车载天线系统的电磁兼容问题
车载天线系统的电磁兼容问题
(摘要：本文采用矩量法和微波网络理论相结台的方法分析了车载多天线系统的电磁兼容问题该方法先将天线系统等效为微波网络，然后采用矩量法求解该等效网络的导纳矩阵Y，利用该导纳矩阵就可求得天线问的耦台度文中也对发射功率较大的天线的近场分布进行了分析．
关键词：电磁兼容；矩量法；网络；耦台度；近场
随着电子技术、通信技术的快速发展，越来越多的电子设备被集成在一个系统中，同时，一个电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，倒如一架飞机或一艘军舰上会装载各种各样的完成不同功能的电子设备丑其天线同一系统中不同天线的近场耦合很馒，严重干扰了各收发电台的正常工作，周此怎样预估及避免这种干扰，对于通信设备的正常工作关重要另外当天线发射功率很大时，其周围的电子设备也会受到很强的干扰而无法
正常工作．因此天线近场的预估也是电磁兼容的一十重要问题．
对于天线特别是线天线的分析计算主要以矩量法(MOM)为主，文献[】，2]对矩量法做了十分详尽的论述．对于耦台度的求解文献[3 采用近似公式法，得到较好结果，但只适合于半渡振子之间的耦台；另外还从矩量法求解天线时生成的导纳矩阵中取出两天线馈电段的自导纳和互导纳来计算天线问的耦台度，而两天线间的耦合不仅与导纳矩阵有关，还受天线的馈电方式以及匹配网络的影响因此这些方；击都存在一定的局限性．本文在前人工作的基础上采用矩量法和微渡
网络
理论相结合的方法，对一复杂车体上的多个天线问的耦合度进行了_十算，并得到大功率发射天线的近场分布，为多天线系统的电磁兼容问题的分析做了十分有意义的尝试
2 理论分析及矩量法建模
对于安装在车辆、飞机等上的线天线多涉及线面连接问题．常用的处理方法是将车体或飞机体用封闭的金属导体面近似，并在导体面上采用磁场积分方程来求解电流分布，在导线上采用电场积分方程来求解，而对于线面相连接的区域比较复杂，其积分域包括直线段和导体面，需要采用电场积分方程和磁场积分方程相结台来求解’采用矩量法进行求解时，首先将线天线分成若干段，将导体面剖分为若干个面元f矩形面元或三角形面元等)；然后选用合适的基函数，井将线上电流J¨)和面上电流，(rj分别展开成这些基函数的叠加在线上本文采用的的展开函数为正弦插值基幽数
If)=A + sinknl — )十 cosk0(f—f) If一‘l≤／2
(1】
式中的f．为第i段的中心位置，△．为第i段的长度三个待定
参数．B． C 中的两个可通过线段两端的电流和电荷连续
性条件确定另外一个参数通过矩量法求解．对于面元上的电流，为简化计算采用脉冲基函数展开如下
土
= [J·，1，(rj)+ (‘)] (，) t2)
式中为第个面元的中心位置．；．(0)和 (01是面元上
处的两个相互正交的单位切向矢量， (，)为脉冲基函数，当，在第个面元上时 (，)=1，否则， (，)=0，参数JI 和J2y分别为第个面元上在t 【 )和t ( )方向上的表面电流密度，它们也通过矩量法求解在天线和导体面相连接处的电流分布比较复杂，需要进行特殊处理．文献[5～7 中都对线面连接的问题进行r分析，图1 线面相连处的结构示意罔
其中文献[5]采用圆形连接段来处理此类问韪，但它要求圆面半径O．2^的条件．当天线架设位置离导体面边缘时很近时该条件往往无法满足，文献 6，7]中介绍的矩形连接段可以克服这一困难如图l示，取线面连接点周围的四个矩形面的区域进行单独处理为保证线面相
连区域电流的连续性，ABCD面上电流须满足如下条件
v ’Js( ，Y)=^( ， )+『n ( 、y) (3)
式中， )为二维函数，v s为面散度， ( ，Y)是在ABCD区域上连续的函数，，n是绒面连接处的电流．对式(3)的求解方法有很多，本文处理方法与文献E6]相类似．图2 发射大线和接收天线系统示意罔及其等效同络将上述电『癍展开并代人电场或磁场积分方程中，并采用点选配的方法进行检验，就得到了一个矩辟方程，求解该矩阵方程就可得到线上和面上的电流展开系数，进而可得到天线上和面上的电流、周围的近场、天线输^阻抗和远场方向图等参数．对于多天线同的耦合度可通过多端口微渡网络的方法来确定以三个天线为例．如图2示，假定天线I为发射天线，天线2和天线3为接收天线，可将三天线
车载卫星天线系统
