邹爱华1 ，徐长武2
（1.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201；2.上海保隆汽车科技股份有限公司，上海 201619）
摘要：利用计算机电磁仿真软件，通过仿真试验结果分析，对小型对数周期阵列辐射抗扰测试天线进行低频段（60 ~200 MHz）增益补偿。优化后的小型对数周期阵列辐射抗扰测试天线测试数据与仿真预期基本相符。
仿真数据和实际测试数据表明：优化后的小型对数周期阵列天线从60 MHz频率开始具有良好的电场特性，可以有效运用于汽车零部件和子系统的辐射抗扰测试。
关键词：偶极子；单极天线；对数周期阵列天线（LPDA）；垂直极化；仿真分析
中图分类号：U463.673 文献标志码：A 文章编号：1003-8639（2017）07-0058-04
Simulation Analysis on LPDA Low Frequency Gain Optimization
ZOU Ai-hua1， XU Chang-wu2
(1. Pan Asia Technical Automotive Center Co.， Ltd.， Shanghai 201201；
2. Shanghai Baolong Automotive Corporation， Shanghai 201619， China)
Abstract：In this article， an optimized low frequency gain (from 60~200 MHz) of a small log periodic dipole array antenna（LPDA）is presented from the simulation results of the High Frequency Structure Simulator (HFSS) software. The actual results of the optimized small dual stacked LPDA match simulation expectation. Both results prove that this optimized LPDA can apply to the immunity testing for automotive components and sub-system and has a good performance in E-field characteristic from 60 MHz.
Key words：dipole；monopole antenna；LPDA；vertical polarization；simulated analysis
无线电波是指在自由空间传播的射频频段的电磁波，天线在通信、雷达、导航、广播等领域广泛应用，无线电波的发射和接收都需要由天线来实现［1］。对数周期阵列天线是一种宽带定向天线，这种天线具有方向性好、频带宽、有一定增益等优点，其中应用广泛的典型结构是由偶极子构成对数周期振子。电磁波场强辐射抗扰测试广泛运用于汽车零部件和子系统验证测试，有些设备制造商（OEMs）可能需要从
100 MHz甚至更低频点开始执行测试。目前，测试通常是在半电波暗室，要求天线到零件正面距离为1m，例如遵守国际无线电干扰委员会CISPR25的暗室。为满足从低频60 MHz开始的垂直极化能力达到100 V/m的辐射电磁波场强，需要采用大尺寸的天线，而在小暗室使用大尺寸天线不符合国际标准组织的ISO11452-2［2］要求。本文主要通过计算机电磁仿真结果设计低频段（60~200 MHz）增益补偿的小型对数周期阵列辐射抗扰测试天线，该天线低频段的垂直极化能力达到100 V/m。1 对数周期阵列天线基本参数
对数周期阵列天线设计的目的是具有很宽的带宽。理论上可达到的带宽是无限的。然而，带宽实现依赖于天线结构的尺寸和天线的精度，大尺寸天线具有较低工作频率以及更精确的高频特性。对数周期阵列天线能够很好地提高整体增益和提供分集接收能力［3］。
对数周期阵列天线是由几个不同长度和位置的偶极子振子［4-5］构成，如图1所示。在实际的应用中，为了增强天线的方向性，提高增益，获得更高的功率，可以采用将对数周期阵列天线进行组阵的方法来实现。将对数周期阵
列天线在空间范围内
按一定角度进行组
阵，可以大大增加天
线的发射接收功率，
扩宽天线有效频率范
围，提高天线增益。
一个精心设计的对数
周期阵列天线需要满
足以下要求：宽的带
宽，低电压驻波系数
收稿日期：2017-03-27
作者简介：邹爱华（1978-），女，福建人，主要从事汽车电子电磁兼容工作；徐长武（1983-），男，主要从事汽车电
子射频设计工作。
图1 典型对数周期阵列天线
空间相位常数
ω；j
为。
