随着电子通信技术的发展，今天的汽车天线已经脱离了当年笔直的外观限制，演变了各种不同的外观和功能。它们不再局限于收听广播，而是涵盖无线遥控GPS以及4G互联网等多种功能。随着5G随着时代的临近，各种新技术很可能彻底颠覆现有的汽车驾驶理念。所有这些新技术，包括汽车通信和汽车AI等等，离不开汽车和外界的通信，作为这条通信生命线唯一的硬件基础–因此，天线系统的地位也会上升。
由于篇幅有限，本文只列出了几种新型汽车天线系统的结构和应用、简单原理和未来发展方向。试着在每个人的脑海中建立一个新的汽车天线文件夹。
你认为天线是这样的：
事实上，天线可以是这样的：
天线完美隐藏
上图显示的不是汽车后挡风玻璃或电加热系统的金属丝，而是集成在后窗玻璃中的天线（来源：作者父亲的大众速腾），红色标记部分AM蓝色是天线FM绿色是天线FM/数字广播信号天线。
这样的车天线超出了你的理解吗？
这里的两个FM天线构成了最简单的多源天线系统，广播会自动选择接收效果好的天线信号作为信号源，或者简单叠加两个信号，提高信号强度。这样的系统不需要安装额外的天线
慕尼黑联邦大学教授首先将天线集成在玻璃中Heinz Lindenmeier该发明随后成为汽车天线行业的标准技术。为了避免汽车发动机和其他电子设备的干扰，大多数天线选择集成在后窗玻璃或侧玻璃中。
假如上图中的天线还有痕迹可寻。下图所示的集成天线真是难找行踪。
各种隐形版天线：棕色为金属线即天线，整个结构可粘贴在汽车的各种特定位置： 如保险杠、固定风翼内侧、后盖、车门等
虽然这与设计师的初衷非常一致——努力在不影响车辆形状的情况下获得完美的信号接收效果。但在某种程度上，这种设计减少了汽车天线系统的存在，甚至看不见，谁会主动关注这样的天线呢？当然，也有一种小隐藏在野外的方法，这种天线可能已经看到了，就是所谓的鳍天线。
鲨鱼鳍天线分解图
上图中为宝马设计的鱼鳍天线与乐高非常相似。电路板是底盘，可以像积木一样添加各种天线系统模块，以满足不同车型对天线的要求。可选功能有：AM/FM数字广播/电视(短竿)（DAB/TV）、GPS、卫星信号（SDARS）、远程控制（TS）、近距离无线信号交流（Car2X）、LTE等等，典型的看菜吃饭。
这种设计可能会带来一定的空间浪费，但它节省了大量的时间和发时间和费用，结构更强，维护更简单，也保留了升级汽车天线系统的可能性。另一点是，它位于汽车的后顶部，具有很高的识别度，便于刷存在感……
汽车天线系统是什么？
看了几个最新的天线，就要回归本质，谈谈什么是汽车天线系统。
首先，天线的最大功能是完成电路中电信号与空间中电磁信号的相互转换，使远离数千英里的电子系统相互交流。更重要的是，与电缆不同，天线系统信息传输的两端可以自由移动，这完全符合汽车的使用限制。
到目前为止，汽车天线系统仍然被称为车载接收系统（Automotive Reception System），因为它的功能也集中在接收信号上。空间中的电磁信号通过天线（Antenna）由放大器转换为电信号（Amplifier）然后通过同轴电缆调整信号强度（Coaxial Cable），交通车载信息娱乐系统（Infotainment System）进行解码和后期处理。这也是本文的主要介绍部分。
必须强调的是，天线中没有听清楚，听黑暗的说法。天线应在一定频率范围内固定接收电磁信号，因此天线通过选择性接收不同的信号频率。除了传统的AM/FM还有GPS、数字广播/电视信号（DAB）、远程控制（TS）、蓝牙（Bluetooth）、卫星信号（SDARS）、4G/5G、车对车通信（Car2Car/Car2X）等等，它们占据不同的频率段，如下图所示。
不同车载信号的频率段分布(来源:Karsten Ropers， Fuba Automotive Electronics）
AM模拟信号的夕阳频率为153kHz到6.2MHz，从今年1月1日起，德国和其他许多欧洲国家已经正式关闭了一切AM模拟信号电台，转而由AM替换数字信号；FM从87.5MHz到108MHz（日本为76MHz到95MHz）；数字广播从174MHz到240MHz；GPS信号从1574.397MHz到1576.443MHz等等。