车载卫星天线系统 车载卫星天线系统是车载的单向通信或双向通信的卫星通信天线，可与单颗或多颗Ku频段卫星通信的车载天线系统。 在运动中接收卫星信号的车载天线为“动中通”；在静止状态自动寻星，接收卫星信号的车载天线为“静中通”。 美国卫星通讯公司RaySat的SpeedRay3000车载卫星天线，可置于汽车顶部，支持卫星高速上网并能随时随地接收卫星电视信号。 1．车载卫星天线 车载卫星天线解决了各种地面载体在移动中实时高频宽带大容量不间断地传递语音、数据、动态图象、传真等多媒体信息的难题，是通讯领域的一次重大突破。 车载卫星天线工作环境恶劣，天线高度、功耗、天线重量都受到限制，因此，在天线方案的选取中，采用高效率变焦距椭圆波束天线，以降低天线高度；天线反射面采用碳纤维材料成型，并采用了天线碳素或玻璃钢加罩设计，以减轻重量和降低伺服功耗。如图6所示。 2．车载卫星天线组成及功能 （1）天馈系统 由等效0.35～1．2米椭圆波束天线和宽带TE21模馈源系统组成，它的主要任务是接收和发射通信载波。 （2）跟踪接收系统 跟踪接收系统由LNA、跟踪下变频器和跟踪接收机等组成，它的主要任务是为伺服控制系统提供天线在仰角和方位角两方向偏离卫星的二路误差信号，经过环路调整后，使天线能始终跟踪卫星目标。
（3）天线伺服控制系统 载车在行进中可能遇到各种路况，包括崎岖路面造成的车体颠摇和振动冲击；隧道、桥洞、树林、山体遮挡造成电波的中断等，都是静止接收站不会遇到的工作条件。 （4）天伺系统的功能 ①载车在不同方向、不同坡度的路面行驶，天伺系统的跟踪方位范围在0～N×360°、俯仰范围在0～90°； ②载车在各种不同路况下行驶，伺服系统对路面和车速共同造成的载车颠摇与冲击的隔离度大，保证天线始终指向卫星； ③遮挡消失后伺服系统再捕信号的最大捕获时间小。载车进入信号中断区域后，伺服系统无信号跟踪卫星、通信中断；载车离开中断区，信号恢复后，立即恢复通信。伺服系统重新使天线主波束对准卫星的最大捕获时间短； ④信号中断后天线指向的记忆功能。经过短时间的电波中断后，天伺系统不需要重新捕获，即可恢复通信； ⑤天伺系统的跟踪精度，选择跟踪精度≤1/8天线波束宽度； ⑥能耐受车型、车速与路况共同造成的冲击震动环境。 3．车载卫星接收系统主要特性 （1）机动性强 可实现动态中不间断宽带多媒体通信，具有很强的灵活性和机动性。 （2）接收信号能力强 可以通过任何一颗地球同步卫星或空中平台，超越时间和空间的限制，实现点对点、点对多点的移动卫星多媒体通信，并能迅速将移动载体中多媒体数据瞬时传到世界各地或接收世界各地的多媒体信息。 （3）保密性强
车载天线系统的电磁兼容问题
车载天线系统的电磁兼容问题 (摘要：本文采用矩量法和微波网络理论相结台的方法分析了车载多天线系统的电磁兼容问题该方法先将天线系统等效为微波网络，然后采用矩量法求解该等效网络的导纳矩阵Y，利用该导纳矩阵就可求得天线问的耦台度文中也对发射功率较大的天线的近场分布进行了分析． 关键词：电磁兼容；矩量法；网络；耦台度；近场 随着电子技术、通信技术的快速发展，越来越多的电子设备被集成在一个系统中，同时，一个电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，倒如一架飞机或一艘军舰上会装载各种各样的完成不同功能的电子设备丑其天线同一系统中不同天线的近场耦合很馒，严重干扰了各收发电台的正常工作，周此怎样预估及避免这种干扰，对于通信设备的正常工作关重要另外当天线发射功率很大时，其周围的电子设备也会受到很强的干扰而无法 正常工作．因此天线近场的预估也是电磁兼容的一十重要问题． 对于天线特别是线天线的分析计算主要以矩量法(MOM)为主，文献[】，2]对矩量法做了十分详尽的论述．对于耦台度的求解文献[3 采用近似公式法，得到较好结果，但只适合于半渡振子之间的耦台；另外还从矩量法求解天线时生成的导纳矩阵中取出两天线馈电段的自导纳和互导纳来计算天线问的耦台度，而两天线间的耦合不仅与导纳矩阵有关，还受天线的馈电方式以及匹配网络的影响因此这些方；击都存在一定的局限性．本文在前人工作的基础上采用矩量法和微渡
网络 理论相结合的方法，对一复杂车体上的多个天线问的耦合度进行了_十算，并得到大功率发射天线的近场分布，为多天线系统的电磁兼容问题的分析做了十分有意义的尝试 2 理论分析及矩量法建模 对于安装在车辆、飞机等上的线天线多涉及线面连接问题．常用的处理方法是将车体或飞机体用封闭的金属导体面近似，并在导体面上采用磁场积分方程来求解电流分布，在导线上采用电场积分方程来求解，而对于线面相连接的区域比较复杂，其积分域包括直线段和导体面，需要采用电场积分方程和磁场积分方程相结台来求解’采用矩量法进行求解时，首先将线天线分成若干段，将导体面剖分为若干个面元f矩形面元或三角形面元等)；然后选用合适的基函数，井将线上电流J¨)和面上电流，(rj分别展开成这些基函数的叠加在线上本文采用的的展开函数为正弦插值基幽数 If)=A + sinknl — )十 cosk0(f—f) If一‘l≤／2 (1】 式中的f．为第i段的中心位置，△．为第i段的长度三个待定 参数．B． C 中的两个可通过线段两端的电流和电荷连续 性条件确定另外一个参数通过矩量法求解．对于面元上的电流，为简化计算采用脉冲基函数展开如下 土 = [J·，1，(rj)+ (‘)] (，) t2)
