一种车载天线的设计方法、车载天线及车辆与流程

1.本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种车载天线的设计方法、车载天线及车辆。


背景技术：

2.目前的车载天线多是天线与车身为分离设计，即先完成天线的设计，然后再将天线置于车身上，但车身包括较多的金属区域，导致天线在车身上安装后，其辐射特性容易受到金属区域的影响，导致车载天线的设计难度较大，且车载天线的性能不高。


技术实现要素：

3.本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本公开的目的在于提供一种车载天线的设计方法、车载天线及车辆。
5.为达到上述目的，本公开第一方面提供一种车载天线的设计方法，包括：获取所述车载天线的工作频率；获取车身的多个金属区域在所述工作频率下的电流分布；根据所述电流分布选择具有电流峰点的所述金属区域作为辐射区域；选择至少一个所述辐射区域作为所述车载天线的辐射体；在所述辐射体靠近所述电流峰点处设置所述车载天线的馈电点，以使所述馈电点接入馈电信号时，所述辐射体辐射所述工作频率的电磁波。
6.可选的，所述获取多个金属区域在所述工作频率下的电流分布包括：依据特征模理论计算多个所述金属区域在所述工作频率下的电流分布。
7.可选的，所述依据特征模理论计算多个所述金属区域在所述工作频率下的电流分布包括：在仿真软件中建立多个所述金属区域的仿真模型；在所述仿真软件中输入所述车载天线的工作频率，以使所述仿真软件依据特征模理论计算出多个所述金属区域上的电流分布并将所述电流分布显示在多个所述金属区域的仿真模型上。
8.可选的，所述选择至少一个所述辐射区域作为所述车载天线的辐射体包括：依据所述特征模理论计算多个所述辐射区域在所述工作频率下的模式权重系数；将模式权重系数最高的所述辐射区域作为所述车载天线的辐射体。
9.可选的，所述在所述辐射体靠近所述电流峰点处设置所述车载天线的馈电点包括：根据所述电流分布获取所述辐射体上所述电流峰点的电流值；将所述电流峰点的电流值与系数相乘，获得所述馈电点的电流值，其中，所述系数小于1；根据所述电流分布和所述馈电点的电流值获得所述馈电点在所述辐射体上的位置。
10.可选的，所述系数是0.4-0.6。
11.本公开第二方面提供一种车载天线，包括：车身，所述车身包括：多个金属区域，其中，根据多个所述金属区域在所述车载天线的工作频率下的电流分布，使具有电流峰点的所述金属区域作为辐射区域，且至少一个所述辐射区域作为所述车载天线的辐射体；馈电点，所述馈电点设置在所述辐射体靠近所述电流峰点处，所述馈电点接入馈电信号时，所述辐射体辐射所述工作频率的电磁波。
12.可选的，所述辐射体包括：第一边框；第二边框，所述第二边框的一端与所述第一
边框的一端相连；第三边框，所述第三边框的一端与所述第二边框的另一端相连；第四边框，所述第四边框的一端与所述第三边框的另一端相连，所述第四边框的另一端与所述第一边框的另一端相连；其中，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框之间形成窗口。
13.可选的，所述第一边框与所述第四边框相连处具有所述电流峰点；所述馈电点设置在所述第一边框靠近所述第二边框的一端；或所述馈电点设置在所述第四边框靠近所述第三边框的一端。
14.可选的，所述第二边框与所述第三边框相连处具有所述电流峰点；所述馈电点设置在所述第二边框靠近所述第一边框的一端；或所述馈电点设置在所述第三边框靠近所述第四边框的一端。
15.本公开第三方面提供一种车辆，包括：如本公开第二方面提供的所述车载天线。
16.本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：
17.在不同的工作频率下，车身上具有不同的电流分布，根据电流分布情况选择与工作频率对应的金属区域作为辐射体，从而在馈电点向辐射体发送相应的馈电信号时，实现相应工作频率的电磁波辐射，由此使车载天线的位置选择具有更为可靠的理论支撑，在保证车载天线高性能的同时有效降低了车载天线的设计难度。
