CN110380740A - 一种车载智能天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载智能天线系统，包括：信号分离电路、信号接收转换模块、数据采样处理模块、天线调谐控制模块、天线阻抗调谐电路及天线电长度调谐电路，还包括与以上各模块相连的车载智能终端的微控制单元；基于对天线反射信号的实时检测以及预先建立的反射信号和天线调谐状态的关系表，控制天线调谐电路状态改变以补偿天线失调，从而使车载天线在任何环境和任何频率上具有最优天线性能，提升了天线性能和提高对车载多天线调谐的智能控制。

Description

一种车载智能天线系统

技术领域

本发明涉及汽车天线通信技术领域，特别涉及一种车载智能天线系统。

背景技术

随着汽车制造业的发展，越来越多的车辆中，会使用不同的车顶尤其是包含各种天窗的车顶，以使得人们可以更好的通风和采光。同时，在越来越多车辆中，还会设置成喷镀车辆玻璃板，以便降低日射对车辆的加热效果。车顶天窗的形式，车顶天窗和车门侧窗的材质以及所处状态（比如天窗水平或倾斜开启、侧窗部分或全部开启等）的不同，都会不同程度的影响电磁波信号的传输，从而影响车载天线的性能。

另外，全球车联网应用目前已进入加速发展阶段，车联网服务需求逐渐加大，越来越多的汽车安装了车载智能终端。而且，车载智能终端所支持的通信制式也越来越多，除了支持传统的2G/3G/4G、WIFI和GNSS，还可能支持BLE、RKE/TPMS和SDARS，未来还将支持5G、C-V2X和DSRC等。通信制式的增多，频率范围的扩大，势必需要更多的车载天线。

在申请号为201810469378.4的专利中公开了一种车载智能天线系统，包括:GNSS天线模块、GNSS接收机和低噪放模块，主要解决现有车载天线与车载设备间采用以太网通信，存在成本高和切换控制复杂的问题。

但目前车身结构的多样化，车载天线的数量繁多，为当前固定天线匹配/固定天线电长度的车载智能天线系统引入两个问题：一是车载天线性能会受所使用环境，如车载智能终端的安装位置、汽车车顶的形式、车身玻璃的材质和汽车天窗以及侧窗状态等的影响而随时变化；二是车载智能终端的多个天线都需要调谐。

发明内容

本发明提供一种车载智能天线系统，以解决现有车载智能终端天线性能受所使用环境影响及车载多天线调谐问题，能够提升天线性能和提高对车载多天线调谐的智能控制。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种车载智能天线系统，包括：信号分离电路、信号接收转换模块、数据采样处理模块、天线调谐控制模块、天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路，还包括与以上各模块相连的车载智能终端的微控制单元。

所述信号分离电路用以分离与通信模块相关的射频入射信号、反射信号以及传输信号；其中，传输信号根据当前信号传输方向进入天线阻抗调谐电路或通信模块，而反射信号被传送至信号接收转换模块。

所述信号接收转换模块用以接收经由信号分离电路分离提取出的反射信号，然后将反射信号进行下变频转换至中频后传送给数据采样处理模块。

所述数据采样处理模块用以采样下变频后的反射信号，通过ADC转换为数字量，进而得到反射信号的幅度或相位信息；然后基于参考频率对所得的反射信号的幅度信息和相位信息中的至少一个与预先设定的减小或最小化从天线反射的信号的准则进行对比判定。若符合准则，发出保持天线调谐状态的控制指令以使天线调谐控制模块保持当前设置；若不符合准则，则基于参考频率依据如前预先设定的减小或最小化从天线反射信号的准则对上述反射信号的幅度和相位中的至少一个进行补偿，生成经补偿的反射信号，然后将经补偿的反射信号与预先建立的反射信号和天线调谐控制指令对应关系表对比，查找与其相应的天线调谐控制指令，并将相应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制模块。

所述天线调谐控制模块用以在接收到天线调谐控制指令后，将其与预先建立的天线调谐控制指令和天线调谐状态的对应关系表进行对比，查找出相应的天线调谐状态，然后根据此天线调谐状态触发相对应的天线阻抗调谐控制指令和天线电长度调谐控制指令，并传送至天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路，控制天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路中的至少一个开始工作。