车载卫星通信设备及操作简介分解
车载卫星通信设备及操作简介 3.1 卫星通信系统开通前应该注意的事项： 3.1.1 环境勘察 1）选择停放场所 ★选择较为平坦、坚实的空地作为停车场地。确保对卫星信号收发、微波信号收发不形成遮挡。 ★车辆上方应无遮挡物，以免阻碍天线桅杆正常升起。 ★应尽量避开高大的障碍物（陡坡、高大建筑、高大树木等），确保对卫星通信、微波通信、无线网桥通信的信号收发不形成遮挡。 ★如果采用市电则车辆停放地距最近的有效市电电源应在60M以内，且能打地桩以接地或能接入其他的接地系统。 ★车辆停放地还要考虑整车噪声对居民或环境的影响。 2）选择市电电源 ★车载系统原则上应尽量考虑采用目的现场的有效市电电源。 ★在车载系统到达现场前，应与提供电源的单位或供电部门做好协商。 3）确定传输方式 ★同相关单位协商拟采用的传输方式，传输方式应遵循方便接入的原则结合停放场所条件综合考虑。若距机房较近，可采用光纤直接连接的方式；否则可采用微波或者无线网桥传输方式；特殊情况可采用卫星传输方式。 ★采用微波或者无线网桥传输方式时，要预先选定好对端微波架设的位置，以最近的机房和视距传输来综合考虑。原则上在车载系统达到目的现场 前，应架设好对端微波天线，以尽量缩短系统开通的时间。 ★采用卫星传输方式时，应根据使用的卫星经度考虑对应方位无遮挡，且 避免使车头朝向卫星方位停放，以方便卫星天线接收。 ★车载卫星系统通过自动对星需要获取的信息：（1）GPS、（2）电子罗盘、（3）AGC（信标机电压）。
3.1.2 数据准备 确定BTS的相关数据 ★根据网络规划，确定车载BTS相关数据，如频点、邻区切换等，必要时，到目的现场测试移动网络的数据，了解频率干扰情况、话务量分配、切换等情况。同时与传输室确认应急车传输的接入基站，并在基站端对通传输电路，同BSC 核对每套应急传输电路所对应小区的关系、核对小区定义的设备数量、设备类型和软件版本等信息，确保BSC的数据定义与应急车安装的硬件完全对应； ★根据现场的网络状况，确定基站天线的覆盖范围和方向。 ★根据网络规划，确定车载BTS系统接入PLMN网的BTS的相关数据。 3.1.3 带卫星的小C车规范开通流程 1、停车、拉手刹 2、打地桩、接工作地、保护地 3、放支撑脚、启动联合供电 4、挂CDMA天线、升天线桅杆、接馈线 5、对星、核对工作频率、极化、标定功率、载波上星 6、开基站、数据下载 7、开通测试、网络优化 3.2 卫星系统概述 3.2.1卫星系统业务需求简介 卫星传输作为小型应急通信车三种传输方式（微波传输、光纤传输、卫星传输）之一的传输手段解决从车载BTS到各省BSC的Abis接口的传输，实现1x 语音数据及EVDO数据业务的传输。 3.2.2卫星系统组成 根据系统设备配置和改装要求，小型应急通信车包括移动通信系统（不同厂商BTS和BSC设备）、传输系统（SDH、PDH、50M无线以太网桥、车载卫星）及天馈线系统（卫星天线、微波天线基站天线、桅杆等），其中卫星子系统主要由以下几种设备组成： 车载卫星天线、GPS天线、天线控制系统、信标接收机、MODEM、LNB、固态高功放。
汽车收音机天线的参数
天线的参数 短波通信是指波长１００－１０米（频率为３－３０ＭＨｚ）的电磁波进行的无线电通信。短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。 一、衡量天线性能因素 天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。 １．辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。 ２．极性：极性定义了天线最大辐射方向 电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。 ３．增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。 ４．阻抗和驻波比（ＶＳＷＲ）：天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比（ＶＳＷＲ）１：１时没有反射波，电压反射比为１。