汽車(chē)三銀玻璃會(huì)影響手機(jī)信號(hào)嗎？

來(lái)源：CST仿真專(zhuān)家之路更新時(shí)間：2024-06-23 閱讀：

作者 | Zhou Ming

隨著越來(lái)越多的汽車(chē)采用大面積玻璃車(chē)窗，為駕駛員和乘客帶來(lái)更好的空間感和通透性的同時(shí)，汽車(chē)防曬設(shè)計(jì)成為一個(gè)痛點(diǎn)。近日某品牌的三層鍍銀玻璃成為發(fā)布會(huì)上宣傳的熱點(diǎn)，根據(jù)網(wǎng)上信息，該車(chē)采用行業(yè)領(lǐng)先的“夾層玻璃+三銀鍍膜工藝”，在保持可見(jiàn)光透過(guò)性的同時(shí)，有效隔絕了99.5% 紫外線(xiàn)、97.6% 紅外線(xiàn)，讓車(chē)內(nèi)的整體溫度大幅度下降。同時(shí)在前擋風(fēng)玻璃ETC 安裝位做了除銀工藝，這樣就不影響 ETC 的使用。

這里提到的三層鍍銀屬于Low-E玻璃（又稱(chēng)低輻射玻璃），是在玻璃表面鍍上多層金屬及其他化合物組成的多層結(jié)構(gòu)。相比于更加昂貴的金（Au），銀（Ag）作為鍍膜材料可以降低成本，因此也成為隔熱鍍膜的首選材料。那么三層鍍銀的玻璃到底會(huì)不會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生屏蔽作用呢？今天我們通過(guò)CST的大場(chǎng)景信號(hào)覆蓋仿真方法來(lái)分析一下。

三銀Low-E玻璃建模

三銀Low-E玻璃的層疊結(jié)構(gòu)

三銀Low-E玻璃是多層結(jié)構(gòu)，上圖的層疊和真實(shí)情況可能會(huì)有偏差，僅供參考。鍍層采用磁控濺射工藝進(jìn)行加工，鍍層的厚度通常在幾十納米到幾百納米。這么薄的材料如果采用3D建模，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量超級(jí)多。CST的Thinpanel材料可以解決這個(gè)難題，Thinpanel在定義時(shí)也非常方便，先定義好每一層材料的參數(shù)，然后按照層疊順序輸入厚度即可。

CST的Thinpanel材料定義界面

定義好的三銀Low-E玻璃

發(fā)射天線(xiàn)建模

在這個(gè)案例中，我們需要一個(gè)發(fā)射天線(xiàn)來(lái)模擬基站信號(hào)。真實(shí)的基站模型非常復(fù)雜，為了提高仿真效率，用一個(gè)喇叭天線(xiàn)來(lái)替代基站。利用Antenna Magus創(chuàng)建一個(gè)喇叭天線(xiàn)，只需要輸入天線(xiàn)的關(guān)鍵參數(shù)，不到一分鐘喇叭天線(xiàn)創(chuàng)建完畢。

Antenna Magus創(chuàng)建喇叭天線(xiàn)

創(chuàng)建好的喇叭天線(xiàn)模型

手機(jī)天線(xiàn)建模

手機(jī)天線(xiàn)模型來(lái)自CST component library，選擇port4對(duì)應(yīng)的WiFi天線(xiàn)。該WiFi天線(xiàn)的工作頻點(diǎn)是2.4G，中國(guó)移動(dòng)的5G信號(hào)頻率主要分布在2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz兩個(gè)頻段，我們需要對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行一些優(yōu)化，讓天線(xiàn)工作在2.6G。

CST手機(jī)天線(xiàn)模型

手機(jī)天線(xiàn)S參數(shù)（優(yōu)化前）

利用CST自帶的優(yōu)化器就能發(fā)揮大作用。優(yōu)化變量：天線(xiàn)振子的長(zhǎng)度；優(yōu)化目標(biāo)：工作頻點(diǎn)2.6G，S44參數(shù)小于10dB。短短幾分鐘，天線(xiàn)已經(jīng)優(yōu)化完畢。對(duì)比S參數(shù)可以明顯看出優(yōu)化后的S參數(shù)結(jié)果。