所述天线阻抗调谐电路具有多个可选择阻抗，用以根据收到的上述天线阻抗调谐控制指令进行选择，从而实现发射机与天线之间阻抗匹配。

所述天线电长度调谐电路具有多个可选择长度，用以根据收到的上述天线电长度调谐控制指令，调整天线电长度为多个可选择长度中的一种，从而实现天线转换效率的提高。

所述微控制单元用以在智能车载终端开始工作后，控制信号接收转换模块、数据采样处理模块和天线调谐控制模块协同工作，从而使整个车载智能天线系统实时根据车内外的环境对车载天线进行调谐。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、现有的车载天线无法根据车内外环境的改变实时进行调谐，本发明基于对天线反射信号的实时检测以及预先建立的反射信号和天线调谐状态的关系表，控制天线调谐电路状态改变以补偿天线失调，从而使车载天线在任何环境和任何频率上具有最优天线性能；

二、现有的车载天线仍未实现对车载多天线调谐进行智能控制，本发明基于一个独立外围电路的设计，控制天线调谐电路对各天线进行调谐。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种车载智能天线系统的结构示意图；

图2是根据本发明另一实施例的车载智能天线系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种车载智能天线系统的工作流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

图1是根据本发明实施例的一种车载智能天线系统的结构示意图，描述的是实施例的特征能够被包含在内的车载智能天线系统的示例框图，也就是说描述的是针对单一车载天线调谐的系统示例框图。如图1所示，本发明提供的一种车载智能天线系统包括信号分离电路、信号接收转换模块、数据采样处理模块、天线调谐控制模块、天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路，还包括与以上各模块相连的车载智能终端的微控制单元（MicroController Unit，MCU）。车载智能终端与整车上的信息娱乐主机单元及汽车总线之间主要通过车载网关单元进行通信。

车载智能终端开始工作后，MCU首先经由车载网关单元从汽车总线获取当前车辆的信息；然后初始化信号接收转换、数据采样处理和天线调谐控制三个模块，设置各模块初始化赋值。具体来说，设置信号接收转换模块对接收到信号的转换处理优先级；设置数据采样处理模块多次采样的配置；根据当前车辆的信息设置天线调谐控制模块的初始化赋值。

天线调谐控制模块在收到MCU发送的初始化赋值指令后，触发相对应的天线阻抗调谐控制指令和天线电长度调谐控制指令，设置天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路为车载天线系统初始化状态（比如车辆处于闲置状态且车辆天窗和车辆侧窗全部关闭）时，最佳的天线阻抗匹配和天线电长度。其中，当前车辆的信息对应着MCU发送的某个初始化赋值，而此初始化赋值又对应了当前车辆车载天线系统的初始化状态。

车载智能终端中的通信模块开始工作后，MCU发送指令控制信号接收转换、数据采样处理和天线调谐控制三个模块开始工作。信号接收转换模块根据初始化设置的信号转换处理优先级，接收经由信号分离电路分离提取出的该反射信号，然后将反射信号进行下变频转换至中频后传送给数据采样处理模块。

数据采样处理模块接收到下变频后的反射信号后，按照初始化设置对其进行多次采样，通过ADC转换为数字量，进而得到反射信号的幅度或相位信息；然后基于参考频率对所得反射信号的幅度信息和相位信息中的至少一个与预先设定的减小或最小化从天线反射的信号的准则进行对比判定。若符合准则，发出保持天线调谐状态的控制指令以使天线调谐控制模块保持当前设置；若不符合准则，则基于参考频率依据如前预先设定的减小或最小化天线反射信号的准则对上述反射信号的幅度和相位中的至少一个进行补偿，生成经补偿的反射信号，然后将经补偿的反射信号与预先建立的反射信号和天线调谐控制指令对应关系表对比，查找得到其相应的天线调谐控制指令，并将相应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制模块。

天线调谐控制模块接收到天线调谐控制指令后，首先将其与预先建立的天线调谐控制指令和天线调谐状态对应关系表进行对比，查找相应的天线调谐状态，然后再根据此天线调谐状态触发相对应的天线阻抗调谐控制指令和天线电长度调谐控制指令。其中，所述天线调谐状态对应着天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路控制指令中的至少一个。

天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路在收到天线调谐控制模块发出的调谐控制指令后，两个调谐电路中的至少一个开始工作，将天线调谐至与收到的调谐指令相对应的调谐状态。

