专业知识系列-RF汽车天线产品简介.pptx

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专业知识专业知识系列系列培训培训汽车RF相关产品简介目录目录1.汽车天线2.TPMS&PKE1.1.汽车天线汽车天线1.1按结构分类按结构分类车载天线结构上有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长等形式的天线，理论上它们的效率依次增加，同样工作频段的天线的长度也依次增加。

警用车辆安装八分之五波长高增天线，350MHZ高增益天线多分为八分之五波长加感的形式，在距天线顶部二分之一波长距离处有一个加感线圈。

吸盘天线是根据汽车使用环境而设计一种外形可变的天线，鲨鱼鳍天线是最具代表性的。

缩短型无源FM天线（5-12dB）鲨鱼鳍有源TVFM天线（7-15dB）压缩有源天线1.2按频率按频率分类分类TV天线天线1.电源电压DC10.516.5V2.工作电流60100MA3.工作频率480860MHZ4.增益153dB5.噪声系数7dB6.输出阻抗757.输出驻波38.环境温度-20+709.贮藏温度-40+90收音机天线收音机天线1.电源电压DC10.5V16.5V2.电源电流80MA3.工作频率AM/FM4.放大器增益（集成LNA）AM103dBFM123dB5.输出阻抗506.天线夹角657.环境温度-20+858.贮藏温度-40+90GPS天线1.电源电压DC5V2.电源电流80MA3.工作频率1575MHZ4.天线增益-3dB5.LNA增益28dB5.输出阻抗506.极化方式-右旋极化7.环境温度-20+858.贮藏温度-40+90GPS天线天线GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端。

而接受信号就必须用到天线。

GPS卫星信号分为L1和L2，频率分别为1575.42MHZ和1228MHZ，其中L1为开放的民用信号，信号为圆形极化。

信号强度为-166dBm左右，属于弱信号。

从极化方式上GPS天线分为垂直极化和圆形极化。

以现在的技术，垂直极化的效果比不上圆形极化。

因此除了特殊情况，GPS天线都会采用圆形极化。

从放置方式上GPS天线分为内置天线和外置天线。

天线的装配位置也是十分重要。

GPS的应用会越来越普遍。

而汽车的外壳，特别是汽车防爆膜会GPS信号产生严重的阻碍。

一个带磁铁（能吸附到车顶）的外接天线对于车载GPS来说是非常有必要的。

GPS天线的构造天线的构造目前绝大部分GPS天线为右旋极化陶瓷介质，其组成部分为：

陶瓷天线、低噪音信号模块、线缆、接头。

其中陶瓷天线也叫无源天线、介质天线、PATCH，它是GPS天线的核心技术所在。

一个GPS天线的信号接受能力，大部分取决与其陶瓷部分的成分配料如何。

低噪声信号模块也称为LNA，是将信号进行放大和滤波的部分。

其元器件选择也很重要，否则会加大GPS信号的反射损耗，以及造成噪音过大.市场上主要以irf的芯片为主。

同轴线缆的选择也要以降低反射为标准，保证阻抗的匹配。

一般特性阻抗是欧，直流阻抗几近为零。

GPS天线的性能天线的性能影响GPS天线性能的主要是以下几个方面1、陶瓷片：

陶瓷粉末的好坏以及烧结工艺直接影响它的性能。

现市面使用的陶瓷片主要是、2525、1818、1515、1212。

陶瓷片面积越大，介电常数越大，其共振频率越高，接受效果越好。

陶瓷片大多是正方形设计，是为了保证在XY方向上共振基本一致，从而达到均匀收星的效果。

2、银层：

陶瓷天线表面银层可以影响天线共振频率。

理想的GPS陶瓷片频点准确落在1575.42MHz，但天线频点非常容易受到周边环境影响，特别是装配在整机内，必须通过调整银面涂层外形，来调节频点重新保持在1575.42MHz。