CST自帶的優(yōu)化器設(shè)置

手機(jī)天線(xiàn)S參數(shù)（優(yōu)化后）

整車(chē)建模仿真

下圖是創(chuàng)建好的整車(chē)模型，手機(jī)放置在車(chē)內(nèi)駕駛員的位置。為了更好地對(duì)比，除了玻璃之外，車(chē)身其他位置的縫隙全部用金屬填充。設(shè)置兩種不同材料的玻璃：普通玻璃和三銀玻璃。

“手機(jī)+整車(chē)”全3D模型

在后面的展示中，為了提升仿真效率，手機(jī)3D模型用近場(chǎng)源替代，如下圖所示。這里需要說(shuō)明的是，“手機(jī)+整車(chē)”全3D建模的優(yōu)點(diǎn)是精度高，但是網(wǎng)格數(shù)量多，仿真比較耗時(shí)?！笆謾C(jī)近場(chǎng)源+整車(chē)”的優(yōu)點(diǎn)是仿真速度快，手機(jī)周?chē)嚯x有金屬的話(huà)，提取近場(chǎng)源時(shí)必須要考慮金屬反射的影響。

“手機(jī)近場(chǎng)源+整車(chē)”模型

下面是采用近場(chǎng)源激勵(lì)，對(duì)比兩種玻璃的電場(chǎng)分布?？梢悦黠@看出三銀玻璃對(duì)電磁場(chǎng)有明顯的屏蔽作用，高頻電磁波很難穿透。不過(guò)這是比較理想的情況，在真實(shí)的汽車(chē)上，玻璃邊緣及車(chē)門(mén)邊緣等位置都存在縫隙，高頻電磁場(chǎng)還是可以穿透一部分。

普通玻璃的電場(chǎng)分布（車(chē)頭位置）

三銀玻璃的電場(chǎng)分布（車(chē)頭位置）

大場(chǎng)景建模及信號(hào)覆蓋仿真

接下來(lái)是創(chuàng)建大場(chǎng)景模型，模型中包括建筑物、路面等，長(zhǎng)度超過(guò)300m，寬度超過(guò)150m，如下圖所示。大場(chǎng)景信號(hào)覆蓋仿真需要用到混合算法，場(chǎng)源計(jì)算利用CST的時(shí)域TLM算法，大場(chǎng)景計(jì)算利用高頻A求解器。在創(chuàng)建混合仿真流程時(shí)有兩種方法，一種是利用CST的Assembly功能，另一種是手動(dòng)導(dǎo)入發(fā)射和接收的遠(yuǎn)場(chǎng)源。

大場(chǎng)景信號(hào)覆蓋仿真模型

樓頂天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)（A-solver）

汽車(chē)位置的場(chǎng)強(qiáng)分布

接下來(lái)我們比較三種情況下F參數(shù)的差異：1、全車(chē)采用三銀玻璃；2、只有前風(fēng)擋采用三銀玻璃；3、全車(chē)采用普通玻璃。下圖是F參數(shù)的仿真結(jié)果，可以看出當(dāng)全車(chē)都采用三銀玻璃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減20dB以上，相當(dāng)于超過(guò)90%的信號(hào)被衰減。如果只在前風(fēng)擋位置采用三銀玻璃，電磁波還可以從其他位置進(jìn)入車(chē)內(nèi)，因此對(duì)手機(jī)通信質(zhì)量的影響不大。

F參數(shù)結(jié)果

我們還可以通過(guò)A求解器的信道分析功能去觀測(cè)收發(fā)天線(xiàn)之間的PDP、CIR、AoA、AoD等結(jié)果。如下圖所示，到達(dá)接收天線(xiàn)有兩條射線(xiàn)，其中一條是LOS射線(xiàn)（到達(dá)時(shí)間173.7ns），另一條是經(jīng)過(guò)地面反射的射線(xiàn)（到達(dá)時(shí)間179.9ns），射線(xiàn)長(zhǎng)度51米。