一种车身适应性天线的设计方法技术

本申请提出一种车身适应性天线的设计方法。该设计方法以车身的金属作为天线辐射的主体，基于矩量法的求解方法，从磁矢位开始，计算磁场，并通过磁场来计算电场，最后利用麦克斯韦方程组中的安培定律来获得一个基于磁矢位的波动方程；通过波动方程求解电场与表面电流的积分关系；通过观察车身结构上的表面电流分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励该模式；或者在宽带设计需求的情况下，在多个表面电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，从而实现宽带模式天线设计。本天线的辐射主体是车身的金属结构，所以具有易于实现、成本低、结构简单、不占用车载空间优点。用车载空间优点。用车载空间优点。

【技术实现步骤摘要】
一种车身适应性天线的设计方法


[0001]本申请属于天线
，具体涉及一种汽车天线设计方法。

技术介绍

[0002]目前的车载天线种类主要有4/5G天线、WiFi、蓝牙、GNSS和AM/FM天线；其中大部分的4/5G天线、WiFi、蓝牙、GNSS都会集成在一个天线盒子里面。天线盒子的形式有多种，但主要是放在车顶部的鲨鱼鳍天线盒子，或放在车内的长方形天线盒子；其中鲨鱼鳍天线受限于车身外形的要求往往体积和高度都不能过大，会造成其内部空间非常有限，在这个前提下很难集成上述如此多的天线种类在一个局促的空间中；如果为了集成度强行把上述多种类的天线集成在鲨鱼鳍内部，会造成多种类天线之间的相互干扰，尤其是gnss天线，其自身除了对常规的天线指标如驻波、增益等有要求，其还需要对轴比有要求，轴比是一种衡量圆极化天线性能的指标。当有其他天线在gnss天线附近时，难免会对gnss天线的轴比产生直接影响，从而严重影响gnss天线性能。
[0003]对于4/5G、WiFi/蓝牙天线，在空间局限的盒子内会有天线的相互干扰，造成自身性能下降；对于具有MIMO功能的4/5G、WiFi/蓝牙天线，天线之间的隔离度至关重要。有限的空间造成天线都被挤在一起，同频天线之间的隔离度会变差，从而影响无线通信的MIMO性能。
[0004]对于现在的车载天线，大致有两种布局位置，一种是以鲨鱼鳍形式为主的放在车顶的布局；另外一种是以天线盒子为主的放在车内，如IP、中控台等位置。
[0005]如上所述，虽然鲨鱼鳍的位置很好，天线具有很好的金属净空且无遮挡，但鲨鱼鳍受尺寸限制，内部空间有限，会造成天线自身性能不佳；天线盒子放在车内，容易受到车身部件的遮挡和干扰，造成接收信号质量差等问题。
[0006]已有资料中对有基于舰船和飞机的设计分析较多，也有基于车模型的分析；但是目前他们的工作带宽都很窄，不适用于宽带通信，同时他们的馈电结构要求较高，也相对复杂，不易于在工程中实现。

