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智慧網聯汽車——又被稱為“互聯網汽車”，代表著汽車行業的未來發展方向，其設計思想是利用智慧感知和控制，讓乘車旅行更加安全，路線規劃更加合理，同時引進新一代的互聯網娛樂系統，讓旅行更加充滿樂趣。根據中國汽車工程學會（SAE-China）的研究表明，智慧網聯汽車技術（V2X）的廣泛應用可使普通道路的交通效率提高30%以上。根據美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的官方資料顯示，車輛與車輛通信技術（V2V）能預知即將發生的交通事故並對潛在危險發出即時預警，它的廣泛應用能幫助避免高達81％輕微碰撞事故。

未來車聯網將存在多種通信需求，涉及多種協議或標準，包括：車輛間通訊的DSRC(一種Wifi升級技術)或LTE-V標準、定位用的GPS協定、與互聯網通信的WiMax或WLAN標準。這些標準或協議所採用的頻段、抗幹擾方式和傳輸距離等各不相同。這就對車聯網的接收設備——尤其是車載天線——提出了非常高的要求。然而，現有的車載天線系統已經沿用多年，普遍存在頻帶單一、傳輸距離短、抗幹擾能力弱和佈局複雜等問題，將無法滿足未來智慧網聯汽車在主動安全、智慧規劃和娛樂方面的需求。因此，開發新型的車載天線已經成為汽車行業的共識。

對於工作于不同頻段的車聯網通信系統，採用多個傳統的硬質天線既不利於系統的相容也不利於車體的空間佈局。在華東交通大學劉海文教授的指導下，劉凡所在團隊結合未來車聯網通信發展需求，在國內外天線小型化技術、共形天線和多頻帶天線的研究基礎上設計了一款極具創新價值的新型車載天線——五角星形狀的柔性四頻帶天線。該天線如下圖所示：

天線實物機械柔性展示

該款天線具備以下重要特點：小型化、抗幹擾能力強、支援多頻帶，同時其形狀極為輕薄，被稱為與車輛外觀可以無縫匹配的“共形天線”。該發明具備良好的應用前景。

然而，這一創新仍然需要克服電磁相容的問題。天線安裝在車體上後，其輻射性能會受到汽車車身影響發生改變，由於天線的工作頻段不同、安裝位置不同，受車體的影響也不同。所以，劉凡團隊還必須通過模擬技術解決天線在汽車整車佈置位置的優化問題，這本身也是非常巨大的技術挑戰。

為了得到天線的最佳佈局位置，劉凡所在團隊在Altair公司技術團隊的幫助下，使用Altair公司的三維電磁場模擬軟體FEKO進行1:1車體模型與天線的聯合模擬。利用FEKO 軟體在電磁模擬分析領域尤其是在大尺寸問題模擬方面的優勢，通過建立天線與汽車的耦合模擬模型(如圖2)，並通過佈局優化分析，最終找到最佳的天線安裝位置，實現了天線的性能最優，為其滿足車聯網通信的需求打下了良好的基礎。

利用FEKO建立的天線與整車模擬模型

具體過程包括，選取了四個最常見部位進行天線佈局，分別是：(a) 後風窗處，(b) 內後視鏡，(c) 鯊魚鰭，(d) 車頂位置。在頻率2.4GHz處的輻射方向圖，如圖3所示。由於車體的複雜結構對天線產生的影響，可以觀察到天線共形後輻射方向圖變得十分不均勻，出現了很多毛刺狀的旁瓣。最後該設計通過平均增益這一指標對車載天線在車體不同位置的電磁輻射性能進行評估和比較。。

天線共形於不同位置時 2.4GHz的輻射方向圖

最終通過仔細分析，確定安裝於後風窗位置，天線的性能更加適合車聯網通信系統的應用。

（感謝華東交通大學劉凡給我們提供本期案例）

劉凡及其團隊的創新車載天線設計方案，其本身具備卓越的性能——小尺寸、支援多頻帶、抗幹擾能力強且可與車身共形等，同時又在很大程度上解決了佈局這一工程實際問題，因此獲得了工程界的一致重視。該項發明在由共青團中央、中國科協、教育部和全國學聯共同主辦的全國性的大學生課外學術實踐競賽——“挑戰杯”全國大學生系列科技學術競賽中，通過三輪激烈的角逐最終獲得江西賽區一等獎殊榮，並獲得全國總決賽的參賽資格。未來，劉凡先生及其團隊也在考慮將此款創新設計天線推向實際應用。

華東交通大學射頻通信與感測器網路江西省重點實驗室以射頻電子學與感測器網路研究為背景，致力於射頻、微波電路的基礎理論與設計技術研究。在實驗室主任劉海文教授的指導下，該團隊提出具有小型化、多頻帶、強抗幹擾能力、可共形、易於批量生產的柔性天線，旨在解決現今車載天線設計中頻帶單一，信號覆蓋範圍小，抗幹擾能力弱等問題。該天線在保障車聯網智慧調度，車載娛樂等方面具有重要意義。