利用5G升級(jí)汽車信號(hào)管理，為未來(lái)做好準(zhǔn)備

5G的引入顛覆了汽車行業(yè)。5G 汽車憑借其驚人的速度、更好的連接性和更低的延遲，將會(huì)改變汽車的工作方式。

5G 的采用將使汽車變得更安全、更高效。5G 在聯(lián)網(wǎng)汽車中的未來(lái)涉及內(nèi)部和外部天線的戰(zhàn)略整合，幫助汽車與 5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速、低延遲且可靠的通信。這種 5G 通信使得高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、實(shí)時(shí)交通更新、遠(yuǎn)程診斷和無(wú)縫娛樂(lè)體驗(yàn)等各種應(yīng)用成為可能。隨著 5G 基礎(chǔ)設(shè)施不斷發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)汽車將變得越來(lái)越精密，并能夠充分發(fā)揮這一變革性技術(shù)的潛力。

5G的推動(dòng)力

未來(lái)，使用 5G 網(wǎng)絡(luò)的汽車需要具備增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器式通信（mMTC）以及超可靠且低延遲的通信。消費(fèi)者通過(guò)增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶，只需數(shù)毫秒即可傳輸千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。mMTC 允許間歇性數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)智慧城市，由5G連接的路燈、紅綠燈和建筑控制交通流量。在農(nóng)村地區(qū)，聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)則可以提高作物產(chǎn)量，降低糧食成本。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車、遠(yuǎn)程患者監(jiān)護(hù)和工業(yè)自動(dòng)化等高風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)說(shuō)，超可靠且低延遲的通信至關(guān)重要。這些作業(yè)方式推動(dòng)了在不久的將來(lái)對(duì)更高連接性的需求。

5G在聯(lián)網(wǎng)汽車中的未來(lái)

5G 為汽車行業(yè)提供了新的商業(yè)機(jī)會(huì)，并且提高了道路安全。道路運(yùn)營(yíng)商可以利用從聯(lián)網(wǎng)車輛中收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 確保交通安全并避免事故發(fā)生。

圖1 聯(lián)網(wǎng)車輛屬于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的一部分

汽車制造商傾向于安裝車載安全傳感器，以確保駕駛員的安全。汽車傳感器支持自動(dòng)駕駛，并且可在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的情況下檢測(cè)交通擁堵情況和替代路線選擇。新型 5G 基礎(chǔ)設(shè)施憑借經(jīng)過(guò)紅綠燈優(yōu)化的速度控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)各十字路口的交通，以及自動(dòng)駕駛車輛使用專用車道方便駕駛和移動(dòng)，將會(huì)創(chuàng)造更加便捷的駕駛體驗(yàn)。憑借5G技術(shù)，汽車零事故的宏偉愿景將觸手可及。

信號(hào)完整性管理

對(duì)于3G和4G，業(yè)界以低于6GHz的頻率使用非獨(dú)立（NSA）新無(wú)線電（NR）。然而對(duì)于5G通信，長(zhǎng)期目標(biāo)是將6GHz以下頻率和24GHz至100GHz之間的頻譜結(jié)合起來(lái)。5G頻率分配分為FR1和FR2兩個(gè)頻段。目前的新無(wú)線電（NR）標(biāo)準(zhǔn)支持600 MHz至50 GHz 以上的頻率，在5G頻率范圍的下限和上限之間具有不同的信號(hào)特征。

FR1 頻段分為低頻段（600至700 MHz）和中頻段（2.5至3.7 GHz）。這些頻率適用于 WiFi、GPS、藍(lán)牙、Zigbee 通信信號(hào)和其他非通信設(shè)備。第二個(gè)頻段FR2包含 24至39 GHz 的毫米波（mmWave）頻率。頻率越高，數(shù)據(jù)傳輸速度越快。低頻段提供類似 4G 的 25 至 200 Mbps 下載速度，而FR2頻段則可實(shí)現(xiàn)20 Gbps 的下行速度。毫米波的波長(zhǎng)約為 1cm 至 1mm，頻率范圍約為30 GHz至300 GHz。

隨著頻率的不斷提高，信號(hào)完整性（SI）管理變得越來(lái)越困難。速度提高的同時(shí)也要做出權(quán)衡：傳播受限于視距（LOS），隨著距離的增加衰減更快，并且更難以穿透建筑和茂密的植被。這些損失可以通過(guò)部署更多的蜂窩來(lái)彌補(bǔ)，尤其是在城市環(huán)境中?？梢允褂貌煌姆涓C配置來(lái)應(yīng)對(duì)毫米波頻率的實(shí)際情況。

全向天線和信號(hào)強(qiáng)度方面的挑戰(zhàn)

