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)布的最新研究報告，預計未來十年全球正在使用的GNSS設備的安裝基數(shù)將從2019年的64億套，增加到2029年的96億套；就全球年度GNSS接收機出貨量而言，將從2019年的18億臺增長到2029年的28億臺。可以說，與其他很多起伏不定的電子行業(yè)市場相比，GNSS市場將保持一個長期穩(wěn)定增長的態(tài)勢。

不斷發(fā)展的公路應用

根據(jù)GSA的分析，這一增長趨勢與10個細分領域息息相關，而其中公路應用是最為重要、也是與人們生活密切相關的一個。對此大家都有直觀的感受：目前安裝GNSS裝置的車輛越來越多，GPS等衛(wèi)星導航功能已經(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、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航，發(fā)展出更多的應用場景，被賦予了更多的內(nèi)涵，形成了GNSS應用的新模式。歸納起來，這些新模式包含四個方面：

1

安全相關應用

在人們邁向自動駕駛這個終極目標的過程中，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不可或缺的因素之一，而且可以通過導航系統(tǒng)對車輛進行實時追蹤以及管理車輛，節(jié)約能源和運輸投入資金。

2

支付相關應用

基于GNSS的公路收費系統(tǒng)是人們正在探索的另一個重要場景，系統(tǒng)將基于車載GNSS設備提供的位置和時間信息進行收費核算，由此會讓傳統(tǒng)“過路費”收取方式為之一變，也可以衍生出其他許多應用，比如按行駛里程進行車險計費、使用次數(shù)進行車險計費等。

3

監(jiān)管相關應用

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

4

智能移動應用

GNSS與更廣泛的智能移動應用相融合，將衍生出更多的可能性，比如：智能路徑規(guī)劃、無人駕駛的精準導航、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)提供運營支撐等。

以上這些新的應用模式，讓GNSS市場在規(guī)模增長的同時，也充滿了新意。這樣的變化，對于GNSS接收機這一最接近用戶的設備來說，也同樣會產(chǎn)生影響，在傳統(tǒng)的信號覆蓋、可用性和精準度等性能指標基礎上，延展出抗干擾性、身份認證鑒權等新要求。

新一代公路"追星族"

GNSS接收機的基本工作過程是：通過GNSS天線接收來自衛(wèi)星的無線信號，經(jīng)由饋線將信號傳遞到接收機射頻通道的射頻輸入端，射頻通道對信號進行放大、濾波、下變頻等操作，產(chǎn)生適合模擬轉(zhuǎn)換的中頻信號，再經(jīng)過ADC將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?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用處理器，就可基于原始定位信息根據(jù)三角測量法計算出天線的位置。

從GNSS接收機的原理來看，以上這一系列操作的起點，也是最關鍵的一環(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。在GNSS接收機處于不斷移動的公路應用中時，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公路應用的新模式，也會對GNSS天線設計提出更多的挑戰(zhàn)。

在今天以及可以預見的未來，GNSS天線面臨的設計挑戰(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。

由于公路應用的移動性，需要GNSS天線具有全天候的可用性，可以適應不同環(huán)境、不同位置。這就要求天線在結(jié)構和材料上做針對性的設計。

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

最后，基于GNSS的更多擴展功能、增值應用的發(fā)展，也催生了GNSS與其他無線通信共存和融合的要求，這一變化也需要在GNSS的設計中考慮進去。

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）

從外觀來看，TE的這款GNSS天線采用的是一個扁平圓形的設計，“身材”控制得不錯，特別是其高度僅為20mm（0.79"），放在哪里也不會顯得“突兀”。該天線采用粘貼墊的方式進行安裝，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)部或外部相應的位置，確保無障礙地“追星”。可以處理導航系統(tǒng)、車隊管理、交通管理和車輛定位應用中的衛(wèi)星信號。

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

如果進入到天線內(nèi)部，我們會發(fā)現(xiàn)其設計上更多的匠心。

首先，從名稱上我們就可以得知這是一款雙模天線，可以同時支持蜂窩（2G/3G）和GNSS（GPS/GLONASS）通信，讓通過一個天線就實現(xiàn)eCall或其他智能服務成為可能，讓定位無線連接更加可靠，在射頻應用越來越復雜的車載環(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，從電氣性能上來看，TE這款GNSS天線采用了有源天線的設計，通過在內(nèi)部集成LNA低噪聲放大器以改善整個接收系統(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。

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)構上，該天線采用了右旋圓極化（RHCP）、全向天線的設計，以滿足在不同應用場景下可靠的信號接收，而較少受到環(huán)境和方位的影響。在移動應用中，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（而衛(wèi)星發(fā)射的是圓極化信號），所以對天線位置的依賴性強，因此其多用于消費級的產(chǎn)品中，而Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P這種圓極化設計在環(huán)境復雜多變的公路應用中顯然是更優(yōu)選擇。

最后，值得一提的是，一個天線射頻系統(tǒng)的優(yōu)劣，除了天線本身之外還會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，真正做到針對不同應用市場的“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技術積淀和行業(yè)經(jīng)驗的蜂窩/GNSS天線，為GNSS公路應用中導航系統(tǒng)、車隊管理、交通管理和車輛定位等方面衛(wèi)星信號的處理奠定了一個牢靠的基礎，它不僅能夠應對你今天的痛點，也能夠滿足你未來的設計所需。