天线的远场辐射特性是辐射边界面上的积分而获得，所以在辐射边界上的手动网格细化可以提高天线远场辐射特性的计算精度［7］。图6为仿真软件中建立的天线模型
。
图6 优化后小型对数周期阵列辐
射抗扰测试天线辐射边界
3 仿真和测试结果
根据计算机软件仿真和计算结果（仿真频率设置为100 MHz），优化后的长度L （1，4）1’、L （1，4）2’ 和 L （2，3）1’ 大约为720 mm、560 mm 和 1140 mm。仿真结果表明优化后天线低频段60~200 MHz 的电压驻波比（VSWR）和增益得到显著提高，200 MHZ ~1 GHz 的VSWR 与原天线基本吻合。
比较VSWR 仿真结果（图7）和实际测试结果（图
8），原始小型对数周期阵列天线在165.7 MHz~1 GHz 频段内VSWR 值在2.5以内，小于165.7 MHz 频段驻波比远大于2.5，仿真结果符合原天线规格；优化后对数周期阵列天线与仿真结果非常接近，在60 MHz~1 GHz 频段内VSWR 值在2.5以内，低频扩频效果比较理想。
同样，从最大增益仿真图看，增益也得到了很大提高。原始对数周期阵列天线最大增益是-1.6 dBi，优化后对数周期阵列天线的增益是2.85 dBi，最大增益提高近4 dBi。如图9、图10所示。
为了在实际环境中验证仿真的结果，我们以100 V/m 作为辐射电磁场强度为目标在半电波暗室进行测
试，图11为60~200 MHz 频带内场强测试结果曲线，优化后对数周期阵列天线的垂直极化能力达到100 V/m 的辐射电磁波场强
。
图7 原始和优化后小型对数周期阵列
天线的VSWR
仿真结果对比
图8 原始和优化后小型对数周期阵列
天线的VSWR
实测结果对比
图9 原始小型对数周期阵列天线仿真增益
（仿真频率设置为100 MHz ）
4 结论
从仿真和暗室数据看，仿真软件建模仿真与暗室实际测试数据相近，
这说明优化后的低频段增益补
图5 优化后小型对数周期阵列辐射抗扰测试天线
偿的小型对数周期阵列辐射抗扰天线设计方案是合理的，利用电磁仿真具有一定的指导意义。从60~200
M H z ，电压驻波比V S W R 小于2.5：1，增益提高了4.0 dBi，60 MHz 频点开始直极化能力达到100 V/m 的辐
射电磁波场强。EMC 工程师可以把该天线有效运用于汽车零部件和子系统的辐射抗扰测试。参考文献：
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电子工业出版社，2006.
［2］ ISO 11452-2：2004，Road vehicles-Component test
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［7］ 谢拥军，刘莹，李磊，等.HFSS原理与工程应用
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（编辑 凌 波
）
图10 优化后小型对数周期阵列天线仿真增益
（仿真频率设置为100 MHz
）
汽车天线图11 100 V/m 的辐射电磁波场强实际测试结果
（上接第57页）
BCM 后除霜开启功能测试结果示意如图6所示。结果为PASS 通过测试。可以看出，与测试用例的预期结果相符，满足技术要求
。
图6 后除霜开启功能测试结果示意图
4.4 测试结果分析
一个X M L 文件的测试报告有G e n e r a l T e s t Information、Test Overview、Test Module Informatio
n 3部分内容。General Test Information 包括测试人员信息、测试环境及设置信息、VT 系统各模块硬件环境的版本信息；Test Overview 包括测试的起始时间、Test Case 的执行数量及通过比例，当任一Test Case 失败，则认为本
次测试未通过。
测试报告的主体内容是Test Module Information，它是整个测试过程的详细描述，包括本次测试中所有Test Case，每个测试用例所有步骤的测试时间、测试内容描述与测试结果。对未通过的错误测试步骤，在报告中可直接读出导致错误的源数据。5 总结
VT 测试系统在电控部件的开发设计及功能验证中得到了很好的应用，实现了车载电控单元ECU 在试制装车前的功能验证，为样件样车品质提供了保障，降低汽车电气故障及潜在风险。这种测试方法缩减了原始的实车功能测试所消耗的人工测试周期和成本，大幅提高了工作效率，具有很强的实用性和经济性，所以应用VT 测试系统对于优化整车电控系统的开发设计过程有着至关重要的作用。
（编辑 心 翔）
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