“接收”

　　從最簡單的理論上來說，當(dāng)天線和空間中的某個(gè)電磁信號產(chǎn)生共振時(shí)，電磁信號會被“接收”為電信號，使下一步的信息提取成為可能，如下圖。而此信號攜帶的信息不會丟失——即所謂的信號不失真——的前提，是天線的有效長度達(dá)到信號波長的4分之1。

　　所以，根據(jù)不同信號的不同頻率范圍，我們可以大概估計(jì)出接收此信號的天線的最短長度(波長=光速\/頻率，天線長度≈波長\/4)，比如數(shù)字廣播信號天線的長度應(yīng)該在31到43厘米之間;對于AM模擬信號，天線長度理論上應(yīng)該在12到500米之間，但是，有誰見過半公里長的天線?更何況一輛汽車，如何裝載這么長的天線?

　　首先，在形狀上來說，天線并不一定是筆直的一根桿子。能和目標(biāo)信號共振的天線，形狀五花八門，否則你以為現(xiàn)在的智能手機(jī)為什么都“沒有”天線?

　　智能手機(jī)天線圖(負(fù)責(zé)接收不同頻率信號的各個(gè)天線段)

　　其次，并不是說天線并不是只在完美共振的情況下才能接收信號，否則要是想聽所有FM頻道，豈不是就要得天線密集恐懼癥?舉個(gè)例子，F(xiàn)M標(biāo)準(zhǔn)天線為75厘米長，相當(dāng)于100MHz信號波長的4分之1，但它被用作整個(gè)FM頻率段(87.5至108MHz)的標(biāo)準(zhǔn)天線，可以接收FM頻率段的所有信號。

　　再次，也是最重要的，天線的有效長度并不永遠(yuǎn)受制于其物理長度。我們平時(shí)看到的長桿天線，都是被動的，單極的，其有效長度等于其物理長度，并且為高阻抗;但主動天線擁有以場效應(yīng)管(FET)和電源為主體的特殊電路，能讓天線接收信號的有效長度，突破其物理長度的限制;也就是說，原本需要500米長的天線接收的信號，也可以用20厘米長的天線接收了。

　　至此，我們終于可以“隨心所欲”地設(shè)計(jì)天線了。

　　“控制”

　　至于起控制信號強(qiáng)度作用的放大器，主要有兩個(gè)功能：

　　1、將信號強(qiáng)度控制在一定程度內(nèi)：正常情況下，天線所接收到的信號強(qiáng)度都無法滿足信息處理的需要，所以需要放大器將信號強(qiáng)度提升到一定的程度，信號強(qiáng)度的絕對單位是dBm，0 dBm相當(dāng)于1mW，10dBm相當(dāng)于10mW，為對數(shù)增長關(guān)系

　　(，x的單位為dBm);相對強(qiáng)度單位為dB，信號強(qiáng)度增大3dB相當(dāng)于增大一倍(，y的單位為dB)。

　　顧名思義，放大器中的信號放大單元會將信號的強(qiáng)度放大，然后交由車載信息娛樂系統(tǒng)處理，并保證導(dǎo)線中信號的衰減不會影響最后的信息讀取。但根據(jù)特殊需要，放大器中會配置閉環(huán)回路，也能保證在接收到的信號強(qiáng)度過大時(shí)，將其削減到合理范圍。

　　2、匹配(compensation)天線和信息娛樂系統(tǒng)阻抗：簡單來說，就是要將接收系統(tǒng)(天線和放大器)的阻抗調(diào)整到接近信息娛樂系統(tǒng)阻抗，這樣可以將信號傳輸時(shí)的功率損失降到最小。通過一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)換單元，天線從高阻抗變?yōu)?0歐姆左右的低阻抗。

　　阻抗：是指電路中電阻、電感、電容等元件對交流電的阻礙作用，不僅描述電壓和電流之間的振幅關(guān)系，也描述它們的相位關(guān)系。電阻就是電路在直流電(相位=0)下的阻抗。

　　阻抗是天線領(lǐng)域內(nèi)非常重要的概念，因?yàn)樾枰邮誠/發(fā)送的信號頻率不同，接收系統(tǒng)電路的阻抗存在很大差異。如何在動態(tài)情況下實(shí)現(xiàn)功率匹配，一直是天線系統(tǒng)電子工程師們關(guān)注的話題。

　　各個(gè)天線系統(tǒng)生產(chǎn)商所用的匹配方式也不盡相同，有無腦調(diào)試系統(tǒng)，使之接近50?的，因?yàn)?0?是行業(yè)內(nèi)“約定俗成”的目標(biāo)阻抗;也有根據(jù)信號強(qiáng)度適當(dāng)改變阻抗標(biāo)準(zhǔn)的。各有利弊，這里就不展開了。

　　汽車天線系統(tǒng)變遷

　　之前看過了新型天線，我們再來看看汽車天線系統(tǒng)外觀的變遷。

　　傳統(tǒng)天線(1辮子天線、2短桿天線)與新型天線(3鯊魚鰭、4集成天線)

　　上圖1是筆者的老福特車，傳統(tǒng)的車載天線大多就是這樣一根金屬桿，有的還可以伸縮，位于車前、車頂或者車后，一不小心就被熊孩子拔下來當(dāng)武器了。其功能也非常單一，無非是接收AM\/FM廣播模擬信號。

　　之后出現(xiàn)了上圖2中的短桿天線，纏繞在天線桿上的金屬絲不僅能起到防止天線晃動、減小噪音的作用，同時(shí)也增加了天線的有效長度。兩者屬于所謂的傳統(tǒng)天線。

　　汽車天線系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，各個(gè)不同的汽車制造公司都有他們自己的天線系統(tǒng)方案，比如寶馬傾向于使用鯊魚鰭天線(上圖3)，簡約而不簡單，低調(diào)而不低檔，但其外形大同小異。

　　更多的公司則兼容并包，比如捷豹路虎，在通過鯊魚鰭天線實(shí)現(xiàn)GPS、LTE、衛(wèi)星信號接收的同時(shí)，他們也選擇集成天線(上圖4)，來接收AM\/FM以及數(shù)字廣播\/電視信號。集成天線的位置不盡相同，玻璃、保險(xiǎn)杠、定風(fēng)翼等等，都可以是天線的載體;其外形也大相徑庭，有時(shí)是細(xì)長的金屬絲，有時(shí)是扁平的金屬片。這哥倆屬于所謂的新型天線。

　　至于與天線相配套的放大器，也根據(jù)需要處理的信號不同，形成各自的結(jié)構(gòu)，下圖所展示的，是FM信號放大器的一部分電路圖，以及TV\/TS信號放大器的實(shí)物圖。

　　FM信號放大器電路圖，及TV\/TS信號放大器實(shí)物圖

　　紅圈里是FM信號放大器的核心控制部分，其余的，則為匹配模塊、防靜電模塊、控制模塊等等。比如紅圈以下的閉合回路就是AGC(Automatic Gain Control ，信號強(qiáng)度自動控制)，當(dāng)輸入信號過高時(shí)，能夠起到負(fù)反饋?zhàn)饔?，削減信號強(qiáng)度。

　　由于不是外觀件，所以放大器外觀的變化就不那么重要了。而放大器的個(gè)體大小和電子元件的大小密切相關(guān)，隨著SMD(surface-mount device，表面粘貼元件)的出現(xiàn)，最新一代的車載放大器實(shí)物大約15cm長、5cm寬、5cm厚。但隨著摩爾定律的逐漸失效，放大器的“減肥”過程也在逐漸放緩。

　　天線和放大器，就組成了最簡單的信號接收系統(tǒng)。