18.其中，利用车身的金属区域进行电磁波的辐射，在保证车载天线性能的同时无需设置额外的车载天线结构，实现车载天线的无实体化设计，有效降低了设计难度及设计成本；利用车身金属区域面积较大的特点，不仅有利于提高车载天线的辐射效率和增益，保证车载天线的高性能，而且使车载天线具有较宽的频率范围；车载天线的辐射特性能够随车身结构的变化而变化，因此基于车身的特点能够设计出满足多种不同带宽和频段的车载天线，使车辆能够适应较多数量和类型的车载天线，通用性强且有效降低车载天线的设计难度；车载天线以车身的金属区域作为辐射体，不会影响车身的外形和布局，易于车身的工业设计；车身的金属区域作为辐射体可以远离车辆的电子电器零部件，降低车载天线和车辆的电磁兼容性风险。
19.本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
20.本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是本公开一实施例提出的车载天线的设计方法的流程示意图；
22.图2是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
23.图3是本公开一实施例提出的车载天线中的曲线图；
24.图4是本公开一实施例提出的车载天线中的电流仿真图；
25.图5是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
26.图6是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
27.图7是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
28.图8是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
29.图9是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
30.图10是本公开一实施例提出的车载天线的结构示意图；
31.如图所示：1、车身，2、金属区域，3、馈电点，4、电流峰点，5、第一边框，6、第二边框，7、第三边框，8、第四边框。
具体实施方式
32.下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
33.在相关实施例中，一种车载天线是金属丝弯折形式的天线，该车载天线应用于低频，该车载天线可以设置在车窗玻璃等位置，另一种是鲨鱼鳍形式的车载天线，该车载天线应用于移动通信、定位等较高频段。
34.一方面，这两种车载天线均是天线与车身为分离设计，即先完成天线的设计，然后再将天线置于车身上，但车身包括较多的金属区域，导致天线在车身上安装后，其辐射特性容易受到金属区域的影响，需要对车载天线的辐射特性重新评估，导致车载天线的设计难度较大，且车载天线的性能不高。
35.另一方面，为保证车载天线的辐射性能，这两种车载天线均需要设置在车身上相对空旷的区域，例如：车顶、扰流板、后挡玻璃等，但这些位置的选择均是基于经验性的，并没有具体的理论支撑，随着车载天线类型的增多，基于经验性的位置将无法满足车载天线的布局要求，导致车载天线的性能不高。
36.如图1和图2所示，本公开实施例提出一种车载天线的设计方法，包括：
37.s100：获取车载天线的工作频率；
38.s200：获取车身1的多个金属区域2在工作频率下的电流分布；
39.s300：根据电流分布选择具有电流峰点4的金属区域2作为辐射区域；
40.s400：选择至少一个辐射区域作为车载天线的辐射体；
41.s500：在辐射体靠近电流峰点4处设置车载天线的馈电点3，以使馈电点3接入馈电信号时，辐射体辐射工作频率的电磁波。
42.可以理解的是，在不同的工作频率下，车身1上具有不同的电流分布，根据电流分布情况选择与工作频率对应的金属区域2作为辐射体，从而在馈电点3向辐射体发送相应的馈电信号时，实现相应工作频率的电磁波辐射，由此使车载天线的位置选择具有更为可靠的理论支撑，在保证车载天线高性能的同时有效降低了车载天线的设计难度。
