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原文传递电动汽车整车天线布局优化的仿真建模研究

论文题名：	电动汽车整车天线布局优化的仿真建模研究
关键词：	电动汽车;布局优化;车载天线;耦合效应;电磁仿真
摘要：	为了实现智能化和网联化，电动汽车上安装了多种类型的车载天线，其是实现汽车无线通信、无线网络和卫星定位等的关键部件。然而，由于整车体积空间有限和通讯协议日益增多，天线之间会产生强烈的耦合效应和信号干扰，导致天线性能恶化和电磁兼容性变差，影响汽车行车安全及乘员的生命安全。因此，在天线几何结构参数和通讯协议已确定不变时，通过优化电动汽车整车天线布局位置是提高天线性能和电磁兼容性最重要途径之一。针对某款电动汽车整车多天线，在设计阶段采用仿真建模方法对其天线布局优化进行相关研究。主要研究内容为：　　（1）分析了天线基本振子的电磁波辐射机理，并比较了天线近远场特性的差异。然后，通过阐述天线间系统间耦合原理和途径，分别讨论了阻抗矩阵法和散射参数矩阵法这两种天线间互耦分析方法，并给出了相应的耦合效应表达式。最后，介绍了多目标遗传优化算法在现代天线分析中的原理和应用流程。　　（2）研究了整车上存在严重耦合干扰的四种天线，即GNSS、BLE、RFR模块、5G天线，建立了相应的电磁仿真模型，并通过实验验证了建模的有效性和准确性。在建立GNSS和BLE天线电磁仿真模型时，本文采用省略与天线无关的元器件和芯片，简化了与天线工作频率波长相比不可比拟的微小的结构，只保留天线的金属框架、PCB介质基板和地，并设计了阻抗匹配网络来匹配天线馈电端口特性，在FEKO中进行了场路联合仿真，并将仿真结果与实测结果进行了对比分析。在建立RFR模块和5G天线的仿真模型时，由于天线保密相关参数无法获取，因此本文采用实物测试法，得到了RFR模块的远场辐射方向图和5G天线的近场采样数据，在FEKO软件中利用惠更斯等效原理和等效流转化原理构建了天线等效源仿真模型。　　（3）根据仿真频率的不同，提出了一套适用于不同仿真频率的整车电磁仿真模型的建模方法，建立了两套有效的整车电磁仿真模型，并利用该模型对整车级天线进行了详细的仿真研究。同时，本文分析了整车模型对天线辐射性能的影响，发现安装在整车上的天线与单独安装时相比具有明显不同且更加复杂多变的辐射方向图形态，并且会导致辐射增益降低、缺陷角增加和失真度提高等现象。　　（4）提出了一种有效地实现电动汽车整车多天线预布局和优化设计与验证的方法。首先根据整车天线系统电磁兼容原则对整车多天线进行了预布局，确定了天线的大致布置区域。接着利用多学科优化工具HyperStudy软件建立近似优化模型，并采用多目标遗传优化算法找到最佳天线布局位置，得到了较低耦合系数和较好覆盖范围的天线布局方案。最后，通过实验测试验证了其合理性。　　通过对以上内容研究，获得了一套基于仿真建模方法的电动汽车整车多天线布局优化设计流程，为解决某款电动汽车上复杂多变的通讯协议和有限空间带来的强烈耦合效应和信号干扰问题提供了一种有效途径。
作者：	李贵艳
专业：	工程(车辆工程)
导师：	李旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023