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。