43.其中，利用车身1的金属区域2进行电磁波的辐射，在保证车载天线性能的同时无需设置额外的车载天线结构，实现车载天线的无实体化设计，有效降低了设计难度及设计成本。
44.利用车身1金属区域2面积较大的特点，不仅有利于提高车载天线的辐射效率和增益，保证车载天线的高性能，而且使车载天线具有较宽的频率范围。
45.车载天线的辐射特性能够随车身1结构的变化而变化，因此基于车身1的特点能够
设计出满足多种不同带宽和频段的车载天线，使车辆能够适应较多数量和类型的车载天线，通用性强且有效降低车载天线的设计难度。
46.车载天线以车身1的金属区域2作为辐射体，不会影响车身1的外形和布局，易于车身1的工业设计。
47.车身1的金属区域2作为辐射体可以远离车辆的电子电器零部件，降低车载天线和车辆的电磁兼容性(electromagnetic-magnetic-compatibility，emc)风险。
48.需要说明的是，由于车身1的多个金属区域2尺寸各不相同，且尺寸跨度较大，因此，可根据不同尺寸的金属区域2以及金属区域2上的电流分布情况，在车身1上设置不同工作频率的车载天线，例如：广播频率、毫米波频率等。
49.在特定的工作频率下，金属区域2具有相应的电流分布，电流沿金属区域2的结构呈线性变化，电流最大点即是电流峰点4，电流最小点即是电流谷点，如图2所示，颜色较深区域则为电流峰点4所在区域。
50.选择辐射体时，可以选择一个辐射区域作为车载天线的辐射体，也可以选择多个辐射区域作为车载天线的辐射体。
51.不同的金属区域2对应的不同的工作频率，在不同工作频率下，需要与工作频率对应的馈源发送馈电信号，且馈电信号需经过与工作频率对应的匹配电路进行调谐匹配。
52.金属区域2是车身1上独立的金属体，金属区域2可以是车身1的车门、车顶等。
53.在一些实施例中，s200中，获取多个金属区域2在工作频率下的电流分布包括：
54.s201：依据特征模理论计算多个金属区域2在工作频率下的电流分布。
55.可以理解的是，特征模理论不仅保留了解析本征模式理论概念清晰的优点，还结合了数值矩量法(method-of-moment，mom)善于处理不规则结构的优点，通过特征模理论，能够针对不规则形状的金属区域2进行电流分布的精确计算，保证在多个金属区域2中能够准确选择辐射体，有效提高了车载天线的性能，降低了车载天线的设计难度。
56.需要说明的是，特征模理论：基本假设是任何物体的散射或辐射模式是模态模式的线性组合，以其形状为特征，并在终端(物体作为辐射体)或被入射场(物体作为散射体)不同程度地激发。假设目标物体上的电流分布被分解为无限数量的模态电流，每个模态电流辐射出独立于所有其他模态的特征模态模式。特征模理论是从电场积分方程出发推导计算得到的，其作为现有技术，具体推导过程在此不作赘述。
57.在一些实施例中，s201中，依据特征模理论计算多个金属区域2在工作频率下的电流分布包括：
58.s2011：在仿真软件中建立多个金属区域2的仿真模型；
59.s2012：在仿真软件中输入车载天线的工作频率，以使仿真软件依据特征模理论计算出多个金属区域2上的电流分布并将电流分布显示在多个金属区域2的仿真模型上。
60.可以理解的是，利用仿真软件计算金属区域2上的电流分布并将电流分布进行显示，不仅使电流分布的计算更为高效、准确，而且使设计人员能够直观的判断金属区域2上的电流分布情况，以更为高效、准确的在多个金属区域2中选择辐射体。由此，通过仿真软件的使用，能够有效降低车载天线的设计难度，保证车载天线的高性能。
61.需要说明的是，仿真软件的类型可根据实际需要进行选择，在此不作限制。
62.在一些实施例中，s400中，选择至少一个辐射区域作为车载天线的辐射体包括：
63.s401：依据特征模理论计算多个辐射区域在工作频率下的模式权重系数；
64.s402：将模式权重系数最高的辐射区域作为车载天线的辐射体。
65.可以理解的是，在相同的工作频率下，依据特征模理论计算电流分布时，不同金属区域2上的模式权重系数不同，且模式权重系数越高，则表示该金属区域2的辐射效率和增益越高，因此，将模式权重系数最高的辐射区域作为车载天线的辐射体，保证了车载天线在车身1上设置后具有最佳性能。
66.需要说明的是，模式权重系数表示在馈电信号的激励下，第n个模式电流jn实际对于总电流的贡献，它与金属区域2本身和馈电信号有关。