当ＶＳＷＲ大于１时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：ＶＳＷＲ为２：１时意味着，反射功率消耗总发射功率的１１％，信号损失０．５ｄＢ。ＶＳＷＲ为１．５：１时，损失４％功率，信号降低０．１８ｄＢ。 二、几种常用的短波天线 １．八木天线（ＹａｇｉＡｎｔｅｎｎａ）八木天线在短波通信中 通常用于大于６ＭＨｚ以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到１９ｄＢ，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上 具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。
车载天线的正确使用
车载天线的正确使用 车载天线系统包含：天线、天线安装位置、安装固定方式、馈线质量、接口、防水、接地等综合，一个良好的车载天线系统是优良车载电台的核心部分。 在业余无线电圈里流行这样一句话，要想通联信号好，有这么几个条件首先要有一个好台子，但一个好台子，不如一个有一个好天线，最后一个好天线不如有个好位置，可见好的发射位置对于无线电活动的重要性。 但是在车上安装与此不同，因为车辆大部分使用时间都是在移动中的，所以在对地理位置的要求好像是不大可能了。所以就要充分利用车辆上的空间来满足第二个条件就是给天线架设一个好的位置。 1、不使用仿造天线（因为质量没有保证），保证天线本身具有1.5以下的驻波比。并且保证阻抗，电抗匹配；除了技术指标能保证外，稳定的质量是至关重要的，一旦质量不稳定的天线出现接触不良可能导致烧机，那样就得不偿失了！所以还是建议使用名牌天线为妥，俗称“贵买便宜用”。 2、很多火腿非常舍得购买电台设备，却不舍得购买天线，这是设备购买的一大误区，天线是无线电信号的眼睛，没有明亮的眼睛就没有良好的视野，建议天线系统的投入在电台收发机价钱30-50%的投入。 3、车载天线在使用之前要用驻波表、天线分析仪检查天线的参
数，确保参数正常才可使用，市面有大部分的仿制天线都很难确保有良好的谐振点，建议自己配备一个驻波表，随时检测驻波以及功率情况。 4、天线馈线系统也至关重要，尽量使用“-5”左右馈线，大部分车机损坏就是因为馈线出现接口不良问题烧机，目前有一种“特富龙”高质量馈线，专门为移动电台设设计，是非常不错选择。 5、天线不可以放倒使用，放倒以后驻波会很大，损伤机器。 6、天线不可放在室内使用，同时也造成高驻波。还有害人体。 7、尽量不要总是拆卸天线，日久容易造成接触不良产生高驻波，影响机器寿命。 8、下雨天注意接头不能够进水，如果进水，也会驻波高。平时也注意接头的检查。有没有松旷的状况。 9、经常检查馈线出车端，有没有破损，如果有破损建议更换，因为也会造成电波泄漏，形成驻波，危害人体。如果断了100%的就不能发射了。 10、车台上中继尽量用小功率发射，也会增加车台使用寿命。也对自己的健康有益。 11、如果是车载机器，车上的整流器对电瓶的输出电压要保证在15V以下。平时可以用电表测量。需要注意的是：熄火的时候电压一般在12.5V左右，待速的电压应该在13.5V左右，提高转速3千转，只要不超过14V就说明整流器没有问题。电台也会得到很好的保护。 12、不再偏离电台发射模块，与偏离天线中心频点以外的频率发
车载多天线系统的仿真研究
第20卷第10期 系统仿真学报?V ol. 20 No. 10 2008年5月Journal of System Simulation May, 2008 车载多天线系统的仿真研究 范喜全1，匡镜明1，别晓武2 （1.北京理工大学信息科学技术学院，北京 100081；2.北京邮电大学，北京 100876） 摘要：随着移动通信的发展，现在的车载系统上配置的天线数目也越来越多，如何对这些天线的 位置合理布局，使相互间的影响最小成为一个急需解决的问题。使用FDTD数值仿真算法，全面 分析了复杂的车载短波与超短波天线系统的电磁兼容特性，包括天线之间的隔离度，装车平台和 其他天线对目标天线增益方向图的影响，为车载通信系统设计提供一种新的实用方法。 