【導讀】5G 的采用將使汽車變得更安全、更高效。5G 在聯網汽車中的未來涉及內部和外部天線的戰略整合，幫助汽車與 5G 網絡進行高速、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）、實時交通更新、遠程診斷和無縫娛樂體驗等各種應用成為可能。隨著 5G 基礎設施不斷發展，聯網汽車將變得越來越精密，并能夠充分發揮這一變革性技術的潛力。
5G的引入顛覆了汽車行業。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 在聯網汽車中的未來涉及內部和外部天線的戰略整合，幫助汽車與 5G 網絡進行高速、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）、實時交通更新、遠程診斷和無縫娛樂體驗等各種應用成為可能。隨著 5G 基礎設施不斷發展，聯網汽車將變得越來越精密，并能夠充分發揮這一變革性技術的潛力。
5G的推動力
未來，使用 5G 網絡的汽車需要具備增強的移動寬帶、大規模機器式通信（mMTC）以及超可靠且低延遲的通信。消費者通過增強的移動寬帶，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，聯網農業系統則可以提高作物產量，降低糧食成本。對于自動駕駛汽車、遠程患者監護和工業自動化等高風險基礎設施來說，超可靠且低延遲的通信至關重要。這些作業方式推動了在不久的將來對更高連接性的需求。
5G在聯網汽車中的未來
5G 為汽車行業提供了新的商業機會，并且提高了道路安全。道路運營商可以利用從聯網車輛中收集的數據進行分析, 確保交通安全并避免事故發生。
圖 1：聯網車輛屬于物聯網環境的一部分
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駕駛，并且可在沒有網絡的情況下檢測交通擁堵情況和替代路線選擇。新型 5G 基礎設施憑借經過紅綠燈優化的速度控制系統、調節各十字路口的交通，以及自動駕駛車輛使用專用車道方便駕駛和移動，將會創造更加便捷的駕駛體驗。憑借5G技術，汽車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，業界以低于6GHz的頻率使用非獨立（NSA）新無線電（NR）。然而對于5G通信，長期目標是將6GHz以下頻率和24GHz至100GHz之間的頻譜結合起來。5G頻率分配分為FR1和FR2兩個頻段。目前的新無線電（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。低頻段提供類似 4G 的 25 至 200 Mbps 下載速度，而FR2頻段則可實現20 Gbps 的下行速度。毫米波的波長約為 1cm 至 1mm，頻率范圍約為30 GHz至300 GHz。
隨著頻率的不斷提高，信號完整性（SI）管理變得越來越困難。速度提高的同時也要做出權衡：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。這些損失可以通過部署更多的蜂窩來彌補，尤其是在城市環境中。可以使用不同的蜂窩配置來應對毫米波頻率的實際情況。
全向天線和信號強度方面的挑戰
汽車行業對5G的前景持樂觀態度，但在整合移動通訊與天線技術方面仍存在挑戰。目前，信號通過電纜連接從車頂的天線傳輸到車載電子設備。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的位置。然而，天氣波動和高溫會對電子設備的性能和運行周期產生負面影響。頻率范圍的擴大增加了無線電場衰減，導致只能從更短的距離接收信號。這導致全向天線出現問題，無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，將信號傳輸到過往車輛的設備上。一些天線制造商正在合作解決該問題。5G將使用FR2，即擴展的毫米波頻段，比LTE頻段要寬10倍。
天線解決方案
天線在無線高速通信、實現信息共享、無縫車載娛樂以及物聯網擴展方面至關重要。5G設備需要重新設計并高度優化天線，以支持新的頻率和傳輸方式。5G大規模 MIMO網絡具備更強的抗干擾能力，并且使用波束成形技術來最大限度地提高信號傳輸。
天線在現代汽車設計中很常見，每輛車上都會安裝多達二十幾個天線。天線廠商如莫仕Molex 可針對任何連接要求提供定制的天線解決方案。而且，這些解決方案在經過設計和測試后，完全符合汽車和商用車OEM廠商的規格要求。莫仕工程師采用業內領先的射頻專業知識開發一流的天線，確保實現卓越的連接性。
天線需要安裝在車廂安全環境內外的戰略位置，并與車身控制模塊（BCM）系統相連。設計人員需要訪問內部和外部的天線解決方案才能在現代汽車內實現無鑰匙功能。他們需要一個占地面積小的PCB板載天線，以及一個密封的外部天線用于非車廂安裝。
每輛車都會發送大量數據。該系統采用多輸入多輸出（MIMO）發射器和接收器同時傳輸大量數據。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，包括 5G NR 4x4/LTE MIMO和 WiFi MIMO，并結合使用多個WiFi 5G 天線作為導航的GNSS解決方案。這些多天線解決方案將為自動駕駛汽車所需的大量數據提供需要的帶寬。
