許國(guó)忠 李興利 劉東升

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勤務(wù)車輛天線系統(tǒng)探研

許國(guó)忠 李興利 劉東升

隨著勤務(wù)車裝備的增加，這些裝備天線信號(hào)之間的相互干擾成了一個(gè)難題。該文基于分析這些裝備的天線要求，結(jié)合車輛的特殊環(huán)境，提出三種勤務(wù)車輛天線設(shè)計(jì)方案，并比較這三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終得出適合勤務(wù)車使用天線的方案。

車載 勤務(wù)信息系統(tǒng) 中央控制器

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)執(zhí)法等勤務(wù)車輛的功能要求也越來(lái)越高，一些勤務(wù)車配備了警燈警報(bào)控制、多媒體設(shè)備、錄像設(shè)備、3G遠(yuǎn)程傳輸、圖文屏、警用電臺(tái)、搜索燈、GPS導(dǎo)航、頻閃燈、收音機(jī)、指紋識(shí)別比對(duì)、證件識(shí)別、移動(dòng)勤務(wù)辦公系統(tǒng)等功能，這些功能大多應(yīng)用了無(wú)線系統(tǒng)，各無(wú)線系統(tǒng)都需要天線支撐，如：CDMA、GPRS、3G等通訊天線，有源GPS天線，350M/800M電臺(tái)天線，藍(lán)牙天線，證照讀卡天線等。這些天線如何放置，才能使系統(tǒng)盡可能避免信號(hào)間互相干擾，又能節(jié)省空間和成本，美觀大方，安裝檢修方便等成為設(shè)計(jì)者關(guān)注的問(wèn)題之一。本文介紹三種勤務(wù)車輛天線的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法，以供參考。

1 天線的基本要求

饋線插座：SMA公頭（僅對(duì)需要外接的天線）；饋線長(zhǎng)度：3m（僅對(duì)需要外接的天線）；使用溫度：－45℃～＋85℃；存儲(chǔ)溫度：－45℃～＋100℃；防水特性：天線端防水浸（水深1 m）（僅對(duì)需要外接的天線）；防靜電：需要外置的天線完全密封，手無(wú)法摸到；安裝特點(diǎn)：需要外置的天線集成在一起，磁吸座安裝、螺母螺栓固定；生產(chǎn)安裝方便；車安裝方便，天線集中放置，少拉線；天線之間避免互相干擾。

1.1 通訊天線要求

頻率范圍：CDMA:824~894MHz；GPRS:890~960MHz/ 1710~1880MHz；3G；輸入阻抗：50Ω，駐波比：≤2.0，增益：≥1.8dBi，極化方向：垂直，輻射方向：全向，最大功率：≥5W。

1.2 有源GPS天線要求

工作頻率：GPS L1(1575.42MHz±2MHz)；輸入阻抗：50Ω；駐波比：1.5(典型值)＠1575.42MHz；帶寬：45MHz＠3dB(典型)；極化特性：右旋圓極化；水平方向性：360度；仰角方向性：0～90度；天線接收方向性：≥3dB＠±0°(天頂方向)；≥0dB＠±30°；≥-10dB＠±90°(與天頂垂直方向) ；增益：26dB；噪聲值：1.5dB(典型)；使用電壓：3.3±0.5VDC。

1.3 350M/800M電臺(tái)天線要求

頻率范圍：DM2:350～390MHz/TETRA:806～821MHz/ 851～866MHz；輸入阻抗：50Ω；駐波比：≤2.0；增益：≥2dBi；極化方向：垂直；輻射方向：全向；最大功率：≥50W。

1.4 藍(lán)牙天線要求

頻率范圍：2300MHz～2600MHz；輸入阻抗：50Ω；駐波比：≤2.0；增益：≥1dBi；極化方向：垂直；輻射方向：全向；最大功率：≥5W。

1.5 證照讀卡天線要求

頻率：13.56MHz；感應(yīng)距離：≥5cm（一般可以做到≥10cm，因無(wú)線話咪空間限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)）。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)方案一

所有天線都內(nèi)置于警燈警報(bào)器，該方案的優(yōu)點(diǎn)：①空間充足，避免天線間互相干擾。②采用通用天線，無(wú)須定制，降低成本。③天線線纜和警燈警報(bào)線纜一起布線，安裝更方便，和一體天線比，安裝時(shí)車頂少打一個(gè)過(guò)孔。

但也存在著很大缺點(diǎn)：①各個(gè)天線與警燈警報(bào)間的固定難度較高，需要針對(duì)不同的警燈警報(bào)設(shè)計(jì)相應(yīng)的固定化方式，且不能采用金屬固定，否則會(huì)影響天線的性能。②由于是內(nèi)置在警燈警報(bào)內(nèi)部，對(duì)各個(gè)天線進(jìn)行單獨(dú)拆裝、維護(hù)較為麻煩。

