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        GPS和4G天線的開發(fā)設(shè)計(jì)

        2018-03-29 06:13:20王彩云馬文峰王子軍
        汽車電器 2018年3期
        關(guān)鍵詞:車載天線布置

        馬 寧,王彩云,馬文峰,王子軍

        (一汽轎車股份有限公司產(chǎn)品部,吉林 長(zhǎng)春 130012)

        1 汽車天線系統(tǒng)的功能和應(yīng)用

        汽車天線系統(tǒng)的最大功能就是完成電路中的電信號(hào)與空間中的電磁信號(hào)的相互轉(zhuǎn)化,使遠(yuǎn)隔萬(wàn)里的電子系統(tǒng)能夠互相交流。到目前為止,汽車天線系統(tǒng)依舊被稱為車載接收系統(tǒng),因?yàn)槠涔δ苓€集中在接收信號(hào)方面。空間中的電磁信號(hào)經(jīng)由天線轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再由放大器調(diào)整信號(hào),通過同軸電纜交由車載娛樂系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行解碼和后期處理。一種天線就應(yīng)該固定接收一定頻率范圍內(nèi)的電磁信號(hào),因此天線就是通過選擇性接收不同的信號(hào)頻率。除了傳統(tǒng)的FM/AM模擬廣播信號(hào),還有GPS、數(shù)字廣播/電視信號(hào)(DAB)、遠(yuǎn)程控制(TS)、藍(lán)牙、衛(wèi)星信號(hào)、4G/5G、車對(duì)車通信等,它們各自占有不同的頻率段。

        2 GPS天線、4G天線概述

        2.1 GPS天線定義及工作原理

        GPS天線就是指通過接收衛(wèi)星信號(hào),從而進(jìn)行定位或者導(dǎo)航所用到的天線。車載GPS衛(wèi)星信號(hào)的頻率為1575.42 MHz,信號(hào)為圓形極化,信號(hào)一般在-166dBm左右,屬于弱信號(hào)。

        目前絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質(zhì),其組成成分為:陶瓷天線、低噪音信號(hào)模塊、線纜、接頭。其中,陶瓷天線也叫無(wú)源天線、介質(zhì)天線,它是GPS天線的核心技術(shù)所在。一根GPS天線的信號(hào)接收能力,大部分取決于其陶瓷部分的配料如何。低噪聲信號(hào)模塊也稱為L(zhǎng)AN,是將信號(hào)進(jìn)行放大和濾波的部分,其元器件的選擇也很重要,否則會(huì)加大GPS信號(hào)的反射損耗,以及造成噪聲過大。線纜的選擇也要以降低反射為標(biāo)準(zhǔn),保證阻抗的匹配。

        GPS天線主要用來(lái)接收衛(wèi)星傳遞的信息,并將其傳送到車載主機(jī)進(jìn)行處理。GPS接收天線的原理如圖1所示。

        圖1 GPS天線原理圖

        GPS天線接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào),通過信號(hào)放大與濾波之后傳送到車載主機(jī),由車載主機(jī)對(duì)接收的GPS信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算。

        2.2 4G天線定義及分類

        4G天線是將高頻電流或波導(dǎo)方式的能量變換成電磁波并向規(guī)則方向發(fā)射出去或把來(lái)自必定方向的電磁波還原為高頻電流的一種設(shè)備。

        4G天線分類:①按用處可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等;②按作業(yè)頻段可分為短波天線、超短波天線、微波天線等;③按方向性可分為全向天線、定向天線等;④按外形可分為線狀天線、面狀天線等。

        3 車載GPS和4G天線的開發(fā)設(shè)計(jì)

        3.1 系統(tǒng)概述

        車載GPS和4G天線主要集成了GPS和4G功能,分為外置和內(nèi)置2種形式。外置指GPS和4G模塊集成在鯊魚鰭天線里,布置在車頂,當(dāng)然鯊魚鰭天線還可以集成收音等其他功能。內(nèi)置主要指GPS和4G模塊集成在一個(gè)盒子里形成GPS和4G單元,該單元布置在儀表板內(nèi)。本文主要介紹一款目前正在開發(fā)的內(nèi)置GPS和4G天線。

        3.2 方案說(shuō)明

        該天線須為二合一的方案,同時(shí)滿足 GPS + 4G之需求??紤]4G數(shù)據(jù)傳輸與接收,在天線的設(shè)計(jì)上,采用兩回路設(shè)計(jì)(MIMO技術(shù)),支持TX/RX分離,可加速數(shù)據(jù)傳送與接收。

        3.3 結(jié)構(gòu)組成

        車載GPS和4G天線的組成如圖2所示。

        3.4 安裝布置要求

        由于GPS和4G 天線的布置要求比較嚴(yán)格,而儀表板內(nèi)零件比較繁雜,為了保證天線的單體性能,天線應(yīng)該盡量靠?jī)x表板的上表面,并且遠(yuǎn)離儀表(儀表會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾),副駕駛側(cè)和LCD單元后側(cè)是不錯(cuò)的位置。具體要求現(xiàn)總結(jié)如下(僅供參考)。

        1)天線主體水平放置(與地面夾角小于5°) 。

        2)天線上方和周邊無(wú)金屬物/含金屬成分的物體,主體上方120°夾角方向無(wú)金屬物質(zhì) ,如圖3所示。

        3)盡可能地遠(yuǎn)離可能的干擾源,比如鼓風(fēng)機(jī)單元、震蕩電路(開關(guān)電源,振蕩器等),至少要保證遠(yuǎn)離上述易產(chǎn)生干擾的電路單元200 mm以上。

        4)天線的信號(hào)線走線也要避免與電機(jī)的供電線、開關(guān)電路電源線捆扎在一起,盡量保持單獨(dú)走線,避免不必要的干擾。

        圖2 GPS和4G天線構(gòu)成圖

        圖3 布置要求

        3.5 設(shè)計(jì)參數(shù)

        GPS天線電氣參數(shù)要求如表1所示。

        表1 GPS天線電氣參數(shù)

        4G天線電氣參數(shù)要求如表2所示。

        表2 4G天線電氣參數(shù)

        4 總結(jié)

        本文介紹一款首次開發(fā)設(shè)計(jì)的GPS 和4G天線,為車聯(lián)網(wǎng)中的智能車載終端T-BOX系統(tǒng)提供了GPS和4G信號(hào),用以完成其GPS定位功能和4G上網(wǎng)功能。GPS 和4G天線是目前智能車載終端T-BOX系統(tǒng)的一個(gè)很好的補(bǔ)充,對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

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