利用5G升級汽車(chē)信號管理，為未來(lái)做好準備

5G的引入顛覆了汽車(chē)行業(yè)。5G 汽車(chē)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(chē)的工作方式。

5G 的采用將使汽車(chē)變得更安全、更高效。5G 在聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)中的未來(lái)涉及內部和外部天線(xiàn)的戰略整合，幫助汽車(chē)與 5G 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行高速、低延遲且可靠的通信。這種 5G 通信使得高級駕駛輔助系統（ADAS）、實(shí)時(shí)交通更新、遠程診斷和無(wú)縫娛樂(lè )體驗等各種應用成為可能。隨著(zhù) 5G 基礎設施不斷發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)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(chē)需要具備增強的移動(dòng)寬帶、大規模機器式通信（mMTC）以及超可靠且低延遲的通信。消費者通過(guò)增強的移動(dòng)寬帶，只需數毫秒即可傳輸千兆字節的數據。mMTC 允許間歇性數據傳輸，從而實(shí)現智慧城市，由5G連接的路燈、紅綠燈和建筑控制交通流量。在農村地區，聯(lián)網(wǎng)農業(yè)系統則可以提高作物產(chǎn)量，降低糧食成本。對于自動(dòng)駕駛汽車(chē)、遠程患者監護和工業(yè)自動(dòng)化等高風(fēng)險基礎設施來(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)對更高連接性的需求。

5G在聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)中的未來(lái)

5G 為汽車(chē)行業(yè)提供了新的商業(yè)機會(huì )，并且提高了道路安全。道路運營(yíng)商可以利用從聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛中收集的數據進(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(chē)輛屬于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的一部分

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

信號完整性管理

對于3G和4G，業(yè)界以低于6GHz的頻率使用非獨立（NSA）新無(wú)線(xiàn)電（NR）。然而對于5G通信，長(cháng)期目標是將6GHz以下頻率和24GHz至100GHz之間的頻譜結合起來(lái)。5G頻率分配分為FR1和FR2兩個(gè)頻段。目前的新無(wú)線(xiàn)電（NR）標準支持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、藍牙、Zigbee 通信信號和其他非通信設備。第二個(gè)頻段FR2包含 24至39 GHz 的毫米波（mmWave）頻率。頻率越高，數據傳輸速度越快。低頻段提供類(lèi)似 4G 的 25 至 200 Mbps 下載速度，而FR2頻段則可實(shí)現20 Gbps 的下行速度。毫米波的波長(cháng)約為 1cm 至 1mm，頻率范圍約為30 GHz至300 GHz。

隨著(zhù)頻率的不斷提高，信號完整性（SI）管理變得越來(lái)越困難。速度提高的同時(shí)也要做出權衡：傳播受限于視距（LOS），隨著(zhù)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，尤其是在城市環(huán)境中?？梢允褂貌煌姆涓C配置來(lái)應對毫米波頻率的實(shí)際情況。

全向天線(xiàn)和信號強度方面的挑戰

汽車(chē)行業(yè)對5G的前景持樂(lè )觀(guān)態(tài)度，但在整合移動(dòng)通訊與天線(xiàn)技術(shù)方面仍存在挑戰。目前，信號通過(guò)電纜連接從車(chē)頂的天線(xiàn)傳輸到車(chē)載電子設備。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，這就要求將電子設備安裝在靠近天線(xiàn)的位置。然而，天氣波動(dòng)和高溫會(huì )對電子設備的性能和運行周期產(chǎn)生負面影響。頻率范圍的擴大增加了無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)衰減，導致只能從更短的距離接收信號。這導致全向天線(xiàn)出現問(wèn)題，無(wú)法接收信號或只能在有限范圍內接收信號。另外，路邊裝置也必須配備定向天線(xiàn)，將信號傳輸到過(guò)往車(chē)輛的設備上。一些天線(xiàn)制造商正在合作解決該問(wèn)題。5G將使用FR2，即擴展的毫米波頻段，比LTE頻段要寬10倍。

天線(xiàn)解決方案

天線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)高速通信、實(shí)現信息共享、無(wú)縫車(chē)載娛樂(lè )以及物聯(lián)網(wǎng)擴展方面至關(guān)重要。5G設備需要重新設計并高度優(yōu)化天線(xiàn)，以支持新的頻率和傳輸方式。5G大規模 MIMO網(wǎng)絡(luò )具備更強的抗干擾能力，并且使用波束成形技術(shù)來(lái)最大限度地提高信號傳輸。

天線(xiàn)在現代汽車(chē)設計中很常見(jiàn)，每輛車(chē)上都會(huì )安裝多達二十幾個(gè)天線(xiàn)。天線(xiàn)廠(chǎng)商如莫仕Molex 可針對任何連接要求提供定制的天線(xiàn)解決方案。而且，這些解決方案在經(jīng)過(guò)設計和測試后，完全符合汽車(chē)和商用車(chē)OEM廠(chǎng)商的規格要求。莫仕工程師采用業(yè)內領(lǐng)先的射頻專(zhuān)業(yè)知識開(kāi)發(fā)一流的天線(xiàn)，確保實(shí)現卓越的連接性。