一般来说，电磁信号的频率越高，在空间中传输信息的速度就越快，但在传输过程中，折射和衍射对信号的干扰越大，发射所需的能耗就越大。因此，信号的频率不能无限增加，这就是为什么许多制造商现在声称5G为了提高数据交换速度(信号频率)，信号的广度被牺牲，技术只能覆盖小到只有一个物流工厂。
低频信号的覆盖范围要大得多，比如在德国，波兰，甚至英国AM模拟信号。
天线系统的存在价值也是广义的。
汽车天线系统的工作原理
汽车天线系统只负责接收和控制信号强度。此工作不涉及编码/解码（Modulation/Demodulation）或模拟/数字信号转换（AC/DC），因此，天线系统的原理只涉及如何接收信号和控制信号强度。
“接收”
从最简单的理论上讲，当天线与空间中的电磁信号产生共振时，电磁信号将被接收为电信号，使下一个信息提取成为可能，如下图所示。信号携带的信息不会丢失，即所谓的信号不会扭曲，前提是天线的有效长度达到信号波长的4分之一。
因此，根据不同信号的不同频率范围，我们可以大致估计接收该信号的天线的最短长度(波长=光速/频率，天线长度≈波长/4)，例如，数字广播信号天线的长度应在31-43cm之间；AM从理论上讲，模拟信号的天线长度应该在12到500米之间，但是谁见过半公里长的天线呢？更何况一辆车，怎么装这么长的天线？
首先，在形状上，天线不一定是一根直杆。能与目标信号产生共鸣的天线形状多样，否则你认为为什么智能手机没有天线？
智能手机天线图(负责接收不同频率信号的每个天线段)
其次，并不是说天线并不是只在完美共振的情况下才能接收信号，否则要是想听所有FM天线密集的恐惧症不是频道吗？FM标准天线长75厘米，相当于100MHz四分之一的信号波长，但它被用作整个FM频率段（87.5至108MHz）标准天线可接收FM频率段的所有信号。
再次，也是最重要的，天线的有效长度并不永远受制于其物理长度。我们通常看到的长杆天线是被动和单极的，其有效长度等于其物理长度和高阻抗；但主动天线具有场效应管（FET）以电源为主体的特殊电路可以使天线接收信号的有效长度突破其物理长度的限制；也就是说，原本需要500米长的天线接收的信号也可以用20厘米长的天线接收。
到目前为止，我们终于可以随意设计天线了。
“控制”
对于控制信号强度的放大器，主要有两个功能：
1、在一定程度上控制信号强度：在正常情况下，天线接收到的信号强度不能满足信息处理的需要，因此需要放大器将信号强度提高到一定程度，信号强度的绝对单位是dBm，0 dBm相当于1mW，10dBm相当于10mW，相对强度单位为对数增长关系dB，信号强度增加3dB相当于加倍。
顾名思义，放大器中的信号放大单元会放大信号的强度，然后交给车载信息娱乐系统，确保导线中信号的衰减不会影响最终信息读取。但是，根据特殊需要，放大器将配备闭环电路，这也可以确保当接收到的信号强度过大时，将其减少到合理的范围。
2、匹配（compensation）天线和信息娱乐系统阻抗：简单地说，将接收系统（天线和放大器）的阻抗调整到接近信息娱乐系统的阻抗，以尽量减少信号传输过程中的功率损失。通过阻抗转换单元，天线从高阻抗变为约50欧姆的低阻抗。
阻抗：指电路中电阻、电感、电容器等元件对交流电的阻碍，不仅描述电压与电流之间的振幅关系，而且描述其相位关系。电阻是指电路在直流中（相位=0)下阻抗。
阻抗是天线领域非常重要的概念，因为接收/发送的信号频率不同，接收系统电路的阻抗差异很大。如何在动态条件下实现功率匹配一直是天线系统电子工程师关注的话题。
每个天线系统制造商使用不同的匹配方法。有无脑调试系统，使其接近50，因为50是业内常见的目标阻抗；阻抗标准也根据信号强度适当改变。每个人都有自己的优点和缺点，所以这里就不展开了。
汽车天线系统的变化
之前看过新天线，再来看看汽车天线系统外观的变化。
传统天线(1辫子天线，2短杆天线)和新天线(3鲨鱼鳍，4集成天线)
上图1是作者的老福特车。大多数传统的汽车天线都是这样一根金属杆，有些也可以伸缩。它位于汽车的前面、屋顶或后面，不小心被熊海子拔出作为武器。它的功能也很简单，只不过是接收AM/FM广播模拟信号。
之后，上图2中出现了短杆天线。缠绕在天线杆上的金属丝不仅可以防止天线晃动，降低噪音，还可以增加天线的有效长度。两者都属于所谓的传统天线。