汽車行業(yè)對(duì)5G的前景持樂(lè)觀態(tài)度，但在整合移動(dòng)通訊與天線技術(shù)方面仍存在挑戰(zhàn)。目前，信號(hào)通過(guò)電纜連接從車頂?shù)奶炀€傳輸?shù)杰囕d電子設(shè)備。由于需要更高的帶寬，5G將探索從6到100 GHz的更寬工作頻率范圍，這就要求將電子設(shè)備安裝在靠近天線的位置。然而，天氣波動(dòng)和高溫會(huì)對(duì)電子設(shè)備的性能和運(yùn)行周期產(chǎn)生負(fù)面影響。頻率范圍的擴(kuò)大增加了無(wú)線電場(chǎng)衰減，導(dǎo)致只能從更短的距離接收信號(hào)。這導(dǎo)致全向天線出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法接收信號(hào)或只能在有限范圍內(nèi)接收信號(hào)。另外，路邊裝置也必須配備定向天線，將信號(hào)傳輸?shù)竭^(guò)往車輛的設(shè)備上。一些天線制造商正在合作解決該問(wèn)題。5G將使用FR2，即擴(kuò)展的毫米波頻段，比LTE頻段要寬10倍。

天線解決方案

天線在無(wú)線高速通信、實(shí)現(xiàn)信息共享、無(wú)縫車載娛樂(lè)以及物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展方面至關(guān)重要。5G設(shè)備需要重新設(shè)計(jì)并高度優(yōu)化天線，以支持新的頻率和傳輸方式。5G大規(guī)模 MIMO網(wǎng)絡(luò)具備更強(qiáng)的抗干擾能力，并且使用波束成形技術(shù)來(lái)最大限度地提高信號(hào)傳輸。

天線在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中很常見(jiàn)，每輛車上都會(huì)安裝多達(dá)二十幾個(gè)天線。天線廠商如莫仕Molex 可針對(duì)任何連接要求提供定制的天線解決方案。而且，這些解決方案在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和測(cè)試后，完全符合汽車和商用車OEM廠商的規(guī)格要求。莫仕工程師采用業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的射頻專業(yè)知識(shí)開(kāi)發(fā)一流的天線，確保實(shí)現(xiàn)卓越的連接性。

天線需要安裝在車廂安全環(huán)境內(nèi)外的戰(zhàn)略位置，并與車身控制模塊（BCM）系統(tǒng)相連。設(shè)計(jì)人員需要訪問(wèn)內(nèi)部和外部的天線解決方案才能在現(xiàn)代汽車內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)鑰匙功能。他們需要一個(gè)占地面積小的PCB板載天線，以及一個(gè)密封的外部天線用于非車廂安裝。

每輛車都會(huì)發(fā)送大量數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用多輸入多輸出（MIMO）發(fā)射器和接收器同時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)。滿足這一苛刻要求的最新解決方案是多合一集成天線，它支持一系列 MIMO技術(shù)，包括 5G NR 4x4/LTE MIMO和 WiFi MIMO，并結(jié)合使用多個(gè)WiFi 5G 天線作為導(dǎo)航的GNSS解決方案。這些多天線解決方案將為自動(dòng)駕駛汽車所需的大量數(shù)據(jù)提供需要的帶寬。

外部天線

莫仕提供電纜連接的外部天線，它的外殼采用的是堅(jiān)固耐用的熱塑性材料，并且能夠提供卓越的射頻性能。這些天線適用于各種環(huán)境，包括高濕度、腐蝕性化學(xué)品、極端溫度、沖擊和振動(dòng)。莫仕已將其在堅(jiān)固連接系統(tǒng)和外殼方面的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于外部天線，可提供標(biāo)準(zhǔn)的粘合、磁吸和螺栓固定選項(xiàng)。天線和電纜既可以采用標(biāo)準(zhǔn)配置，也可以定制。其不斷擴(kuò)展的創(chuàng)新天線產(chǎn)品系列包括用于2G/3G/4G/5G模塊和設(shè)備的現(xiàn)成 LTE/5G天線。這些天線可提供卓越的覆蓋范圍、可靠性、高效率和峰值增益，使其成為不同無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理想選擇。多協(xié)議解決方案支持 GSM、CDMA、UMTS、LTE、5G NR等蜂窩頻段，適合各種應(yīng)用。

圖2 LTE/5G蜂窩外部天線

內(nèi)部天線

擋風(fēng)玻璃或車頂?shù)葍?nèi)部天線與車輛結(jié)構(gòu)融為一體，可提供美觀而令人愉悅的保護(hù)。但是，金屬機(jī)身可能會(huì)造成干擾并影響性能。車外的外部天線可以更好地接收信號(hào)，因而用于自動(dòng)駕駛和實(shí)時(shí)通信等應(yīng)用。但視覺(jué)上并不美觀，而且容易損壞。莫仕利用其行業(yè)領(lǐng)先的專業(yè)知識(shí)和能力為無(wú)線和移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造定制的天線解決方案，專注于采用 MID/LDS、柔性、沖壓和陶瓷技術(shù)的小型多頻段和互補(bǔ)天線。

MID/LDS技術(shù)可為模制互連器件提供靈活性和三維設(shè)計(jì)自由。它由一家供應(yīng)商提供工程服務(wù)和制造工藝，從而確保質(zhì)量、一致性和經(jīng)濟(jì)效益。LDS技術(shù)支持將多個(gè)天線集成到一臺(tái)設(shè)備中。