67.在辐射体的选择时，还可考虑金属区域2在车身1上的位置、馈电信号发送的难易程度等因素。
68.如图3所示，图3中的横坐标为工作频率，纵坐标为模式权重系数，五条曲线分别为：mode1、mode2、mode3、mode4和mode5，每条曲线具有相应的金属区域2，由图中可以看出，工作频率在82.22mhz时，mode1的模式权重系数是0.96，mode2的模式权重系数是0.80，mode3的模式权重系数是0.10，mode4的模式权重系数是0.03，mode5的模式权重系数是0。因此，若工作频率为82.22mhz，则应选择与mode1对应的金属区域2作为辐射体进行电磁波的辐射。
69.在一些实施例中，s500中，在辐射体靠近电流峰点4处设置车载天线的馈电点3包括：
70.s501：根据电流分布获取辐射体上电流峰点4的电流值；
71.s502：将电流峰点4的电流值与系数相乘，获得馈电点3的电流值，其中，系数小于1；
72.s503：根据电流分布和馈电点3的电流值获得馈电点3在辐射体上的位置。
73.可以理解的是，通过系数的设置，使馈电点3能够位于电流峰点4和电流谷点之间，从而保证馈电信号对辐射体的稳定激励，使辐射体高效辐射电磁波。
74.需要说明的是，根据电流分布情况，在辐射体上可能存在多个位置的电流值与馈电点3电流值相同，这些位置均可以作为馈电点3进行馈电信号的发送。
75.在一些实施例中，系数是0.4-0.6，可以理解的是，将系数设置为0.4-0.6，使馈电点3能够位于电流峰点4和电流谷点之间的中部，进一步保证馈电信号对辐射体的稳定激励，使辐射体高效辐射电磁波。
76.需要说明的是，系数的具体取值可根据实际需要进行设置，例如：0.4、0.45、0.5、0.6等。
77.如图2所示，本公开实施例还提出一种车载天线，包括车身1和馈电点3(图中未示出)，车身1包括多个金属区域2，其中，根据多个金属区域2在车载天线的工作频率下的电流分布，使具有电流峰点4的金属区域2作为辐射区域，且至少一个辐射区域作为车载天线的辐射体，馈电点3设置在辐射体靠近电流峰点4处，馈电点3接入馈电信号时，辐射体辐射工作频率的电磁波。
78.可以理解的是，在不同的工作频率下，车身1上具有不同的电流分布，根据电流分布情况选择与工作频率对应的金属区域2作为辐射体，从而在馈电点3向辐射体发送相应的馈电信号时，实现相应工作频率的电磁波辐射，由此使车载天线的位置选择具有更为可靠
的理论支撑，在保证车载天线高性能的同时有效降低了车载天线的设计难度。
79.其中，利用车身1的金属区域2进行电磁波的辐射，在保证车载天线性能的同时无需设置额外的车载天线结构，实现车载天线的无实体化设计，有效降低了设计难度及设计成本。
80.利用车身1金属区域2面积较大的特点，不仅有利于提高车载天线的辐射效率和增益，保证车载天线的高性能，而且使车载天线具有较宽的频率范围。
81.车载天线的辐射特性能够随车身1结构的变化而变化，因此基于车身1的特点能够设计出满足多种不同带宽和频段的车载天线，使车辆能够适应较多数量和类型的车载天线，通用性强且有效降低车载天线的设计难度。
82.车载天线以车身1的金属区域2作为辐射体，不会影响车身1的外形和布局，易于车身1的工业设计。
83.车身1的金属区域2作为辐射体可以远离车辆的电子电器零部件，降低车载天线和车辆的电磁兼容性风险。
84.如图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，在一些实施例中，辐射体包括第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8，第二边框6的一端与第一边框5的一端相连，第三边框7的一端与第二边框6的另一端相连，第四边框8的一端与第三边框7的另一端相连，第四边框8的另一端与第一边框5的另一端相连，其中，第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8之间形成窗口。
85.可以理解的是，第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8组合而成的辐射体，能够作为对讲机天线的辐射体或广播天线的辐射体进行电磁波辐射。
