產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

81

科研成果

車載天線整車場型量測技術

車輛中心 技術服務處 張建隆 / 吳汶榮

時代的進步帶動個人行動通訊需求的快速成長，也使無線通訊的產業及技術蓬勃發展，相關

產品及技術不斷地應用到生活中各層面，車輛上的行動通訊需求亦是。近年車輛科技的發展，也

著重於車載娛樂及智慧控制等功能強化及品質的提升，對此相關之無線通訊應用需求 如圖 1 所

示。

過去從 50 年代開始，車輛上僅有收音機所使用的桿型天線 ( 圖 2a)，相較於現在的天線技術

發展及不同功能的需求，且為提升車輛外型的美觀及流線造型降低風阻等原因，天線設計不斷地

朝著效能提升及縮小化的方向前進 ( 圖 2 b/2c)。

▲圖 1 資料來源：Karsten Ropers, Fuba Automotive Electronics，車輛中心 (ARTC) 整理

應用於車輛上常見的無線通訊技術

▲圖 2：車載天線形式 資料來源：網路蒐集，ARTC 整理

a. 桿型天線 b. 印刷式 AM/FM 天線 c. 鯊魚鰭天線

產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

82

科研成果

壹、天線場型量測

天線場型是用來判斷天線效能的重要因

素之一，天線安裝時通常建議先以電腦模擬，

搭配天線安裝後進行實際效能評估以確立安裝

位置。以往的天線量測主要為天線的垂直極化

與水平極化兩個方向的訊號，在固定天線高度

下，旋轉待測物後而獲得量測圖，( 即為 2D

曲線圖，如圖 3)。依分別量測到的天線場型

資料推估天線的方向性，搭配模擬軟體模擬

出的 3D 場型圖進行評估後獲得最佳的安裝位

置，然後再利用評估的結果將天線安裝到產品

進行實際效能測試。由於實測僅垂直與水平兩

個方向的結果，對於不同方向的場型沒有實測

數據與模擬結果進行比對，最後還是只能透過

不斷嘗試安裝各個不同位置 (Try & Error) 的

方式來蒐集資訊，以得到最佳的安裝位置。

為完整評估整體行動產品天線效能，

1984 年 由 Motorola、Nokia、Siemens 和

Sony 等手機大廠，結合軟體公司 Qualcomm

與 Cingular Wireless、Verizon Wireless 等

無線設備廠商，以及儀器商 ETS-Lindgren

共同成立美國行動通訊暨網際網路協會

▲圖 3：2D 天線場型量測資料範例 資料來源：Cisco Systems, Inc.，ARTC 整理

隨著天線的小型化或隱藏化，天線的尺寸已不再與傳統式設計般那麼有「存在感」，在遙控

器、GPS 導航、DVB-T( 數位電視 )、AM/FM 天線及其它手機通訊等產品上，不難發現天線的使

用情形已遍布於環境四周之電子產品上，這也意味著行動化產品之天線使用環境更加複雜，通訊

效果容易受到影響，例如天線發射或欲接收的訊號被人體阻擋或吸收、周遭的屏蔽物增加、天線

間的交互影響及車體造成的隔離或反射等，都是嚴重影響天線的場型及效能的因素，因此除了天

線性能的設計，安裝位置也需審慎評估，以下就天線效能評估的做法進行說明。

產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

83

科研成果

(Cellular Telecommunications &. Internet

Association, CTIA) 之非營利性質國際會員組

織；透過該組織技術專家所制訂的OTA (Over

The Air) 測試計畫，為評估手機及無線通訊裝

置整體通訊品質的一套標準，其主要著重在天

線傳輸性能與接收性能的評估。

天線場型量測需於全電波暗室 (Fully

Anechoic Chamber) 中進行，以防止測試

期間受到任何干擾或訊號反射的影響；參考

OTA 測試計畫中提到常使用的兩種測試天線

的方法說明如下：

一、 圓 錐 截 切 測 試 法 (Conical Cut Test Method)

利 用「 分 散 軸 系 統 (Distributed-Axis

System)」的配置方式，將待測件保持固定在

旋轉桌上，量測天線放置在 θ 角旋轉的起始

位置上，θ 角從 0° ~180°開始進行步階掃

描，每當天線位置移動一個 θ 角，待測件在

φ軸平面做 360°旋轉，依此步驟不斷重複，

直至量測結束；詳細的配置及相對位置 如圖

4 所示。

此系統需要的空間較大，且需安裝於大

型的電波暗室 (Anechoic chamber) 中方能

執行，適用於量測大型的待測物以及較低的頻

段，也由於系統屬於固定式的設備，無法隨著

待測物大小來靈活的調整系統的規模大小，且

大型電波暗室的建置成本也較一般電波暗室來

得高。

二、 大圓截切測試法 (Great Circle Cut Test Method)