技术实现思路

[0007]为解决
技术介绍
中指出的问题，采取如下技术方案：
[0008]一种车身适应性天线的设计方法，以车身的金属作为天线辐射的主体，基于矩量法的求解方法，从磁矢位开始，计算磁场，并通过磁场来计算电场，最后利用麦克斯韦方程组中的安培定律来获得一个基于磁矢位的波动方程；
[0009]通过波动方程求解电场与表面电流的积分关系；
[0010]通过观察车身结构上的表面电流分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励该模式；或者在宽带设计需求的情况下，在多个表面电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，从而实现宽带模式天线设计。
[0011]进一步地，上述技术方案中：使用数值计算求解电场与表面电流的积分关系；具体
步骤为：对所要求的结构进行离散化网格剖分，选取一组基函数和检验函数，先把表面电流按照基函数展开；
[0012]然后再按照剖分的网格把积分计算变成代数方程组；
[0013]在计算的过程中，先求得该代数方程组的系数矩阵，对系数矩阵进行对角化求得与代数方程组对应的特征值和特征向量；对角化求得的特征向量对应于车身感兴趣金属区的特征模式电流，特征值表征对应的特征电流对总场强的辐射贡献；
[0014]通过观察特征模式电流在车身结构上的分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励该模式；或者在宽带设计需求的情况下，在多个特征模式电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，从而实现宽带模式天线设计。
[0015]馈电的结构除了采用额外添加的寄生馈电结构之外，还可以直接通过在金属结构上制作缝隙来实现；例如满足工作频率的四分之一波长的开口缝隙或满足工作频率二分之一波长的闭合缝隙；其中缝隙的形式可以是普通的矩形，也可以是其他形式如圆形、阶梯形、H形、L形等。
[0016]根据车身上的特征模式电流的分布特点，可以采用多馈点的方式实现方向图的组合或赋形设计，即多个激励端口并满足一定的激励相位关系，从而实现天线的方向图赋形设计；基于此可以实现波束的指向偏转、扫描、跟踪等，以及方向图形状、覆盖形式等的控制；
[0017]综合考虑天线的工程实现、方向图覆盖和EMC问题，从实践角度，一般天线的馈电点会放在如车窗、车顶、金属交接等，位置相对暴露，金属净空好的地方。由于车身的金属面积很大，所以天线的口径和增益都会增大，效率也会明显提高；这能极大降低通信系统对射频前端放大器的依赖；例如对于FM天线，也许就可以直接去掉前端放大器，从而降低天线整体成本，而且由于放大器的取消，天线的复杂度显著下降，反而可靠性会增加；同时天线的布局自由度也会显著提升，多根天线之间的距离也可以被充分的拉远，实现天线隔离度显著提高。
[0018]本申请的技术效果为：辐射主要以车身金属结构为平台，实现大口径辐射；天线更容易通过多个模式的融合实现宽带和高效率工作；车身多个模式的灵活组合可以实现多种方向图的组合，实现方向图的调控；借助于车身尺寸，可以更容易实现低频天线的宽带化和高效率设计；天线设计不需要额外的大金属结构，不会对汽车的外观产生明显影响，提升车载天线性能的同时也提升车身美观性；不需要单独的天线布置和设计；天线的高效率实现可以有效降低车载天线对放大器的依赖，不但可以降低接收信号的噪声系数同时也可以降低射频系统的成本。本申请天线设计辐射主体是车身的金属结构，没有额外的天线结构，只需要在车身的合适位置引入馈电结构即可；所以具有易于实现，成本低，结构简单，几乎不占用车载空间等优点。
附图说明
[0019]图1为汽车模型示意图；
[0020]图2为本申请实施例的以车身适应性天线的S11匹配图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图及实施例对本申请做进一步描述。
[0022]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0023]一种车身适应性天线的设计方法，该适应性天线以车身的金属作为天线辐射的主体，
[0024]该设计方法包括，基于矩量法的求解方法，从磁矢位开始，计算磁场，
[0025]利用计算的磁场来计算电场，利用麦克斯韦方程组中的安培定律来获得一个基于磁矢位的波动方程；
[0026]依据所述波动方程求解电场与表面电流的积分关系，得到车身结构上的表面电流分布和方向图，
[0027]通过观察车身结构上的表面电流分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励所述模式；
[0028]或者在宽带设计需求的情况下，在多个表面电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，实现宽带模式天线设计。该方法中没有额外的天线结构，只需要在车身的合适位置引入馈电结构即可；所以具有易于实现，成本低，结构简单，几乎不占用车载空间等优点。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车身适应性天线的设计方法，所述适应性天线以车身的金属作为天线辐射的主体，其特征在于：所述设计方法包括：基于矩量法的求解方法，从磁矢位开始，计算磁场，利用计算的磁场来计算电场，利用麦克斯韦方程组中的安培定律来获得一个基于磁矢位的波动方程；依据所述波动方程求解电场与表面电流的积分关系，得到车身结构上的表面电流分布和方向图，通过观察车身结构上的表面电流分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励所述模式；或者在宽带设计需求的情况下，在多个表面电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，实现宽带模式天线设计。2.根据权利要求1所述的一种车身适应性天线的设计方法，其特征在于：使用数值计算所述求解电场与表面电流的积分关系，包括：对所要求的结构进行离散化网格剖分，选取一组基函数和检验函数，将表面电流按照基函数展开，然后按照剖分的网格将积分计算变成代数方程组；求得的所述代数方程组的系数矩阵，并对系数矩阵进行对角化求得与代数方程组对应的特征值和特征向量；对角化求得的特征向量对应于车身感兴趣金属区的特征模式电流，特征值表征对应的特征电流对总场强的辐射贡献；通过观察特征模式电流在车身结构上的分布和方向图，找出满足覆盖和馈电要求的模式，通过馈电以激励该模式；或者在宽带设计需求的情况下，在多个特征模式电流分布接近的区域添加激励，以实现多模式的同时激励，实现宽带模式天线设计。3.根据权利要求2所述的一种车身适应性天线的设计方法，其特征在于：在给定的频率带宽下选取若干个频点，基于所述若干个频点对车身金属主体进行计算分析；通过计算得出在所述若干个频点下的所有主要参与辐射的特征模式电流；若只考虑窄带匹配，则只需要选取对应频率的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，
申请(专利权)人：上海嘉来仕技术有限公司，
类型：发明
国别省市：