各個需求都不一樣，平臺也不一樣，應用也不一樣。我們簡單概括一下車上的天線是怎麼樣的情況，這個大框，我們車上的天線可以是單零件，也可以是多零件組成的系統，這是目前的狀態。下面綠框，首先我們肯定有天線和收發機，這兩個是實的綠框。中間兩個虛的綠框根據需求，你的實際零件的天線如果有匹配的需求，會增加一些匹配。再中間如果是有天線的，肯定需要有放大器，這裏面把濾波放大，這個濾波可以根據你實際的需求，是增加濾波，或者做一些調整，放大的話也可以根據你的需求做一些放大的需求。收發機這一頭不同天線根據應用需求可以緊收，也可以是緊發，也可以收發都有。所以車載天線形式總結一下就是這麼一個表現形態。

下面說一下零件級的開發和驗證，這邊是一個流程，零件級的車載天線怎麼做開發和驗證。第一步要明確開發的需求，需求主要是頻率範圍，零件有多大的尺寸可以做設計，然後這個天線是全向天線還是定向天線，方向性的要求，然後射頻性能的指標要求，基於這些需求來選擇特定的天線形式。這裏的天線形式可以有很多種，常規見到的是一些個PCB板載天線，還有GPS經常用的陶瓷天線，還有螺旋天線，也有PCB的螺旋天線，還有杆天線，還有玻璃天線，還有放在零件內部用一種軟膜貼片技術的，各種天線形式都可以根據你的要求選擇合適的做設計。

選擇天線之後怎麼做設計？天線的設計肯定是要靠仿真實現的，天線仿真精度的確比電磁兼容仿真的精度高很多。第一步我們要做仿真設計，仿真設計的點涉及到諧振頻率、特性阻抗、駐波、增益，如果你是單天線，別人是多個天線，你要考慮隔離度，隔離度設計是否達到要求。基於這些仿真設計出來的方案之後，下面就是做一個原型調試，可以是一個簡單的模型上做一些銅模貼片，再做實體的測試驗證，基於原型調試，調試完之後，基於原型調試的方案再做最終的制板打樣，制板打樣包括天線端的，低噪放的設置，基於這些制板打樣。制板打樣回來之後做車載級零件的一些測試驗證，包括常規的EMC、環境、可靠性、材料，這些是必須要做的。對於天線的零件必須要做天線的性能，以及硬件的性能是不是能達到前面提到的射頻指標的要求。

我重點說一下仿真設計以及後面的測試驗證，仿真設計說一下仿真的方法，主要是看左上角駐波的仿真結果，左下角是有隔離度的仿真結果，中間是二維的增益仿真結果，右上角是三維的方向圖，基於駐波、增益、方向圖、隔離度這些指標來和目標做匹配，看看天線單體設計是不是達到零件級單體的要求。

天線零件出來之後做測試驗證，關於測試驗證我分了兩大類，第一大類是研發測試，第二大類是無線電收發的認證測試。研發測試裏面包括兩大塊，第一塊是天線性能的測試，包括增益、效率、駐波、隔離度、方向圖等等。低噪放硬件測試，包括增益、駐波比、帶外抑制、特性阻抗、噪聲電平係數，AGC動態範圍，還要關注一下二階三階互調產物。對認證測試主要分四大塊，第一塊是RF的認證測試要求，第二是電磁兼容的認證測試要求，第三是健康的，第四塊是安全的。安全主要是一些帶寬類的測試要求，功率類、靈敏度測試要求，以及帶外、雜散、鄰道、阻塞、互調的、自適應測試要求。EMC主要是發射測試和抗擾測試。健康主要是電磁場暴露，安全主要是起火和燙傷的風險，以及電池的天線零件的安全要求。

這邊有幾張照片，左上角是天線零件的增益測試場地，左上角的場地是接收天線或者發射天線在遠端，被測天線在轉檯，這個轉檯兩個軸向可以調節，橫向可以360度轉，縱向可以360度轉，這樣可以實現天線360度增益、方向圖的測試。下面是常規的大家經常看到的多探頭的，我們直接把被測部置於多探頭的中心，通過多探頭測天線3D的增益、方向圖，這是目前天線裏經常採用的兩種方式。

下面是整車級的，首先說一下爲什麼要做整車級的性能儲備和驗證。這裏有一個圖，我們是不是簡單理解天線單體，我再關注整車本身的，把兩個做一個疊加，是不是知道天線裝到整車之後天線的性能表現是什麼樣子，這個其實是要打一個問號的，會受各種環境的影響，我們也仿真測試，結果還是會有比較大的差別。所以我們要做整車級的性能匹配和驗證。

同樣，我們整車級主要關注點就是增益方向圖的分析，我們首先要出整車的模型，這個整車模型會做一些簡報，保證大體的模型不差。天線周圍的模型是必須要的，影響天線性能的要比較完整的。天線上了整車之後，方向圖的仿真結果主要關注的是增益，包括最大、最小和平均增益，右側是3D的結果。

再說一下整車級的測試，最大的問題主要一個是太重，前面天線的場地做整車級的測試基本不可能實現。第二個它不可能支撐在原型廠的中間，它需求的頻率段非常寬，你如果想滿足整車前面提的所有關注頻率段的性能，這個場地是一個多種測試場地高度融合的方案。

這裏面說一下有哪些場地的形式，第一種是我們常說的直接測量法裏面的傳統遠場，隔着遠場測天線上整車之後它的增益結果，這地方是必須要達到遠場的條件。包括室內的遠場，也包括室外的遠場。第二，通過個緊縮場的形式，通過反射面來實現遠場條件，就是通過發射面，可以是單反射面，也可以是多反射面緊縮場的形式直接測量遠場的方式。第二塊是間接測量法，可以是單探頭或者多探頭，按照測試場地的形式可以是一個平面近場，也可以是柱面近場，也可以是一個球面近場，不同的測量場地是不同的形式。通過近遠場算法來實現得到關注遠場的測量結果。

車上的需求非常多，靠一種場地來實現這麼多頻段，從低頻段，我們從FM開始70多兆，一直到雷達80G，靠一種場地實現非常困難，需要多種場地融合。現在也看到複合場地，比如多探頭近場和遠場的融合，各種融合的形式，也可以是多種場地做分開的形式。右邊是示意圖，這是一個效果圖。

我們也會在一些實際場地做相關的測試驗證，左上角是一個室外遠場，被測物擱在轉檯上，被測天線在隔着30米的地方，是室外遠場的測試，可以測一定遠場的2D方向圖。左下角是單探頭的進場的測試場地，這個探頭是通過遙地形式實現3D的測試，中間是多探頭的探頭孔的測試場地，來實現整車的天線增益測試結果。除了天線增益的測試以外，我們也會關注車上這些天線處於通訊狀態的情況下我們來驗證它的EMC性能是不是能夠達到我們的要求，我們也會在EMC場地實現天線通訊的狀態來驗證它的天線性能在EMC的條件下是不是可以。

我今天要講的內容就是這些，謝謝大家。

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（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅作爲參考資料，請勿轉載！）

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