随着汽车天线系统的发展，不同的汽车制造公司都有自己的天线系统解决方案。例如，宝马倾向于使用鱼鳍天线（上图3），简单但不简单，低调但不低档，但外观相似。
更多的公司兼容并包，如捷豹路虎，通过鲨鱼鳍天线实现GPS、LTE、在接收卫星信号时，他们还选择集成天线(上图4)接收AM/FM数字广播/电视信号。集成天线的位置不同，玻璃、保险杠、风翼等，可以是天线的载体；它的形状也非常不同，有时是细长的金属丝，有时是扁平的金属片。这两兄弟属于所谓的新天线。
对于与天线相匹配的放大器，根据需要处理的信号形成各自的结构所展示的，是FM信号放大器的一部分电路图，以及TV/TS信号放大器的实物图。
FM信号放大器电路图，及TV/TS信号放大器实物图
红圈里是FM信号放大器的核心控制部分，其余的，则为匹配模块、防静电模块、控制模块等等。比如红圈以下的闭合回路就是AGC（Automatic Gain Control ，信号强度自动控制），当输入信号过高时，能够起到负反馈作用，削减信号强度。
由于不是外观件，所以放大器外观的变化就不那么重要了。而放大器的个体大小和电子元件的大小密切相关，随着SMD（surface-mount device，表面粘贴元件）的出现，最新一代的车载放大器实物大约15cm长、5cm宽、5cm厚。但随着摩尔定律的逐渐失效，放大器的“减肥”过程也在逐渐放缓。
天线和放大器，就组成了最简单的信号接收系统。
如何调试一个新天线系统
影响汽车天线系统功能的潜在因素实在不胜枚举：高楼、金属物体、风雨雷电，甚至阳光、路过的电瓶车。无人，我是说无人，可以断言任何一款车的天线系统的路上表现。因此调试是新天线系统走向应用的关键一步。笔者亲历过不少集成天线的调试过程，调试天线的方法有两种——软件模拟，或者实物测试。
软件模拟没什么好说的，在RF（Radio Frequence）领域，ADS（Advanced Design System）和FEA（Finite-Element-Analyse，有限元分析）软件属于标准配置，前者和Labview类似，可以模拟天线系统自身的工作情况；后者则能够模拟天线周围的环境，预判其接收效果。略过不表。
实物调试就比较有意思了，以下图车后玻璃集成天线为例，概括起来一个字——蒙！先别笑，这里的蒙是有技术含量的，并不是玩俄罗斯轮盘。
集成在后窗玻璃中的天线的实际调试
第一蒙：基于几十年的经验，汽车天线工程师们大致可以根据要求和情况，估计集成天线在车辆的哪个部位的接收效果最好。大体上说，天线应该适当选择较高的位置，位置越高，能够接收到的信号强度越高，就越容易控制。
这里谈论的车，可能在几年后才会上市，工程师只能根据厂家的车型介绍，结合现有的相似车型，提供天线位置的建议。当然，一些车辆制造商会直接给出汽车天线的位置要求，这倒是省了工程师不少事，毕竟不是每个设想都能被实现，其中有打自己脸还是打别人脸的区别。
第二蒙：具体集成天线的结构。天线分几股？每股多长？距离多远？直线还是分叉等等。这个选天线的事情有可能“随意”到不像个正儿八经地科学测试……但是，评价一款接收系统好坏的标准非常简单——系统对目标信号的接收和放大能力，必须达到汽车厂商的要求。
某一次，笔者和一个同事花了几个小时在调试集成在后窗玻璃上的天线，整个过程其实只是不断将3股天线中的某一根截短或加长，等待一个令人满意的结果“自动出现”，说是守株待兔也并不为过。
当然，话要说回来，这个过程是遵循一定规律的，而这个规律，本身是不规律的，需要几十年的经验积累……
因为——车内的任何金属部件，都有可能引起接收系统与信号的非正常共振，影响信号的输出强度，比如座椅中的金属支架、某一段特殊长度的导线；更麻烦的，是有电流通过的部件，诸如尾灯、刹车灯、整流器等等，一旦它们的电磁兼容（EMC）没有做到完美（一般情况下，不可能完美），汽车天线工程师可能就要死一大堆脑细胞了。更不用提正式上路之后，潜在的影响因素就更多了。
再扯扯一些特别的技术要求，有一些FM天线直接将整个加热网作为天线本体，为了防止加热电流对高频信号产生影响，加热丝的两端要加装陷波器（Wavetrap），过滤掉直流的加热电流中的交流部分。将天线集成在某个位置的方式几乎适合所有车型，但是也有其局限性：对于AM/FM以及数字电视/广播信号的接收，信号在被接收后，必须马上经由放大器处理，否则导线的削减效果会让信号“消失”，所以在集成天线附近，需要给放大器预留位置。频率更高的信号（SDARS、LTE等）则需要直接接入放大器（如鲨鱼鳍天线中的情况），因为天线与放大器之间任何导线都可能造成高频信号的失真。
