【无线射频仿真】-FEKO引领智能网联汽车天线的创新设计

1/1FEKO引领智能网联汽车天线的创新设计背景信息

智能网联汽车又被称为"互联网汽车'，代表着汽车行业的将来进展方向，其设计思想是利用智能感知和掌握，让乘车旅行更加平安，路线规划更加合理，同时引进新一代的互联网消遣系统，让旅行更加布满乐趣。依据中国汽车工程学会（SAE-China）的讨论表明，智能网联汽车技术（V2X）的广泛应用可使一般道路的交通效率提高30%以上。依据美国国家大路交通平安管理局（NHTSA）的官方数据显示，车辆与车辆通信技术（V2V）能预知即将发生的交通事故并对潜在危急发出实时预警，它的广泛应用能关心避开高达81％稍微碰撞事故。

将来车联网将存在多种通信需求，涉及多种协议或标准，包括：车辆间通讯的DSRC(一种Wifi升级技术)或LTE-V标准、定位用的GPS协议、与互联网通信的WiMax或WLAN标准。这些标准或协议所采纳的频段、抗干扰方式和传输距离等各不相同。这就对车联网的接收设备尤其是车载天线提出了特别高的要求。然而，现有的车载天线系统已经沿用多年，普遍存在频带单一、传输距离短、抗干扰力量弱和布局简单等问题，将无法满意将来智能网联汽车在主动平安、智能规划和消遣方面的需求。因此，开发新型的车载天线已经成为汽车行业的共识。

技术挑战

对于工作于不同频段的车联网通信系统，采纳多个传统的硬质天线既不利于系统的兼容也不利于车体的空间布局。在华东交通高校刘海文教授的指导下，刘凡所在团队结合将来车联网通信进展需求，在国内外天线小型化技术、共形天线和多频带天线的讨论基础上设计了一款极具创新价值的新型车载天线五角星外形的柔性四频带天线。该天线如下图所示：

天线实物机械柔性展现

该款天线具备以下重要特点：小型化、抗干扰力量强、支持多频带，同时其外形极为轻薄，被称为与车辆外观可以无缝匹配的"共形天线'。该创造具备良好的应用前景。

然而，这一创新仍旧需要克服电磁兼容的问题。天线安装在车体上后，其辐射性能会受到汽车车身影响发生转变，由于天线的工作频段不同、安装位置不同，受车体的影响也不同。所以，刘凡团队还必需通过仿真技术解决天线在汽车整车布置位置的优化问题，这本身也是特别巨大的技术挑战。

解决方案

为了得到天线的最佳布局位置，刘凡所在团队在Altair公司技术团队的关心下，使用Altair公司的三维电磁场仿真软件FEKO进行1:1车体模型与天线的联合仿真。利用FEKO软件在电磁仿真分析领域尤其是在大尺寸问题仿真方面的优势，通过建立天线与汽车的耦合仿真模型(如图2)，并通过布局优化分析，最终找到最佳的天线安装位置，实现了天线的性能最优，为其满意车联网通信的需求打下了良好的基础。

利用FEKO建立的天线与整车仿真模型

详细过程包括，选取了四个最常见部位进行天线布局，分别是：(a)后风窗处，(b)内后视镜，(c)鲨鱼鳍，(d)车顶位置。在频率2.4GHz处的辐射方向图，如图3所示。由于车体的简单结构对天线产生的影响，可以观看到天线共形后辐射方向图变得非常不匀称，消失了许多毛刺状的旁瓣。最终该设计通过平均增益这一指标对车载天线在车体不同位置的电磁辐射性能进行评估和比较。

天线共形于不同位置时2.4GHz的辐射方向图

最终通过认真分析，确定安装于后风窗位置，天线的性能更加适合车联网通信系统的应用。

成就

（感谢华东交通高校刘凡给我们供应本期案例）

刘凡及其团队的创新车载天线设计方案，其本身具备卓越的性能小尺寸、支持多频带、抗干扰力量强且可与车身共形等，同时又在很大程度上解决了布局这一工程实际问题，因此获得了工程界的全都重视。该项创造在由共青团中心、中国科协、教育部和全国学联共同主办的全国性的高校生课外学术实践竞赛"挑战杯'全国高校生系列科技学术竞赛中，通过三轮激烈的角逐最终获得江西赛区一等奖殊荣，并获得全国总决赛的参赛资格。将来，刘凡先生及其团队也在考虑将此款创新设计天线推向实际应用。

团队介绍

华东交通高校射频通信与传感器网络江西省重点试验室以射频电子学与传感器网络讨论为背景，致力于射频、微波电路的基础理论与设计技术讨论。在试验室主任刘海文教授的指导下，该团队提出具有小型化、多频带、强抗干扰力量、可共形、易于批量生产的柔性天线，旨在解决现今车载天线设计中频带单一，信号掩盖范围小，抗干扰力量弱等问题。该天线在保障车联网智能调度，车载消遣等方面具有重要意义。

"FEKO软件是一款功能强大的三维全波电磁仿真软件，其敏捷的求解设置，可供应任意结构的电磁场分析。在Altair公司专业、布满热忱的技术团队支持下，我们的团队胜利完成了对车载天线的