勤务车辆天线系统探研

许国忠 李兴利 刘东升



勤务车辆天线系统探研

许国忠 李兴利 刘东升

随着勤务车装备的增加，这些装备天线信号之间的相互干扰成了一个难题。该文基于分析这些装备的天线要求，结合车辆的特殊环境，提出三种勤务车辆天线设计方案，并比较这三种方案的优缺点，最终得出适合勤务车使用天线的方案。

车载 勤务信息系统 中央控制器

随着社会和经济的不断发展，对执法等勤务车辆的功能要求也越来越高，一些勤务车配备了警灯警报控制、多媒体设备、录像设备、3G远程传输、图文屏、警用电台、搜索灯、GPS导航、频闪灯、收音机、指纹识别比对、证件识别、移动勤务办公系统等功能，这些功能大多应用了无线系统，各无线系统都需要天线支撑，如：CDMA、GPRS、3G等通讯天线，有源GPS天线，350M/800M电台天线，蓝牙天线，证照读卡天线等。这些天线如何放置，才能使系统尽可能避免信号间互相干扰，又能节省空间和成本，美观大方，安装检修方便等成为设计者关注的问题之一。本文介绍三种勤务车辆天线的设计方案、设计方法，以供参考。

1 天线的基本要求

馈线插座：SMA公头（仅对需要外接的天线）；馈线长度：3m（仅对需要外接的天线）；使用温度：－45℃～＋85℃；存储温度：－45℃～＋100℃；防水特性：天线端防水浸（水深1 m）（仅对需要外接的天线）；防静电：需要外置的天线完全密封，手无法摸到；安装特点：需要外置的天线集成在一起，磁吸座安装、螺母螺栓固定；生产安装方便；车安装方便，天线集中放置，少拉线；天线之间避免互相干扰。

1.1 通讯天线要求

频率范围：CDMA:824~894MHz；GPRS:890~960MHz/ 1710~1880MHz；3G；输入阻抗：50Ω，驻波比：≤2.0，增益：≥1.8dBi，极化方向：垂直，辐射方向：全向，最大功率：≥5W。

1.2 有源GPS天线要求

工作频率：GPS L1(1575.42MHz±2MHz)；输入阻抗：50Ω；驻波比：1.5(典型值)＠1575.42MHz；带宽：45MHz＠3dB(典型)；极化特性：右旋圆极化；水平方向性：360度；仰角方向性：0～90度；天线接收方向性：≥3dB＠±0°(天顶方向)；≥0dB＠±30°；≥-10dB＠±90°(与天顶垂直方向) ；增益：26dB；噪声值：1.5dB(典型)；使用电压：3.3±0.5VDC。

1.3 350M/800M电台天线要求

频率范围：DM2:350～390MHz/TETRA:806～821MHz/ 851～866MHz；输入阻抗：50Ω；驻波比：≤2.0；增益：≥2dBi；极化方向：垂直；辐射方向：全向；最大功率：≥50W。

1.4 蓝牙天线要求

频率范围：2300MHz～2600MHz；输入阻抗：50Ω；驻波比：≤2.0；增益：≥1dBi；极化方向：垂直；辐射方向：全向；最大功率：≥5W。

1.5 证照读卡天线要求

频率：13.56MHz；感应距离：≥5cm（一般可以做到≥10cm，因无线话咪空间限制，无法实现）。

2 设计方案

2.1 设计方案一

所有天线都内置于警灯警报器，该方案的优点：①空间充足，避免天线间互相干扰。②采用通用天线，无须定制，降低成本。③天线线缆和警灯警报线缆一起布线，安装更方便，和一体天线比，安装时车顶少打一个过孔。

但也存在着很大缺点：①各个天线与警灯警报间的固定难度较高，需要针对不同的警灯警报设计相应的固定化方式，且不能采用金属固定，否则会影响天线的性能。②由于是内置在警灯警报内部，对各个天线进行单独拆装、维护较为麻烦。

2.2 设计方案二

部分天线集成到显示屏中，与天线引到车顶鲨鱼鳍天线壳比，天线集成在显示屏的好处有：①避免馈线（一般在3m左右）、连接头对信号的衰减；②避免受电台天线干扰；③降低成本。

该方案缺点：每款显示屏都需要重新设计天线。具体实现方式如下：

证照读卡天线：证照读卡射频电路内置到无线话咪，通过PCB布线，绕在无线话咪键盘板的外圈，键盘板不能铺地，并且要尽量远离主控板，减少涡流电流造成的RF信号衰减。

蓝牙2.4G天线：放在显示屏内。为了节省空间，采用高介电常数的陶瓷贴片天线，贴片天线要尽量靠近屏面，远离固定铁板。

通讯网络（GPRS、CDMA、3G）天线：集成在显示屏内，采用金属薄片式PIFA天线，天线面和显示屏面垂直，使天线死角朝着显示屏固定的铁板，天线通过外壳卡扣固定，安装极其方便，不同的通讯模块配不同的天线；天线要尽量靠近屏面，远离固定铁板。

收音机天线：收音机天线不另外配天线，采用车身现有的收音机天线。前置放大器采用本车已有的前置放大器，对没有装前置放大器的车型，加装前置放大器，提高收音效果。

电台天线：集成在车顶鲨鱼鳍天线壳内，由于电台天线发射功率很大，极化方向要垂直于水平面，减少对水平右旋极化的GPS天线干扰。350M和800M天线采用不同的天线体。

GPS天线：集成在车顶鲨鱼鳍天线壳内。由于电台天线功率太大，虽然频率不同，但是可能干扰。本设计采用以下方式减少干扰：①GPS天线采用滤波—放大—再滤波—再放大的方式，减少带外噪声影响。②电台天线极化方向垂直于水平面，减少对水平右旋极化的GPS天线干扰。

内置天线设计方法：内置天线设计非常复杂，天线周围所有器件、电路板、外壳都是天线的一部分，因此不方便采用委外设计，需要结合本产品结构自己设计。内置天线设计步骤是：先用软件（如HFSS软件）仿真，仿真的准确度一般在80%以上，然后制样，用网络分析仪匹配，然后整机测试，修改—制样，一直到合格为止。

外置天线由于附近影响物少，可以订制。

2.3 设计方案三

所有天线集成到一起，安装在鱼鳍天线盒内，设计三视图如下图。

俯视图

前视图

侧视图

出线图

该方案的优点：①集成了蓝牙、通讯、FM、GPS、电台天线，集成度高，安装、维护方便。②外形美观大方，与整个车体融为一体。

该方案的缺点：①天线需要专门定制，设计难度高，成本高；②每种天线性能都会降低（可以从S11参数分析出）。③天线绑定在一起，由于电容和电感耦合，无法避免天线之间的干扰，特别是大功率电台天线的干扰。

3 总结

根据前文讨论的三种方案的优缺点，综合考虑天线的性能，设计难度、开发成本、周期，安装维护的便利性，产品的美观性等各个方面，最终选定第三种方案。并进行了试车测试，结果如下表所示。

频率增益驻波比功能 通讯853MHz1.9bBi1.5可用 GPS1575.89MHz26bBi1.5可用 电台367MHz6bBi1.7可用 蓝牙2320MHz4bBi1.9可用

实车测试结果表明，鱼鳍天线的各项性能均能符合勤务车辆的实际使用要求，且安装、检修都较为方便，与勤务车配合兼具功能性与时尚性。

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