86.在对讲机的工作频率或广播的工作频率下，如图4所示，图中的箭头方向代表电流方向，箭头的尺寸越大、箭头的数量越多，则表示电流值越大，由图中可以看出，第一边框5与第四边框8相连处的电流值最大，第二边框6与第三边框7相连处的电流值也较大。
87.其中，第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8组合而成的辐射体作为对讲机天线的辐射体时，如图5所示；第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8组合而成的辐射体作为广播天线的辐射体时，如图6所示。
88.需要说明的是，第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8之间形成的窗口可以是前后挡风玻璃的窗口，也可以是车门的窗口。
89.馈电点3的位置根据电流峰点4的位置进行设置，即保证电流峰点4的电流值与系数相乘等于馈电点3的电流值。
90.在一些实施例中，第一边框5与第四边框8相连处具有电流峰点4，如图7所示，馈电点3设置在第一边框5靠近第二边框6的一端，或如图8所示，馈电点3设置在第四边框8靠近第三边框7的一端。
91.可以理解的是，在第一边框5与第四边框8相连处具有电流峰点4时，将馈电点3设置在第一边框5靠近第二边框6的一端或将馈电点3设置在第四边框8靠近第三边框7的一端，均可实现对第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8组合而成的辐射体的馈电，保证馈电信号对辐射体的稳定激励，使辐射体高效辐射电磁波。
92.在一些实施例中，第二边框6与第三边框7相连处具有电流峰点4，如图9所示，馈电点3设置在第二边框6靠近第一边框5的一端，或如图10所示，馈电点3设置在第三边框7靠近
第四边框8的一端。
93.可以理解的是，在第二边框6与第三边框7相连处具有电流峰点4时，将馈电点3设置在第二边框6靠近第一边框5的一端或将馈电点3设置在第三边框7靠近第四边框8的一端，均可实现对第一边框5、第二边框6、第三边框7和第四边框8组合而成的辐射体的馈电，保证馈电信号对辐射体的稳定激励，使辐射体高效辐射电磁波。
94.如图2所示，本公开实施例还提出一种车辆，包括：如本公开实施例的车载天线。
95.可以理解的是，在不同的工作频率下，车身1上具有不同的电流分布，根据电流分布情况选择与工作频率对应的金属区域2作为辐射体，从而在馈电点3向辐射体发送相应的馈电信号时，实现相应工作频率的电磁波辐射，由此使车载天线的位置选择具有更为可靠的理论支撑，在保证车载天线高性能的同时有效降低了车载天线的设计难度。
96.其中，利用车身1的金属区域2进行电磁波的辐射，在保证车载天线性能的同时无需设置额外的车载天线结构，实现车载天线的无实体化设计，有效降低了设计难度及设计成本。
97.利用车身1金属区域2面积较大的特点，不仅有利于提高车载天线的辐射效率和增益，保证车载天线的高性能，而且使车载天线具有较宽的频率范围。
98.车载天线的辐射特性能够随车身1结构的变化而变化，因此基于车身1的特点能够设计出满足多种不同带宽和频段的车载天线，使车辆能够适应较多数量和类型的车载天线，通用性强且有效降低车载天线的设计难度。
99.车载天线以车身1的金属区域2作为辐射体，不会影响车身1的外形和布局，易于车身1的工业设计。
100.车身1的金属区域2作为辐射体可以远离车辆的电子电器零部件，降低车载天线和车辆的电磁兼容性风险。
101.需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
102.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
103.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
104.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。