GNSS市場(chǎng)將保持一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)

根據(jù)歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）管理局（GSA）2019年底發(fā)布的最新研究報(bào)告，預(yù)計(jì)未來(lái)十年全球正在使用的GNSS設(shè)備的安裝基數(shù)將從2019年的64億套，增加到2029年的96億套；就全球年度GNSS接收機(jī)出貨量而言，將從2019年的18億臺(tái)增長(zhǎng)到2029年的28億臺(tái)?？梢哉f(shuō)，與其他很多起伏不定的電子行業(yè)市場(chǎng)相比，GNSS市場(chǎng)將保持一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

不斷發(fā)展的公路應(yīng)用

根據(jù)GSA的分析，這一增長(zhǎng)趨勢(shì)與10個(gè)細(xì)分領(lǐng)域息息相關(guān)，而其中公路應(yīng)用是最為重要、也是與人們生活密切相關(guān)的一個(gè)。對(duì)此大家都有直觀的感受：目前安裝GNSS裝置的車輛越來(lái)越多，GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航功能已經(jīng)融入大家的日常，這讓“路癡”也可以自信滿滿地縱橫八方。

而且特別值得一提的是，伴隨著智能手機(jī)、智能城市和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，GNSS的作用也正從單純的定位和導(dǎo)航，發(fā)展出更多的應(yīng)用場(chǎng)景，被賦予了更多的內(nèi)涵，形成了GNSS應(yīng)用的新模式。歸納起來(lái)，這些新模式包含四個(gè)方面：

1

安全相關(guān)應(yīng)用

在人們邁向自動(dòng)駕駛這個(gè)終極目標(biāo)的過(guò)程中，GNSS將為ADAS等智能駕駛系統(tǒng)，以及V2X等智能交通系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，成為確保行車安全的一個(gè)不可或缺的因素之一，而且可以通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤以及管理車輛，節(jié)約能源和運(yùn)輸投入資金。

2

支付相關(guān)應(yīng)用

基于GNSS的公路收費(fèi)系統(tǒng)是人們正在探索的另一個(gè)重要場(chǎng)景，系統(tǒng)將基于車載GNSS設(shè)備提供的位置和時(shí)間信息進(jìn)行收費(fèi)核算，由此會(huì)讓傳統(tǒng)“過(guò)路費(fèi)”收取方式為之一變，也可以衍生出其他許多應(yīng)用，比如按行駛里程進(jìn)行車險(xiǎn)計(jì)費(fèi)、使用次數(shù)進(jìn)行車險(xiǎn)計(jì)費(fèi)等。

3

監(jiān)管相關(guān)應(yīng)用

此類應(yīng)用典型的場(chǎng)景包括eCall（車載緊急呼叫系統(tǒng)）、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、貴重物品或危險(xiǎn)材料運(yùn)輸跟蹤、虛擬電子圍欄等。這無(wú)疑會(huì)為商業(yè)運(yùn)輸提供更高效的管理手段。

4

智能移動(dòng)應(yīng)用

GNSS與更廣泛的智能移動(dòng)應(yīng)用相融合，將衍生出更多的可能性，比如：智能路徑規(guī)劃、無(wú)人駕駛的精準(zhǔn)導(dǎo)航、推送加油站/充電樁信息，以及為Uber、滴滴等共享汽車新業(yè)態(tài)提供運(yùn)營(yíng)支撐等。

以上這些新的應(yīng)用模式，讓GNSS市場(chǎng)在規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí)，也充滿了新意。這樣的變化，對(duì)于GNSS接收機(jī)這一最接近用戶的設(shè)備來(lái)說(shuō)，也同樣會(huì)產(chǎn)生影響，在傳統(tǒng)的信號(hào)覆蓋、可用性和精準(zhǔn)度等性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，延展出抗干擾性、身份認(rèn)證鑒權(quán)等新要求。

新一代公路"追星族"

GNSS接收機(jī)的基本工作過(guò)程是：通過(guò)GNSS天線接收來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)由饋線將信號(hào)傳遞到接收機(jī)射頻通道的射頻輸入端，射頻通道對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、下變頻等操作，產(chǎn)生適合模擬轉(zhuǎn)換的中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)ADC將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸?shù)交鶐幚?a target="_blank">芯片，由基帶芯片“解讀”出衛(wèi)星播發(fā)的原始定位信息，將這些信息輸出至應(yīng)用處理器，就可基于原始定位信息根據(jù)三角測(cè)量法計(jì)算出天線的位置。

從GNSS接收機(jī)的原理來(lái)看，以上這一系列操作的起點(diǎn)，也是最關(guān)鍵的一環(huán)，就是GNSS的天線。想要得到精確的定位，GNSS天線至少需要“看”到四顆衛(wèi)星，并接收到它們播發(fā)的信號(hào)。在GNSS接收機(jī)處于不斷移動(dòng)的公路應(yīng)用中時(shí)，GNSS天線必須持續(xù)、可靠地保持這種“追星”的狀態(tài)。而且，上文提到的不斷發(fā)展中的GNSS公路應(yīng)用的新模式，也會(huì)對(duì)GNSS天線設(shè)計(jì)提出更多的挑戰(zhàn)。

在今天以及可以預(yù)見的未來(lái)，GNSS天線面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括：