此后，MCU继续实时监测车载智能终端中的各通信模块是否正常工作。

当车载智能终端中通信模块正常工作时，信号接收转换模块和数据采样处理模块会继续对所接收到的各通路的反射信号进行转换、采样和处理，然后将所得到反射信号的幅度或相位信息与预先设定的减小或最小化天线反射信号的准则进行对比判定，若符合准则，发出保持天线调谐状态的指令使天线调谐控制模块保持当前设置；若不符合准则，则依据如前预设准则生成经补偿的反射信号，然后将经补偿后的反射信号与预先建立的反射信号和天线调谐控制指令对应表格进行对比，查找与其相应的天线调谐控制指令后将相应指令传送至天线调谐控制模块，天线调谐控制模块收到指令后控制天线调谐电路进入相应的调谐状态。

当车载智能终端中的各通信模块全部未工作时，MCU发送结束指令控制信号接收转换、数据采样处理和天线调谐控制三个模块停止工作。

也就是说，如上天线调谐的过程是一个闭环调谐的过程。即当通讯模块正常工作的过程中，本发明实施例所述的车载智能天线系统在进行首次天线调谐后，信号接收转换和数据采样处理模块会继续进行各通路的反射信号的接收转换和采样处理。因此当汽车环境发生改变时，会将与当前环境相适应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制电路控制天线调谐电路进行调谐，直至天线的反射信号满足要求为止。从而实现了车载智能终端实时根据车内外的环境对车载天线进行调谐，车载天线的性能时刻保持最优。

图1中车载智能终端的存储单元和电源单元，分别用以车载智能终端的数据储存和供电。

图2是根据本发明另一实施例的车载智能天线系统的结构示意图。针对当前车载娱乐系统的多样化要求，汽车开始安装各种功能的天线，除了支持传统的2G/3G/4G、WIFI和GNSS天线，还可能需要支持BLE、RKE/TPMS和SDARS的天线，未来还将需要支持5G、C-V2X和DSRC等的天线。使用如图2所示车载智能天线系统，不仅能够提升天线性能，而且可以实现对车载多天线调谐的智能控制。

以图2所示系统说明，当车载智能终端中包含DSRC模块、C-V2X模块、GNSS模块、NAD(2G/3G/4G/5G通信模块)、WIFI模块、BLE模块、RKE/TPMS模块和SDARS模块时，各通信模块都对应着各自的信号分离电路、天线阻抗调谐电路以及天线电长度调谐电路，但是如上各通路共用信号接收转换模块、数据采样处理模块和天线调谐控制模块。

需要说明的是，尽管在图2中多个信号分离电路一一对应的连接到多个天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路，但是实际实施例不限于此，其中的一个或多个信号分离电路可以连接到同一个天线阻抗调谐电路或天线电长度调谐电路，也可以连接到不同的天线阻抗调谐电路或天线电长度调谐电路；或者一部分信号分离电路连接到同一个天线阻抗调谐电路或天线电长度调谐电路，另一部分信号电路连接到另一个或多个天线阻抗调谐电路或天线电长度调谐电路；可以有多种实施方式。其中，所使用的信号分离电路、天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路的数量也不是固定不变的，根据具体实施方式来确定。

另外，图2中所包含的各制式的通信模块也是如此，本图仅是标明了在一些实施例中的应用，在其他实施例中，可以包含图中部分或全部模块，而且还可以包含更多的通信模块。这里将不再给出重复的解释。

与图1所示系统不同的是，当图2中信号接收转换模块和数据采样处理模块均属于单通道数据采集系统，或属于多通道数据采集系统但是信号接收转换模块和数据采样处理的通道数小于需要同时处理的信号数时，多个信号分离电路提取出的各路反射信号进入信号接收转换模块后，信号接收转换模块需要根据MCU对车载智能天线系统初始化时设置的接收信号转换处理优先级依次将各路反射信号进行下变频转换至中频后传送给数据采样处理模块。例如，当预先设置GNSS信号为第一优先级，C-V2X信号为第二优先级，NAD信号为第三优先级时，信号接收转换模块在收到信号后，就会优先处理GNSS信号，然后处理C-V2X信号，最后再处理NAD信号。

类似的，随后的数据采样处理模块也将根据所接收到的信号的先后顺序进行相应的处理；处理完成后将相应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制电路，同时通知信号接收转换模块进行下一个优先级的信号的处理。