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境，包括高濕度、腐蝕性化學品、極端溫度、沖擊和振動。莫仕已將其在堅固連接系統和外殼方面的專業知識應用于外部天線，可提供標準的粘合、磁吸和螺栓固定選項。天線和電纜既可以采用標準配置，也可以定制。其不斷擴展的創新天線產品系列包括用于2G/3G/4G/5G模塊和設備的現成 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，使其成為不同無線和網絡應用的理想選擇。多協議解決方案支持 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
內部天線
擋風玻璃或車頂等內部天線與車輛結構融為一體，可提供美觀而令人愉悅的保護。但是，金屬機身可能會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，因而用于自動駕駛和實時通信等應用。但視覺上并不美觀，而且容易損壞。莫仕利用其行業領先的專業知識和能力為無線和移動應用設計和制造定制的天線解決方案，專注于采用 MID/LDS、柔性、沖壓和陶瓷技術的小型多頻段和互補天線。
MID/LDS技術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和制造工藝，從而確保質量、一致性和經濟效益。LDS技術支持將多個天線集成到一臺設備中。
組合天線
莫仕組合天線擴展了頻率范圍，支持多種無線通信協議、遠程連接、高功率效率和輕松集成。隨著WiFi/GPS應用變得越來越小，它們需要更小但性能更高的天線，來覆蓋整個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爭力的解決方案。
先進的WiFi應用需要堅固耐用的天線來實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。無線通信開發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計，可實現平衡傳輸。
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，同時還要與傳輸線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重要。5G連接器必須處理比前幾代產品更高的功率，瞬時電流可能達到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。先進的 5G應用需要節省PCB空間、具有高性價比和各種設計功能，以滿足客戶的應用需求。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。它的過模設計可防止將引腳拔出，同時堅固的大型電源和接地釘可防止在配接時損壞互連器件。
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射頻但無電源配置的天線模塊中，可以靈活分配電源和高速信號的引腳。
憑借莫仕專有的觸點屏蔽和射頻終端隔離技術，5G25系列連接器為高頻（25 GHz）需求提供了行業領先的信號完整性能。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應用至關重要。5G25系列獨有的插頭和插座設計滿足了移動、可穿戴設備和5G行業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程中輕松部署，同時又能夠保持電氣接觸的可靠性。
結語
作為連接解決方案提供商，莫仕正以其先進的天線技術、天線集成、信號增強方案、物聯網連接創新，來影響5G在聯網汽車中的發展前景。 通過精心設計和制造高性能的內部和外部天線，莫仕不僅滿足了汽車行業對技術與美學的雙重高標準，確保了卓越的信號接收能力，還致力于克服汽車金屬構造帶來的信號干擾挑戰，從而提升天線性能，促進車輛與物聯網生態系統間數據的高效流通。e絡盟以其快速響應的供應鏈體系、可靠的產品來源以及深厚的行業知識，為電子與工業系統的設計、維護及維修提供一站式解決方案。作為莫仕信賴的合作伙伴，e絡盟幫助廣大客戶輕松選購莫仕各種5G連接解決方案，從而加速其創新步伐，把握5G時代的無限可能。
關于e絡盟
e絡盟隸屬于Farnell集團。Farnell是全球電子元器件以及工業系統設計、維護和維修產品與技術的分銷商，專注快速與可靠交付。從原型研究與設計到生產，Farnell全天候為客戶提供可靠的產品與專業服務。憑借逾80年行業經驗、47個本地化網站以及3500多名員工的專業團隊，Farnell致力于為客戶提供構建未來技術所需的各類組件。
Farnell在歐洲經營Farnell品牌，北美經營Newark品牌，亞太地區經營e絡盟品牌。同時，Farnell還通過CPC公司直接向英國地區供貨。
自2016年起，Farnell加入了全球技術分銷商安富利公司（納斯達克代碼：AVT）。如今，雙方的合作賦能Farnell支持客戶整個產品生命周期，提供獨特的分銷服務、端到端交付和產品設計專業知識。
（作者：e絡盟技術團隊）
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