因此GPS整机厂家在采购天线时一定要配合天线厂家，提供整机样品进行测试。

3、馈点：

陶瓷天线通过馈点收集共振信号并发送至后端。

由于天线阻抗匹配的原因，馈点一般不是在天线的正中央，而是在XY方向上做微小调整。

这样的阻抗匹配方法简单而且没有增加成本。

仅在单轴方向上移动称为单偏天线，在两轴均做移动称为双偏。

4、放大电路：

承载陶瓷天线的PCB形状及面积。

由于GPS有触地反弹的特性，当背景是7cm7cm无间断大地时，patch天线的效能可以发挥到极致。

虽然受外观结构等因素制约，但尽量保持相当的面积且形状均匀。

放大电路增益的选择必须配合后端LNA增益。

Sirf的GSC3F要求信号输入前总增益不得超过29dB，否则信号过饱和会产生自激。

GPS天线有四个重要参数：

增益（Gain）、驻波（VSWR）、噪声系数（Noisefigure）、轴比（Axialratio）。

其中特别强调轴比，它是衡量整机对不同方向的信号增益差异性的重要指标。

由于卫星是随机分布在半球天空上，所以保证天线在各个方向均有相近的敏感度是非常重要的。

轴比受到天线性能、外观结构、整机内部电路及EMI等影响。

1.3.1电波电波产生的原因产生的原因导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。

如图1.1a所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1b所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。

必须指出，当导线的长度L远小于波长时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射1.3天线原理天线原理1.3.2对称振子对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,见图1.2a。

另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子,见图1.2b。

1.3.3天线方向性天线方向性接收天线的基本功能之一是把从空间取得的能量向馈线吸收，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向吸收。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图（图1.3.1a）。

立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1b与图1.3.1c给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。

从图1.3.1b可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。

1.3.4天线天线增益增益增益是指：

在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。

它定量地描述一个天线把输入功率集中接收的程度。

增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

换言之，某天线的增益，就其最大接收方向上的接收效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。

半波对称振子的增益为G=2.15dBi;4个半波对称阵子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi（dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源）。

1.3.5波瓣波瓣宽度宽度方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。

参见图1.3.4a,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。

波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角，见图1.3.4b.1.3.6天线的极化天线向周围空间接收电磁波。

电磁波由电场和磁场构成。

人们规定：

电场的方向就是天线极化方向。

一般使用的天线为单极化的。

下图示出了两种基本的单极化的情况：

垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。

1.3.7天线阵天线阵A.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵单个半波振子垂直面方向图增益为G=2.15dB两个半波振子垂直面方向图增益为G=5.15dB四个半波振子垂直面方向图增益为G=8.15dBB.在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）1.4.1传输线的几个基本概念传输线的几个基本概念连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。

传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。

当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。

1.4射频传输线射频传输线1.4.2传输线传输线的种类的种类超短波段的传输线一般有两种：

平行双线传输线和同轴电缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。

平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。

同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。

使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。

第一类是双导体传输线第一类是双导体传输线第二类是金属波导管第二类是金属波导管第三类是介质传输线第三类是介质传输线1.4.3传输线传输线的特性阻抗的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用0表示。

同轴电缆的特性阻抗的计算公式为。

60/rLog（D/d）欧式中，D为同轴电缆外导体铜网内径；d为同轴电缆芯线外径；r为导体间绝缘介质的相对介电常数。

通常0=50欧，也有0=75欧的。

由上式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数r有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。

1.4.4馈线馈线的衰减系数的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。

这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。

因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。

设输入到馈线的功率为1，从长度为L（m）的馈线输出的功率为2，传输损耗TL可表示为：

TL10Lg（1/2）（dB）衰减系数为TL/L（dB/m）例如，NOKIA7/8英寸低耗电缆，900MHz时衰减系数为4.1dB/100m，也可写成3dB/73m，也就是说，频率为900MHz的信号功率，每经过73m长的这种电缆时，功率要少一半。

1.4.5匹配概念匹配概念什么叫匹配？

简单地说，馈线终端所接负载阻抗L等于馈线特性阻抗0时，称为馈线终端是匹配连接的。

匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。

如下图所示，当天线阻抗为50欧时，与50欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80欧时，与50欧的电缆是不匹配的。

如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。

反之，则较窄。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。

为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。

1.4.6反射反射损耗损耗前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。

这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。

而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75ohms一个为50ohms，阻抗不匹配，其结果是1.4.7电压驻波比电压驻波比在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。