由于美观性更强且增加天线表面积使得其接收性能更好，所以在风窗玻璃中集成天线已经是一种流行。然而，这种天线的设计是一个复杂的过程，需要能够分析薄层电介质、嵌入式的细导线以及与周围车身之间的电磁相互作用。
德国汽车技术领导者戴姆勒与Altair建立了长期的合作关系，用于车载天线和电磁兼容性(EMC)仿真，并且是首批将风窗玻璃天线研发从测量驱动转换为仿真驱动的制造商之一。这种设计方法的改进能够在早期开发阶段研制出成熟可靠的天线布局性能。对EMC辐射发射测试进行仿真确定对风窗玻璃天线的干扰程度。
在调频(FM)、数字音频广播(DAB)、遥控钥匙(RKE)和电视机信号接收(TV)天线的工作频率范围内，车身是构成这些天线的一部分。这导致玻璃天线通常需针对每种车系列和每款车型进行调整或重新设计。不同的玻璃类型(例如，单层对比多层)也对天线性能产生影响，而且不同的配置可以改变多端口天线的阻抗。另外，不同的车辆类型需要不同的天线概念；例如，由于后风窗玻璃不可用，所以在敞篷车的汽车风窗玻璃中需要额外的天线(图1)。
由于天线系统中包含相互耦合的各种不同天线，就使得独立地对FM、DAB、RKE和TV等单个天线进行优化变得非常低效且耗时。为了使其多端口天线的优化过程更加高效，戴姆勒向Altair寻求更好的解决方案。除了要考虑变量的变化范围之外，还要包括多层玻璃的精确建模及确定其对天线的影响等挑战。典型的多层结构包含两个玻璃层和一个薄的PVB层，红外玻璃通常包含非常薄的金属层。对这些结构使用传统的建模方法(四面体或三角形网格)非常复杂，需要计算的未知量达到数百万。Altair ProductDesign建议, 可以通过 Altair HyperWorks 的电磁套件 Altair Feko中联合开发的风窗玻璃天线分析方法来解决这些问题。该解决方案必须通过分析表示多层的介电特性，从而能够非常有效地模拟风窗玻璃天线性能。此外，评估不同的风窗玻璃天线时必须考虑整个系统的影响。为了有效地实现这一目标，Altair ProductDesign实现了多端口后处理，允许重新评估不同的端口配置时而无需重新运行求解器。在考虑不同变体的放大器配置时，该方法非常有用。
图1：风窗玻璃和后风窗玻璃的不同天线布局
图2：用于风窗玻璃天线仿真的放大器和线缆连接模型
首先，在车辆模型内对初始的天线几何形状和布局进行建模。使用Feko显示多层玻璃结构，并将天线放置在任意层。模型中包含从放大器PCB板穿过放大器外壳到达车身的接地路径。天线和放大器之间的连接是用单线线缆或导电带实现的(图2)。
在无源端口(例如EMC滤波器)处，阻抗边界条件被描述为离散网络(例如，以touchstone标准格式)。对于天线性能的评估，包含不同的规格参数和目标函数，例如，对RKE天线的布局优化是对315MHz和434MHz的工作频率下的反射系数(S11)进行优化。
图3显示了优化过程中不同的S11曲线图。初始的布局是单频点谐振且没有在工作频点上。最终优化后的设计方案显示出良好的双频带特性。
对于FM、DAB和TV天线，优化是使特定频率和仰角的实际增益最大，在优化过程中通过显示天线的表面电流分布，来发现天线的哪些尺寸需要改变的方法是非常有用的。对于整车仿真，矩量法（MoM）可以应用到450 MHz。对于更高的电视频段，采用多级快速多极方法（MLFMM）求解器更有效。通常，天线系统包括一个双频带的RKE天线、两个FM / DAB天线和三个电视天线。 使用多端口方法在单次仿真中对每个频率下所有的这六副天线进行评估。有限的自由度意味着不可能为所有频带设计完美的宽带天线，而对于FM、DAB和TV天线，需要采用分集天线做补偿，以实现更好的接收性能。
建立的天线优化模型被重新用于整车EMC的仿真。根据CISPR-25标准的辐射分析，天线作为电磁噪声的受扰对象，只需要添加EMC骚扰源（例如线缆束）。对于高达250MHz的频率，线缆的辐射发射是整车EMC分析中最关键的噪声源。Feko提供MTL（多导体传输线法）和MoM / MTL混合法，来模拟不同类型的线缆和线缆线束。
图5：线缆的共模辐射以及与车载天线的耦合
对于不同的线缆束端口配置，多端口方法非常有效。例如，通过一次仿真，Altair ProductDesign可以同时评估多个噪声源或计算不同线缆布线的辐射发射。
图4显示了FM / DAB天线平均增益的典型结果，包括初始设计的（红色曲线）和优化后的（蓝色曲线）垂直和水平极化结果，其性能有高达8dB的性能改进。
Altair ProductDesign使用Feko的风窗玻璃分析工具开发的天线优化程序已成为新车生产线所有风窗玻璃天线布局的标准流程，并在与玻璃供应商密切合作中实现。该方法确保了高度成熟的天线布局，并允许对不同发射场景在天线端口处的电磁噪声进行评估，这有助于识别最坏情况的EMC场景。
图5显示了线缆共模辐射的仿真结果。针对不同的天线端口，对车载天线的耦合进行了对比。由于戴姆勒的车量保有量不断增加—同时也减少了原型样机的数量—只有使用仿真的技术才能对其进行有效管理。