天線(xiàn)需要安裝在車(chē)廂安全環(huán)境內外的戰略位置，并與車(chē)身控制模塊（BCM）系統相連。設計人員需要訪(fǎng)問(wèn)內部和外部的天線(xiàn)解決方案才能在現代汽車(chē)內實(shí)現無(wú)鑰匙功能。他們需要一個(gè)占地面積小的PCB板載天線(xiàn)，以及一個(gè)密封的外部天線(xiàn)用于非車(chē)廂安裝。

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

外部天線(xiàn)

莫仕提供電纜連接的外部天線(xiàn)，它的外殼采用的是堅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(xiàn)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)。莫仕已將其在堅固連接系統和外殼方面的專(zhuān)業(yè)知識應用于外部天線(xiàn)，可提供標準的粘合、磁吸和螺栓固定選項。天線(xiàn)和電纜既可以采用標準配置，也可以定制。其不斷擴展的創(chuàng )新天線(xiàn)產(chǎn)品系列包括用于2G/3G/4G/5G模塊和設備的現成 LTE/5G天線(xiàn)。這些天線(xiàn)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(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )應用的理想選擇。多協(xié)議解決方案支持 GSM、CDMA、UMTS、LTE、5G NR等蜂窩頻段，適合各種應用。

圖2 LTE/5G蜂窩外部天線(xiàn)

內部天線(xiàn)

擋風(fēng)玻璃或車(chē)頂等內部天線(xiàn)與車(chē)輛結構融為一體，可提供美觀(guān)而令人愉悅的保護。但是，金屬機身可能會(huì )造成干擾并影響性能。車(chē)外的外部天線(xiàn)可以更好地接收信號，因而用于自動(dòng)駕駛和實(shí)時(shí)通信等應用。但視覺(jué)上并不美觀(guān)，而且容易損壞。莫仕利用其行業(yè)領(lǐng)先的專(zhuān)業(yè)知識和能力為無(wú)線(xiàn)和移動(dòng)應用設計和制造定制的天線(xiàn)解決方案，專(zhuān)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天線(xiàn)。

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

 組合天線(xiàn)

莫仕組合天線(xiàn)擴展了頻率范圍，支持多種無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議、遠程連接、高功率效率和輕松集成。隨著(zhù)WiFi/GPS應用變得越來(lái)越小，它們需要更小但性能更高的天線(xiàn)，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(xiàn)是一種具有成本競爭力的解決方案。

先進(jìn)的WiFi應用需要堅固耐用的天線(xiàn)來(lái)實(shí)現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(xiàn)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，在更廣的范圍內以更低的功率運行，并支持多種設備。無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)發(fā)人員更喜歡可以立即集成的天線(xiàn)，而莫仕GPS/WiFi 組合型平衡PCB和柔性天線(xiàn)采用偶極設計，可實(shí)現平衡傳輸。

5G連接器

毫米波系統中的連接器在幾何形狀、尺寸和材料選擇方面面臨挑戰，同時(shí)還要與傳輸線(xiàn)路的特性阻抗相匹配。阻抗匹配對于減少信號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)電流可能達到15A+以上。設計考慮因素包括短射頻終端、增加屏蔽以及獨特的屏蔽位置。先進(jìn)的5G應用需要節省PCB空間、具有高性?xún)r(jià)比和各種設計功能，以滿(mǎn)足客戶(hù)的應用需求。5G15系列連接器可最大限度節省PCB空間，支持高達15 GHz的頻率，并且具有EMI屏蔽，堅固的配接以及電源和高速信號選項的引腳分配。它的過(guò)模設計可防止將引腳拔出，同時(shí)堅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應用，并且在單個(gè)連接器中結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(xiàn)模塊中，可以靈活分配電源和高速信號的引腳。

憑借莫仕專(zhuān)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，因為它們必須堅固耐用，能夠承受粗暴的處理或嚴苛的工作條件。設計靈活性對于這些連接器適應廣泛的行業(yè)應用至關(guān)重要。5G25系列獨有的插頭和插座設計滿(mǎn)足了移動(dòng)、可穿戴設備和5G行業(yè)對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。

結語(yǔ)

作為連接解決方案提供商，莫仕正以其先進(jìn)的天線(xiàn)技術(shù)、天線(xiàn)集成、信號增強方案、物聯(lián)網(wǎng)連接創(chuàng )新，來(lái)影響5G在聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)中的發(fā)展前景。通過(guò)精心設計和制造高性能的內部和外部天線(xiàn)，莫仕不僅滿(mǎn)足了汽車(chē)行業(yè)對技術(shù)與美學(xué)的雙重高標準，確保了卓越的信號接收能力，還致力于克服汽車(chē)金屬構造帶來(lái)的信號干擾挑戰，從而提升天線(xiàn)性能，促進(jìn)車(chē)輛與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統間數據的高效流通。e絡(luò )盟以其快速響應的供應鏈體系、可靠的產(chǎn)品來(lái)源以及深厚的行業(yè)知識，為電子與工業(yè)系統的設計、維護及維修提供一站式解決方案。作為莫仕信賴(lài)的合作伙伴，e絡(luò )盟幫助廣大客戶(hù)輕松選購莫仕各種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。