2.2 設(shè)計(jì)方案二

部分天線集成到顯示屏中，與天線引到車頂鯊魚(yú)鰭天線殼比，天線集成在顯示屏的好處有：①避免饋線（一般在3m左右）、連接頭對(duì)信號(hào)的衰減；②避免受電臺(tái)天線干擾；③降低成本。

該方案缺點(diǎn)：每款顯示屏都需要重新設(shè)計(jì)天線。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

證照讀卡天線：證照讀卡射頻電路內(nèi)置到無(wú)線話咪，通過(guò)PCB布線，繞在無(wú)線話咪鍵盤(pán)板的外圈，鍵盤(pán)板不能鋪地，并且要盡量遠(yuǎn)離主控板，減少渦流電流造成的RF信號(hào)衰減。

藍(lán)牙2.4G天線：放在顯示屏內(nèi)。為了節(jié)省空間，采用高介電常數(shù)的陶瓷貼片天線，貼片天線要盡量靠近屏面，遠(yuǎn)離固定鐵板。

通訊網(wǎng)絡(luò)（GPRS、CDMA、3G）天線：集成在顯示屏內(nèi)，采用金屬薄片式PIFA天線，天線面和顯示屏面垂直，使天線死角朝著顯示屏固定的鐵板，天線通過(guò)外殼卡扣固定，安裝極其方便，不同的通訊模塊配不同的天線；天線要盡量靠近屏面，遠(yuǎn)離固定鐵板。

收音機(jī)天線：收音機(jī)天線不另外配天線，采用車身現(xiàn)有的收音機(jī)天線。前置放大器采用本車已有的前置放大器，對(duì)沒(méi)有裝前置放大器的車型，加裝前置放大器，提高收音效果。

電臺(tái)天線：集成在車頂鯊魚(yú)鰭天線殼內(nèi)，由于電臺(tái)天線發(fā)射功率很大，極化方向要垂直于水平面，減少對(duì)水平右旋極化的GPS天線干擾。350M和800M天線采用不同的天線體。

GPS天線：集成在車頂鯊魚(yú)鰭天線殼內(nèi)。由于電臺(tái)天線功率太大，雖然頻率不同，但是可能干擾。本設(shè)計(jì)采用以下方式減少干擾：①GPS天線采用濾波—放大—再濾波—再放大的方式，減少帶外噪聲影響。②電臺(tái)天線極化方向垂直于水平面，減少對(duì)水平右旋極化的GPS天線干擾。

內(nèi)置天線設(shè)計(jì)方法：內(nèi)置天線設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，天線周圍所有器件、電路板、外殼都是天線的一部分，因此不方便采用委外設(shè)計(jì)，需要結(jié)合本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自己設(shè)計(jì)。內(nèi)置天線設(shè)計(jì)步驟是：先用軟件（如HFSS軟件）仿真，仿真的準(zhǔn)確度一般在80%以上，然后制樣，用網(wǎng)絡(luò)分析儀匹配，然后整機(jī)測(cè)試，修改—制樣，一直到合格為止。

外置天線由于附近影響物少，可以訂制。

2.3 設(shè)計(jì)方案三

所有天線集成到一起，安裝在魚(yú)鰭天線盒內(nèi)，設(shè)計(jì)三視圖如下圖。

俯視圖

前視圖

側(cè)視圖

出線圖

該方案的優(yōu)點(diǎn)：①集成了藍(lán)牙、通訊、FM、GPS、電臺(tái)天線，集成度高，安裝、維護(hù)方便。②外形美觀大方，與整個(gè)車體融為一體。

該方案的缺點(diǎn)：①天線需要專門(mén)定制，設(shè)計(jì)難度高，成本高；②每種天線性能都會(huì)降低（可以從S11參數(shù)分析出）。③天線綁定在一起，由于電容和電感耦合，無(wú)法避免天線之間的干擾，特別是大功率電臺(tái)天線的干擾。

3 總結(jié)

根據(jù)前文討論的三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮天線的性能，設(shè)計(jì)難度、開(kāi)發(fā)成本、周期，安裝維護(hù)的便利性，產(chǎn)品的美觀性等各個(gè)方面，最終選定第三種方案。并進(jìn)行了試車測(cè)試，結(jié)果如下表所示。

頻率增益駐波比功能 通訊853MHz1.9bBi1.5可用 GPS1575.89MHz26bBi1.5可用 電臺(tái)367MHz6bBi1.7可用 藍(lán)牙2320MHz4bBi1.9可用

實(shí)車測(cè)試結(jié)果表明，魚(yú)鰭天線的各項(xiàng)性能均能符合勤務(wù)車輛的實(shí)際使用要求，且安裝、檢修都較為方便，與勤務(wù)車配合兼具功能性與時(shí)尚性。

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