透 過「 複 合 軸 系 統 (Combined-Axis

System)」的配置方式，將天線保持在固定位

置，而待測物則固定於轉桌上的測試夾具。將

待測件保持固定在旋轉桌上，量測天線放置在

▲圖 4 ：分散軸系統 (Distributed-Axis System) 配置型式 資料來源：CTIA Test Plan of OTA Performance

產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

84

科研成果

θ 角旋轉的起始位置上，θ 角從 0° ~180°

開始進行步階掃描，每當天線位置移動一個

θ 角，待測件在 φ 軸平面做 360°旋轉，依

此步驟不斷重複，直至量測結束；詳細的配置

及相對位置 如圖 5 所示。

此系統設備的安裝較圓錐截切測試法輕巧

方便，量測距離易隨著所需測試頻段來進行調

整，但此測試平台的待測物較不適用於大型物

品；因此，此系統適用於量測頻段較高且為手

持式或較小型的待測物。大圓截切測試法的優

點在於不需太大的安裝空間，相對的建置成本

也大幅的降低，所以目前普遍受到業界青睞。

貳、車輛中心車載天線整車場型量測系統

就天線安裝於整車效能評估而言，倘若能

以上述所提之量測技術，直接量測天線安裝後

的場型，並以球座標 X, Y, Z 三軸（即車載天

線整車場型量測）方式呈現整車天線場型 ( 圖

6)，將可使開發人員以最有效率的方式進行天

線效能評估及調整。

為提供國內車輛產業界更完整且全面的整

車量測服務，車輛中心 (ARTC) 採用分散軸系

統與整車 10 米電波暗室整合 ( 圖 7)，利用大

型轉桌搭配天線臂，參考上述之圓錐截切測試

法，建立量測車輛上的車載天線整車天線場型

量測技術。

▲圖 5 ：複合軸系統 (Combined-Axis System) 配置型式 資料來源：CTIA Test Plan of OTA Performance

▲圖 6 ：3D 天線場型量測資料範例

資料來源：COMSOL Inc.，ARTC 整理

產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

85

科研成果

▲圖 7 ：ARTC 車載天線整車場型量測系統

▲圖 9：ARTC 車載天線整車場型實際量測圖

▲圖 8 ：ARTC 車載天線整車場型量測示意圖

目前 ARTC 建立之車載天線整車場型量

測系統，考量車載天線安裝在車輛上，且車輛

於道路上行駛時，未像手持通訊產品有倒置使

用之情形，完整量測車輛上半球體之車載天線

場型，已能實際滿足車輛車載天線通訊之使用

條件。

此量測系統之量測過程係藉由天線臂角度

調整進行，在維持天線臂角度的狀態下，控制

轉桌使車輛旋轉 360°，同時透過量測儀器送

出一發射訊號至車輛車載天線，再由天線臂上

接收天線接收訊號，並記錄此一輪的數據，接

產情趨勢

創新研發

驗證技術

精選論文

86

科研成果

著逐次天線臂角度增加並重複上述流程，直到

天線臂移至 90°後即完成整體車載天線場型

量測 ( 圖 8)。

最後，彙整電腦所紀錄下之量測數據，匯

入圖形軟體，天線場型則以 3D 圖形的方式呈

現 ( 圖 9)，讓客戶能直覺觀察並掌握車載天線

位置與天線之場型關聯性，有助於客戶後續進

行車載天線之特性評估及場型調整，以符合實

際使用需求。

參、結論

車載無線通訊應用越來越廣泛，舉凡車輛

上現有使用天線的產品，如：GPS、Keyless

系統、收音機、數位電視及各項車聯網相關產

品，能強化天線收發效率與選用天線適當的安

裝位置，進而提升整體產品通訊品質與效能，

亦是整車通訊效能課題上的重點之一。藉由

ARTC 的車載天線整車場型量測技術，有助於

我們跳脫以 2D 量測結果 ( 數值高低 ) 來評估

的方式，走向更直覺式的 3D 量測資料 ( 數值

高低、位置角度 ) 方法，使開發者對於自家產

品在通訊效能上的優勢與缺點能一目了然。

國內對於天線安裝在整車上之性能評估所

需之大型量測平台，尚無任何能量可支援，故

ARTC 在既有整車 EMC 量測平台上擴充相對

量測設備與技術建置，可補足國內車輛產業之

量測技術空缺。此整車天線場型量測系統，將

協助車載天線製造商與整車廠在開發階段時，

評估並了解其無線通訊產品之天線現況與相關

資訊，以及考量當車載天線因安裝於車體後無

法得到預期效果之偵錯應用，藉此量測系統獲

得相關參考資訊，進而改善整車車載天線之效

率與性能優化，提供客戶更完整之車輛整車測

試服務。