基于ATR4251的汽車天線研究

現(xiàn)代汽車天線的發(fā)展前景向人們提出了一些更難應對的技術要求和約束條件。其中，最重要也是最富挑戰(zhàn)性的要求是縮小天線的尺寸；其次是連接電纜長 (尤其是在SUV (Sport Utility Vehicle) 運動型休旅車型中)。其它的要求還包括多天線設計，以及面向不同天線類型 (安裝在檔風玻璃、車頂或前保險杠上的天線) 的多樣化設計問題。

天線的物理知識

傳統(tǒng)的AM/FM頻率范圍已擴展，AM廣播目前已延展到30 MHz，以使汽車無線電能夠接收DRM (世界數(shù)字廣播) 信號。而FM廣播的頻率范圍則起始于78 MHz的日本頻帶，終止于最大頻率為240 MHz 的band III，使用該頻帶可在歐洲接收DAB信號。

由于AM廣播采用垂直極化的電波來發(fā)送信號，因此汽車天線也應按垂直方向極化。在FM廣播中，發(fā)射信號大多數(shù)按水平方向極化；這與AM的接收要求似乎有沖突。

好在汽車的金屬車體能改變電磁場，因而對FM廣播也可使用AM廣播所要求的垂直天線。圖1所示為車體對電磁場的影響；可以看出車體水平面處(例如：車頂或后備箱)只存在垂直方向的電磁場分量。水平分量向垂直方向彎曲了。

此外，車窗形成的開口導致車體金屬表面不連續(xù)，使場強增大。而這種不連續(xù)的表面結構決定了汽車天線最合適的安裝位置。車頂中間通常不是安裝天線的最佳位置。

由于車體物理構造對電磁場有加強效應，采用小型偶極天線 (天線形式中的一種) 對接收AM和FM廣播是可行的。

出于設計方面的考慮，現(xiàn)在的車頂天線長度都比信號波長短很多。這樣，天線阻抗就非常小，并有較大的容抗分量。如果將這樣的天線接到電纜上，那么，即使采用的是專用的低容抗 (如20 ?C 30 pF/米) 電纜，最終的電纜容抗也會輕易達到150 pF。在這種情況下，電纜容抗就扮演了電容分壓器的角色，從而降低汽車無線電調(diào)諧器輸入端處的有效信號強度。

在這種情況下，最好加一個天線放大器，尤其是在天線和電纜間加一個針對AM信號的隔離放大器。愛特梅爾的單片集成天線放大器ATR4251在AM頻帶下有很低的輸入容抗 (2.45 pF)，其AM隔離放大器輸出端的阻抗也非常低 (5歐姆)，因而有利于驅(qū)動電纜容抗。較之于直接與電纜連接的無源天線，帶AM隔離放大器的方案可使增益提高35 dB。當然，具體提升量取決于天線和電纜阻抗。

由于距發(fā)射站的距離不同，以及多路徑干擾引起的屏蔽效應，接收環(huán)境的差異可能會很大。天線LNA (低噪聲放大器) 必須調(diào)配到能接收完整的AM或FM廣播，必須具有優(yōu)良的大信號表現(xiàn)，二階交調(diào)截取點 (IP2) 和三階交調(diào)截取點 (IP3) 非常高。

此外，對非常大的信號，必須要有自動增益控制 (AGC) 來抑制信號峰值，并在汽車無線電調(diào)諧器輸入端維持恒定的最大電平。另一方面，天線放大器還必須具有很好的小信號性能參數(shù)，尤其噪聲指數(shù)和穩(wěn)定性因子 (k)。

ATR4251的基本原理

ATR4251是單片集成的AM/FM天線匹配放大器電路。由于工作頻率以及頻帶要求不同，對AM和FM頻帶可以分別使用兩個獨立的放大器。這樣，可以分別使用獨立的天線，但是兩個放大器也可以連接到單個天線上 (如車頂天線)。