GNSS天線想要獲得足夠的精度，就需要有優(yōu)秀的電氣特性，以及支持多頻譜工作，確保持續(xù)接收并輸出高質(zhì)量的信號(hào)。

由于公路應(yīng)用的移動(dòng)性，需要GNSS天線具有全天候的可用性，可以適應(yīng)不同環(huán)境、不同位置。這就要求天線在結(jié)構(gòu)和材料上做針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

小型化、易安裝也應(yīng)該是一個(gè)需要考慮的選項(xiàng)，這樣無(wú)論是在車輛前裝部署，還是后裝升級(jí)改造中，都可以更方便地集成GNSS功能。

最后，基于GNSS的更多擴(kuò)展功能、增值應(yīng)用的發(fā)展，也催生了GNSS與其他無(wú)線通信共存和融合的要求，這一變化也需要在GNSS的設(shè)計(jì)中考慮進(jìn)去。

TE GNSS天線全解析

作為新一代公路“追星族”的GNSS天線究竟應(yīng)該什么樣？TE Connectivity（TE）公司推出的Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P蜂窩/GNSS天線，給出了一個(gè)很好的示范。

圖1：TE Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P蜂窩/GNSS天線（圖源：TE）

從外觀來(lái)看，TE的這款GNSS天線采用的是一個(gè)扁平圓形的設(shè)計(jì)，“身材”控制得不錯(cuò)，特別是其高度僅為20mm（0.79"），放在哪里也不會(huì)顯得“突?！?。該天線采用粘貼墊的方式進(jìn)行安裝，在玻璃、塑料和金屬表面上一“貼”即可，可以根據(jù)用戶需要方便地固定在駕駛艙內(nèi)部或外部相應(yīng)的位置，確保無(wú)障礙地“追星”?？梢蕴幚韺?dǎo)航系統(tǒng)、車隊(duì)管理、交通管理和車輛定位應(yīng)用中的衛(wèi)星信號(hào)。

圖2：CGN 1890 LP LC P蜂窩/GNSS天線應(yīng)用安裝示意圖（圖源：TE）

如果進(jìn)入到天線內(nèi)部，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)上更多的匠心。

首先，從名稱上我們就可以得知這是一款雙模天線，可以同時(shí)支持蜂窩（2G/3G）和GNSS（GPS/GLONASS）通信，讓通過(guò)一個(gè)天線就實(shí)現(xiàn)eCall或其他智能服務(wù)成為可能，讓定位無(wú)線連接更加可靠，在射頻應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜的車載環(huán)境中，也有效節(jié)省了面積。從頻譜覆蓋上看，Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P支持GPS和GLONASS兩種GNSS系統(tǒng)，以及歐洲和北美的蜂窩移動(dòng)通信頻率，具體的頻率范圍如下：

GNSS頻率范圍：

GLONASS：1602.0至1614.94MHz

GPS：1.57542GHz±1.023MHz（L1頻段）

蜂窩頻率范圍：

GSM 850：824至894MHz

GSM 900：880至960MHz

GSM 1800：1710至1880MHz

GSM 1900：1950至1990MHz

UMTS：1920至2170MHz

其次，從電氣性能上來(lái)看，TE這款GNSS天線采用了有源天線的設(shè)計(jì)，通過(guò)在內(nèi)部集成LNA低噪聲放大器以改善整個(gè)接收系統(tǒng)的噪聲性能。在增益方面，GNSS天線為1dBic，蜂窩天線為0dBi；天線的最大駐波比VSWR為2，這些優(yōu)秀的性能表現(xiàn)都確保了天線可以提供高質(zhì)量的信號(hào)。

圖3：CGN 1890 LP LC P蜂窩/GNSS天線的駐波比性能（圖源：TE）

再有，從結(jié)構(gòu)上，該天線采用了右旋圓極化（RHCP）、全向天線的設(shè)計(jì)，以滿足在不同應(yīng)用場(chǎng)景下可靠的信號(hào)接收，而較少受到環(huán)境和方位的影響。在移動(dòng)應(yīng)用中，雖然芯片型天線體積更小、成本更低，但是由于其采用線極化信號(hào)（而衛(wèi)星發(fā)射的是圓極化信號(hào)），所以對(duì)天線位置的依賴性強(qiáng)，因此其多用于消費(fèi)級(jí)的產(chǎn)品中，而Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P這種圓極化設(shè)計(jì)在環(huán)境復(fù)雜多變的公路應(yīng)用中顯然是更優(yōu)選擇。

最后，值得一提的是，一個(gè)天線射頻系統(tǒng)的優(yōu)劣，除了天線本身之外還會(huì)受到外圍組件和材料的影響，TE還為這款蜂窩/GNSS天線配備了電纜和射頻連接器，形成了一套完整的產(chǎn)品組合供用戶選擇，真正做到針對(duì)不同應(yīng)用市場(chǎng)的“即插即用”。

圖4：CGN 1890 LP LC P蜂窩/GNSS天線系列產(chǎn)品一覽（圖源：TE）

總之，這款集合了TE技術(shù)積淀和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的蜂窩/GNSS天線，為GNSS公路應(yīng)用中導(dǎo)航系統(tǒng)、車隊(duì)管理、交通管理和車輛定位等方面衛(wèi)星信號(hào)的處理奠定了一個(gè)牢靠的基礎(chǔ)，它不僅能夠應(yīng)對(duì)你今天的痛點(diǎn)，也能夠滿足你未來(lái)的設(shè)計(jì)所需。