关键词：电磁兼容；FDTD；隔离度(耦合度)；远场增益方向图 中图分类号：TN915.851 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2008) 10-2637-03 Research of Vehicular Multiple Antennas System on Simulation F AN Xi-quan1, KUAN G Jing-ming1, BIE-Xiao-wu2 (1. School of Information Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China; 2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China) Abstract: With the development of the mobile communication, more and more antennas are fixed on the vehicle now. Thereby, the pivotal problem is how to ascertain the position of these antennas and reduce the influence among them. The FDTD simulation algorithm was used to calculate and analyze the EMC problems between HF and VHF in complicated vehicular multiple antennas system, including the isolation between antennas, and the gain pattern of objective antenna effected by vehicle platform and other antennas. New applied method was provided to design the communication system of the vehicle. Key words: EMC; FDTD; isolation; far-zone gain pattern 引言 现代越来越便利的通讯方式和通讯工具，使车载系统中使用的天线也相应增多,电磁环境趋于复杂。天线之间的辐射和近场耦合，系统平台对天线的反射、绕射都将会影响天线的正常工作。而且天线一般以系统表面为接地区域，这使得各种天线和通信设备之间的电磁干扰更加严重。 分析大尺寸车载系统天线的方法主要有数值仿真和试验测量。试验测量需要花费巨大的成本，而且很难在工程初期阶段解决其电磁兼容问题。数值仿真主要有时域有限差分法（FDTD，Finite-DifferentTime-Domain）[1]、矩量法（MOM，Method of Moment）[2]、射线弹跳算法(SBR，Shooting and Bouncing Rays）及多个方法相结合[3]。FDTD 适合分析电小尺寸的近场效应和辐射方向图，MOM很难分析复合的结构，SBR的近场效应的精确性很难满足要求。对于HF和VHF天线，车载系统相对波长尺寸比较小，适合使用FDTD仿真。 本文分析了耦合度的衡量和天线放在有限尺寸金属面上的辐射增益，采用FDTD方法进行仿真建模，同时对具体的车载系统进行了仿真，得出了天线之间的隔离度以及其他 收稿日期：2006-09-25 修回日期：2008-01-30 作者简介：范喜全（1973-），男，辽宁省沈阳人，博士，研究方向为通信与信息系统；匡镜明（1943-），男，教授，博导，研究方向为通信与信息系统；别晓武（1963-），男，教授，研究方向为通信与信息系统。天线和装车平台对新天线的增益方向图的影响。 1 耦合度的衡量以及有限尺寸金属面上的 天线辐射 （1）天线之间的耦合度 将车载系统上的多付天线等效为广义多端口网络，每一个天线为网络的一个端口，天线激励端为端口的参考面，则天线i和天线j之间的耦合度为： 20lg ji L s dB = 其中i为辐射天线，j为接收天线。 （2）有限尺寸金属面上的天线辐射 金属面的电尺寸和天线在金属面上的相对位置都会对天线辐射方向图产生很大影响，尤其是对E面方向图。 图1左边为30MHz正弦波激励下，3米长的单极子天线在6×32 m的金属面中心时的E面和H面方向图，中间的金属面尺寸为12×62 m，右边的天线放在了金属面的侧方。由仿真结果可以看出，当金属面的电尺寸小于一个波长时，天线的大部分能量都可以绕射到金属面下方，当电尺寸增大到两个波长后，就只有很小的一部分能量绕射到金属面下方；金属面的有限尺寸，会使天线的E面最大增益方向偏离金属面，一般尺寸越小，偏离越大；H面的增益图和理想单极子类似，但会在距离天线最近的金属边缘处有所下降。