2025年车载5G北斗高精度定位组合天线研究 .pdfVIP

天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》

车载5G北斗高精度定位组合天线研究

李鹏图

一、研究的背景和意义

随着5G移动通信技术的蓬勃开展，5G网络建设已提速到大规模商用

阶段。另一个振奋人心的好消息是我国自主研发的北斗卫星导航系统已于

2022年6月发射了最后一颗组网卫星，提前实现了全球覆盖和部署。而

5G技术和北斗卫星导航技术的一个大规模的应用前景是以汽车智能驾驶、

智能轨道交通为代表的出行领域。在这个领域，要实现智能化、网联化就

需要把5G技术、卫星导航技术还有车联网V2某技术以及传统的WIFI等

系统都融合在一起，才能为智能系统按上眼睛，插上翅膀。

上述这些系统的应用都离不开终端天线的支持，新的需求带来新的研

究方向，多种功能、多种频段的天线同时工作还要组合在一个终端上得以

实现，是以往没有过的或者说现在的复杂程度远远超过了以往。这就需要

研发能面向车载系统的新一代通信+北斗组合天线并实现产业化。这是行

业开展的需要，同时在目前复杂的国际形势下更需要我们产业链的上下游

做到自主可控，防止被其他国家卡脖子或者垄断该细分领域市场。

二、研究的必要性

必要性表达在组合天线系统是未来车载通信的核心部件，也是高技术

含量、高附加值的產品。本工程的研发结合了5G通信技术和北斗卫星导

航技术等先进技术，不仅是系统的重要组成局部，也是未来实现智能出行

的一个重要根底，因此它的开发是非常有必要的。

1〕从平安性来说，组合天线结合后端的各种设备。可以使得交通设

备获得更多的必要信息，实现互联互通。这样在智能系统的控制下就可以

乐民之乐者，民亦乐其乐；忧民之忧者，民亦忧其忧。——《孟子》

减少各种交通事故发生的可能性，提升出行的平安系数，挽救更多的生命，

因此是十分必要的。

2〕从经济性上来说，本工程以及其支持的智能系统的实现。可以把

人从交通设备的驾驶控制中解放出来，可以在出行过程中处理更多工作、

生活娱乐，提升了效率。

3〕从技术上来说，本工程开发的组合天线，具有高性能、高集成度、

高可靠性的特点。不仅可以应用于车载领域，也可以推广到未来信息社会

各种终端设备上，将会起到非常大的作用。

三、设计方案

3.1整机结构

新一代车载多系统集成天线外形呈鲨鱼鳍形，天线尺寸220某60某

70mm，紧凑小巧集成度高，易于加工装配，尤其适用于各种车辆顶部安装，

各局部如下所示。

3.2解决的关键技术

〔1〕高精度北斗导航天线单元

设计难点：由于集成天线整体空间有限，空间内同时存在其他天线，

留给导航天线设计的尺寸较小，这对天线的带宽和效率有较大的影响。

解决方法：在天线输入端参加匹配段，通过引入短路枝节的方式改善

输入阻抗，从而优化天线驻波带宽，提高天线整体效率。采用正弦曲线绕

制的四臂螺旋天线，缩减了天线的体积，天线高度仅15mm，直径30mm。

天线采用锥形模型，可以更有效的利用集成天线的内部空间，又不破坏其

外形结构，同时有较宽的带宽，能够覆盖卫星导航全频段需求，同时有较

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

高的增益和良好的方向图，相位中心稳定，前后比和交叉极化较好，使得

抗干扰能力较好。天线性能指标仿真结果如下：

〔2〕3G/4G/5G通信天线单元

设计难点：现有天线单元受限集成天线整体空间以及多天线布局，设

计尺寸较小，对天线的带宽和效率有较大的影响。

解决思路：对传统4G天线模型。通过引入遗传优化算法来构建天线

体构型，这样做的好处是可以展宽天线的工作带宽，优化天线的驻波和增

益。仿真和测试结果天线的驻波带宽得到了增加，天线上下频边界的增益