汽车为何需要“新型”天线系统？
新型天线的优点，首先当然是它能满足汽车本身对各种新兴信号的接收要求：数字广播信号的音质，和CD无异，我们不再需要忍受模拟信号无尽的背景杂音了；GPS信号提供车辆定位、紧急情况处理服务；远程控制信号能实现汽车预加热/制冷、发动机提前启动等等功能，这是传统天线可望而不可及的。
其次，新型天线不像传统天线一样容易损坏，因为它们体积更小，结构更坚固，甚至有些位于车体内，受到的外界环境威胁（比如熊孩子）要小得多。最后，就是“新型天线在美学上的功用”，说得直白一点：好看！如果还要形象一点，那我们就用手机作个比方吧。自己用上了智能机，那就别让自己的爱车用大哥大了嘛！
敢问路在何方？
随着无人驾驶等等技术的出现，汽车天线系统在原本接收信号的基础上，也必定需要具备发射信号的功能，因为汽车将不再是独立的个体，而是整个交通网络的组成部分，需要与周围的事物实时“交流”。比如新兴的“Car2X”概念，就是说要让车和其他的电子设备进行实时沟通，比如其它车、行人的手机、信号灯、交通控制网络等等，就是要赋予车“自我感知和判断”的能力——简单的例子，“低头族”正在一边玩着手机一边过马路，汽车天线系统能够通过定位手机，预判行人走向，从而自动调节车辆制动和方向系统，避免悲剧发生，判断的依据，将会是汽车天线系统所提供的位置信息。
“Car2X”天线系统是所有汽车生产商关注的对象，这也给汽车天线系统的生产厂商提出了新的要求——在不久的将来，交通系统将成为一张网络，作为其主体组成的汽车、火车、飞机等交通工具，必须协调运作，优化效率，这通通取决于相互的信息交流，汽车天线系统作为信息交流的媒介，任重道远。
比如炙手可热的毫米波雷达，顾名思义，就是波长在毫米等级的信号发射/接收系统，其超高的频率（30至300GHz）带来了超快的信息交流速度，以及短距离内较强的穿透力（但是一旦下雨，就完全失效）。毫米波雷达被用来探测车辆周围的环境，使车辆能够对快速的环境变化作出及时的“反应”。
设想一下，如果你的车能够与交通网络“交流”，一路绿灯将不再是梦想；与行人“交流”，能够避免多少车祸；与其它的车“交流”，省去了刮擦的危险等等，也许某一天，驾照将不再是驾车的前提，甚至你的爱车会“独自”上路，购买生活用品，接送孩子上下，画美不看。当然，实现这一切，只靠汽车天线系统的发展是远远不够的，毕竟小编不能像推销脑白金一样介绍汽车天线系统不是吗？
汽车天线行业现状
目前市面上主要的汽车接收系统生产商有德国的福霸（Fuba）、凯瑟琳（Kathrein），美国的莱尔德（Liard）以及日本的原田（Harada）。国内有苏中天线，几乎是处于垄断地位。作为万年被忽视的汽车部件，汽车天线行业并没有自暴自弃，相反地，正因为其“不入法眼”，导致行业竞争异常血腥——除非有好的口碑，否则就等着被淘汰吧，再仰望下整车制造厂商，真可谓“人为刀俎，我为鱼肉”，鱼还游在鱼塘里。
汽车天线行业的利润产生方式也比较特殊——给迈凯轮、法拉利、宾利供货只是吹嘘技术水平的资本，即便一个天线卖上500欧元，这些高端车的年销售量只有几千，利润远远不及10欧元一个给福特福克斯（focus）的天线，因为它的年销售量接近百万。对于汽车零部件行业从业人员来说，还有另外一个得瑟的机会：产品需要在样车上进行路上测试，500+ps的跑车经常会出现在公司车库里，小编目测这些车是自己奋斗一辈子也买不起，那就开去测试过个瘾。这里放个车内的视角，实在是车子还没上市，不方便透露外观。
某500+ps跑车
此外，对天线系统元件的成本压缩也是盈利的重要方式，1个电阻便宜1分钱，1个产品上有5个相同电阻，产品的生命周期为500万件……这个成本不得不算，这也导致汽车天线行业的无数专利，都只能贴在墙上。目前行业的热点，就是“Car2X”，谁走在“Car2X”研发的前列，谁就可以统领未来的汽车天线市场，毕竟，这是个求盈利的行业，技术垄断就是市场垄断，不是吗？