而当信号接收转换模块和数据采样处理模块均属于多通道数据采集系统，且需要同时处理的信号数小于等于信号接收转换模块和数据采样处理的通道数时，所有通道的信号可以同步处理；进而控制各天线进行同步调谐。

图3图示则是根据本发明实施例的一种车载智能天线系统的工作流程图，该工作流程适用于图1和图2的配置。

尽管已经参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，本发明构思的技术范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种车载智能天线系统，其特征在于，包括：信号分离电路、信号接收转换模块、数据采样处理模块、天线调谐控制模块、天线阻抗调谐电路及天线电长度调谐电路，还包括与以上各模块相连的车载智能终端的微控制单元；

所述信号分离电路与通信模块相连，用以分离与通信模块相关的射频入射信号、反射信号以及传输信号；

所述信号接收转换模块与信号分离电路相连，用以接收经由信号分离电路分离提取出的反射信号，然后将反射信号进行下变频转换至中频后传送给数据采样处理模块；

所述数据采样处理模块与信号接收转换模块相连，用以采样下变频后的反射信号，通过ADC转换为数字量，进而得到反射信号的幅度或相位信息，然后基于参考频率对所得反射信号的幅度信息和相位信息中的至少一个与预先设定的减小或最小化从天线反射的信号的准则进行对比判定，将相应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制模块；

所述天线调谐控制模块与数据采样处理模块相连，用以接收天线调谐控制指令，通过对比，查找触发相对应的天线阻抗调谐控制指令和天线电长度调谐控制指令，并传送至天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路；

所述天线阻抗调谐电路与天线调谐控制模块相连，具有多个可选择阻抗，用以根据收到的天线阻抗调谐控制指令进行选择，实现发射机与天线之间阻抗匹配；

所述天线电长度调谐电路与天线调谐控制模块相连，具有多个可选择长度，用以根据收到的天线电长度调谐控制指令，调整天线电长度为多个可选择长度中的一种，实现天线转换效率的提高；

所述车载智能终端的微控制单元用以在智能车载终端开始工作后，控制信号接收转换模块、数据采样处理模块和天线调谐控制模块工作，使整个车载智能天线系统实时根据车内外的环境对车载天线进行调谐。

2.根据权利要求1所述的一种车载智能天线系统，其特征在于，所述信号分离电路传输信号分离的信号包括传输信号和反射信号，传输信号根据当前信号传输方向进入天线阻抗调谐电路或通信模块，反射信号被传送至信号接收转换模块。

3.根据权利要求1所述的一种车载智能天线系统，其特征在于，所述数据采样处理模块工作过程为：将采样下变频后的反射信号，通过ADC转换为数字量，进而得到反射信号的幅度或相位信息；然后基于参考频率对所得的反射信号的幅度信息和相位信息中的至少一个与预先设定的减小或最小化从天线反射的信号的准则进行对比判定；若符合准则，发出保持天线调谐状态的控制指令以使天线调谐控制模块保持当前设置；若不符合准则，则基于参考频率依据如前预先设定的减小或最小化从天线反射信号的准则对上述反射信号的幅度和相位中的至少一个进行补偿，生成经补偿的反射信号，然后将经补偿的反射信号与预先建立的反射信号和天线调谐控制指令对应关系表对比，查找与其相应的天线调谐控制指令，并将相应的天线调谐控制指令传送至天线调谐控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种车载智能天线系统，其特征在于，所述天线调谐控制模块工作过程为：在接收到天线调谐控制指令后，将其与预先建立的天线调谐控制指令和天线调谐状态的对应关系表进行对比，查找出相应的天线调谐状态，然后根据此天线调谐状态触发相对应的天线阻抗调谐控制指令和天线电长度调谐控制指令，并传送至天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路，控制天线阻抗调谐电路和天线电长度调谐电路中的至少一个开始工作。

5.根据权利要求1所述的一种车载智能天线系统，其特征在于，所述车载智能天线系统还包括由电源单元、储存单元、微控制单元及通信模块组成的车载智能终端。

6.根据权利要求5所述的一种车载智能天线系统，其特征在于，所述车载智能终端与信息娱乐主机单元、车载网关单元及汽车总线相连，所述车载智能终端与整车上的信息娱乐主机单元及汽车总线之间通过车载网关单元进行通信。