连接是汽车技术革命的核心，它不仅能实现自动驾驶汽车，还能实现新服务和功能。然而，天线与相邻组件相互作用，集成汽车收发器的性能必须现场评估。因此，整车无线 (OTA) 测试已成为汽车行业日益关注的话题。本文讨论了最受认可的测量方法、它们的实施以及相关指标背后的原理。
自主、互联和共享车辆的形态演变
在过去的十年里，多维的技术演变或革命推动了汽车行业的发展，但目前还远未完成。 2010 年代初期，电动汽车问世，引发了该行业的一场重大轰动。这些车辆功能强大，具有足够的电池自主权，可以满足很大一部分用户的需求。由于化石燃料成本的快速增长和环境问题的加剧，这推动了碳中和的竞赛。
连接性和自动驾驶方面的几项显着进步已经影响了消费者的生活。在旧金山行走时，看到全自动驾驶网约车服务的汽车并不罕见，如图1所示。此外，豪华车已经配备了 31 英寸 8K 屏幕，以满足追求完美数据质量的高端客户的需求。这些技术特征的例子可能看起来不同，但它们是相关的。
随着汽车的自动化程度越来越高，我们的需求却始终如一。在自动驾驶汽车将我们送往目的地时，我们可以连接互联网、聊天、观看视频、访问数据或只是娱乐。但是，我们的汽车如何安全地将我们送达目的地呢？这依赖于雷达和激光雷达等强大而智能的传感设备，以及通过蜂窝和非蜂窝服务进行的高性能地面通信，以及用于导航和非地面网络连接的卫星链路。连接性已经在道路安全中发挥着关键作用，多个国家已部署并强制使用电子呼叫功能。
连接性在汽车革命中发挥着至关重要的作用。车辆中的高性能连接是一个差异化因素，为汽车制造商创造了有利的功能。未来，随着联网汽车数量的增加以及嵌入式射频收发器执行更多安全关键功能，高性能汽车连接可能会成为网络运营商和监管机构关注的问题。由于这一愿景，行业正在努力协调车辆连接测试方法，最终可能成为认证过程的一部分。为了支持这些努力，对测试设备和解决方案的需求正在显着增加。为了解决这些问题，过去五年的工作重点是车辆级 OTA 测量。
为何选择整车 OTA？
天线是每个无线电通信收发器的关键组件。汽车天线的集成度更高，出于美观、防盗或机械强度的考虑，几乎变得不可见。由于天线会辐射和接收电磁能，因此天线与汽车其他元件之间的耦合机制是紧密集成的不可避免的结果。因此，如果不考虑实际情况，就无法设计或验证汽车天线。图 2a显示了安装在理想接地平面上的典型鲨鱼鳍天线的模拟方向图。图 2b显示了安装在商用车顶部的同一天线。两个模拟都是用 IMST EMPIRE XPU 软件计算的 1.8 GHz 远场模式。1 当天线安装在车顶时，峰值方向性从 5.7 dBi 增加到 7.3 dBi，表明汽车/天线耦合的影响。
这个问题不仅仅涉及辐射特性的修改。每个汽车天线都是射频系统的一部分，因此在没有天线的情况下对该系统进行资格鉴定会提供不完整、不完美的图像。进行的测试排除了天线和射频板之间耦合的影响。它会影响电子设备的实际操作，电子设备通常会看到来自仪器的匹配负载，而不是实际的天线阻抗。如图3所示，汽车有多个射频系统，这些系统相互干扰并最终降低灵敏度。与 20 多年前无线行业采用的做法类似，主要汽车行业利益相关者将受控且可重复的室内环境中的 OTA 测量视为准确评估嵌入式无线电模块连接性能和集成效果的唯一方法。 OTA 测试的一个好处是取代了昂贵的试验场测试。
事实上的标准？
标准、技术规范或测试计划在确保对测试方法的一致理解和对测试数据的解释方面发挥着至关重要的作用。标准通常源于日益增长的市场需求，但漫长的开发时间造成了技术先于标准的情况。这就是整车 OTA 测量标准的情况。
测试指南的前景并不是一个开放的领域，但行业内有一种快速填补空白的动力。由于汽车继承了手机支持的通信和定位功能，整车OTA测试的基石可以在CTIA《无线空中性能认证测试计划》中找到。2 CTIA 定义了表征无线设备 OTA 性能的关键指标，并整合了经过验证的方法来评估所有蜂窝和非蜂窝技术的这些指标。 CTIA 测试计划还定义了独立 (GNSS) 和辅助 (A-GNSS) 基于位置的服务的指标和测量程序。符合 CTIA 测试计划的硬件和软件测量解决方案是 OTA 测量的最先进技术。这就是车辆级所有“主动”系统级 OTA 测量所需的：包括收发器在内的系统级测量，与“被动”纯天线测量相反。
然而，CTIA 主要关注智能手机、平板电脑和笔记本电脑等无线设备。测量像汽车一样大的被测设备 (DUT) 时需要考虑其他因素。目前 CTIA“无线无线性能测试计划”尚未解决这些问题。
5G 汽车协会 (5GAA) 发现缺乏车辆级测试指导，并致力于编写 2021 年 8 月发布的“车载天线测试方法”(VATM) 技术报告。3该文件的一些关键要素包括：
推荐的测试环境：电波暗室、带有反射接地平面的屏蔽室或开放区域测试场地
基本方法：直接远场探测或近场测量，伴随着近场到远场的转换，使用球形、圆柱形或平面扫描仪测量的数据，最终结果转换为球面坐标
关键活跃 OTA 系统级指标
所需的测试体积，基于考虑的最大车辆尺寸以及如何使用参考天线进行验证
测量方法，包括传统或组合测量的选项以及每种无线技术的详细程序。
CTIA“认证测试计划”和 5GAA VATM 的推荐实践精确而彻底地定义了如何进行车辆级 OTA 测试以获得准确的结果。在缺乏专门的国际标准的情况下，汽车行业利益相关者正在将这些文件组合用作事实上的标准，以设定任何新的整车 OTA 测试系统的要求。
然而，中国已经认识到在联网和自动驾驶汽车的竞争中定义整车 OTA 评估程序的战略重要性。 2022年，全国汽车标准化技术委员会启动了新的地方标准工作项目，以CTIA和5GAA文件为输入参考。
图4整车OTA消声测试环境。
尽管 5GAA 描述了替代测试场地，但为了测量的可靠性和可重复性，电波暗室环境是首选。图 4展示了符合 5GAA 建议的典型设置。在这种类型的消声室中，被测汽车安装在距地面一定距离方位旋转的杆上。测量天线安装在龙门臂的末端，可在高度上旋转。两种旋转的结合提供了完整的球面扫描能力。
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