 組合天線

莫仕組合天線擴(kuò)展了頻率范圍，支持多種無(wú)線通信協(xié)議、遠(yuǎn)程連接、高功率效率和輕松集成。隨著WiFi/GPS應(yīng)用變得越來(lái)越小，它們需要更小但性能更高的天線，來(lái)覆蓋整個(gè)GNSS頻段。莫仕的緊湊型2.4/5 GHz組合型GPS/WiFi陶瓷天線是一種具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。

先進(jìn)的WiFi應(yīng)用需要堅(jiān)固耐用的天線來(lái)實(shí)現(xiàn)高屏障穿透和可靠的連接。莫仕兼容WiFi HaLow 的三頻段陶瓷天線具有抗干擾性，支持比 2.4/5 GHz連接更大但更低的頻率范圍，在更廣的范圍內(nèi)以更低的功率運(yùn)行，并支持多種設(shè)備。無(wú)線通信開(kāi)發(fā)人員更喜歡可以立即集成的天線，而莫仕GPS/WiFi 組合型平衡PCB和柔性天線采用偶極設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)平衡傳輸。

5G連接器

毫米波系統(tǒng)中的連接器在幾何形狀、尺寸和材料選擇方面面臨挑戰(zhàn)，同時(shí)還要與傳輸線路的特性阻抗相匹配。阻抗匹配對(duì)于減少信號(hào)反射和最大限度傳輸功率至關(guān)重要。5G連接器必須處理比前幾代產(chǎn)品更高的功率，瞬時(shí)電流可能達(dá)到15A+以上。設(shè)計(jì)考慮因素包括短射頻終端、增加屏蔽以及獨(dú)特的屏蔽位置。先進(jìn)的5G應(yīng)用需要節(jié)省PCB空間、具有高性價(jià)比和各種設(shè)計(jì)功能，以滿足客戶的應(yīng)用需求。5G15系列連接器可最大限度節(jié)省PCB空間，支持高達(dá)15 GHz的頻率，并且具有EMI屏蔽，堅(jiān)固的配接以及電源和高速信號(hào)選項(xiàng)的引腳分配。它的過(guò)模設(shè)計(jì)可防止將引腳拔出，同時(shí)堅(jiān)固的大型電源和接地釘可防止在配接時(shí)損壞互連器件。

5G15系列連接器具有高度通用性，可取代FPC電纜上的多根同軸電纜，支持5G毫米波，6 GHz以下頻率和4G/LTE應(yīng)用，并且在單個(gè)連接器中結(jié)合了射頻和非射頻連接。在具有2射頻 + 1.0A電源或4射頻但無(wú)電源配置的天線模塊中，可以靈活分配電源和高速信號(hào)的引腳。

憑借莫仕專有的觸點(diǎn)屏蔽和射頻終端隔離技術(shù)，5G25系列連接器為高頻（25 GHz）需求提供了行業(yè)領(lǐng)先的信號(hào)完整性能。連接器的易損性使其制造商必須提供卓越的電氣可靠性，因?yàn)樗鼈儽仨殘?jiān)固耐用，能夠承受粗暴的處理或嚴(yán)苛的工作條件。設(shè)計(jì)靈活性對(duì)于這些連接器適應(yīng)廣泛的行業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要。5G25系列獨(dú)有的插頭和插座設(shè)計(jì)滿足了移動(dòng)、可穿戴設(shè)備和5G行業(yè)對(duì)射頻連接器需要易于部署的要求，這些連接器可在需要配合公差的組裝過(guò)程中輕松部署，同時(shí)又能夠保持電氣接觸的可靠性。

結(jié)語(yǔ)

作為連接解決方案提供商，莫仕正以其先進(jìn)的天線技術(shù)、天線集成、信號(hào)增強(qiáng)方案、物聯(lián)網(wǎng)連接創(chuàng)新，來(lái)影響5G在聯(lián)網(wǎng)汽車中的發(fā)展前景。通過(guò)精心設(shè)計(jì)和制造高性能的內(nèi)部和外部天線，莫仕不僅滿足了汽車行業(yè)對(duì)技術(shù)與美學(xué)的雙重高標(biāo)準(zhǔn)，確保了卓越的信號(hào)接收能力，還致力于克服汽車金屬構(gòu)造帶來(lái)的信號(hào)干擾挑戰(zhàn)，從而提升天線性能，促進(jìn)車輛與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的高效流通。e絡(luò)盟以其快速響應(yīng)的供應(yīng)鏈體系、可靠的產(chǎn)品來(lái)源以及深厚的行業(yè)知識(shí)，為電子與工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)及維修提供一站式解決方案。作為莫仕信賴的合作伙伴，e絡(luò)盟幫助廣大客戶輕松選購(gòu)莫仕各種5G連接解決方案，從而加速其創(chuàng)新步伐，把握5G時(shí)代的無(wú)限可能。