5G 时代,无线通信从人与人扩展到了“事物”之间,这一转变促使人们开发多样化的物联网解决方案,应对各种各样的行业和环境挑战。无线通信是影响物联网性能的关键因素,天线系统设计得到了越来越多的重视。

 

从 2018 到 2025 年,全球蜂窝和非蜂窝物联网连接数将增长至三倍,总量达到 250 亿。全球物联网收入将以年均 23%的速度增长,到 2023 年达到 1.1 万亿美元,是 2018 年的四倍。[footnoteRef:1]不论是外置还是内嵌的天线,都被认为是构建物联网应用不可或缺的解决方案,而非无源产品。

 

TE 顺应市场需求,针对智能应用场景发布了物联网趋势报告《物联网智能应用与生态:设计无线通信系统时需要考虑的天线因素》,探讨了天线在物联网中的关键作用,并聚焦智能追踪和智能建筑两大发展趋势,提出了一系列创新解决方案。

 

物联网天线设计的需求及挑战

随着云技术的不断发展,从端到云,端到边缘云都对连接提出了更高的要求。高密度、低时延的网络是发展物联网生态系统的必备条件,合适的天线能提供高速、大数据量、高密度、可靠且坚固的连接,从而配合如 5G,WIFI, GNSS 等连接技术以支持物联网应用。随着天线系统设计日益复杂,智能设备选择天线时需考虑以下因素:

 

系统设计不能依靠那些“即插即用”的产品选项,而需要更加成熟的规划及对所有连接需求的总体评估。在各类物联网应用中,天线解决方案往往需要定制,并且需要在手机大小的设备中嵌入 2-12 个天线产品。这些天线必须管理不同的冗余和服务,同时彼此独立地运行。在系统设计中实现天线的互相隔离需要一定的技巧。

 

在为商业、工业或现实世界的物联网应用设计天线系统时,它们还必须能够在安全网络上运行。尽管有多种天线可支持 Wi-Fi、蓝牙和 GPS 应用,但对于能够支持物联网关键特征的蜂窝天线的需求仍与日俱增。例如,无线流量的指数级增长带来了越来越多的干扰,使得频谱效率变得至关重要。因此,天线必须能够处理带宽问题,而蜂窝天线完全满足这一要求。

 

此外,蜂窝天线还需满足市场所需的关键认证、符合相关监管标准。其一,需符合全球范围内各蜂窝运营商的技术规范,GSMA 和 3GPP 制定的标准。其二,需通过多轮监管机构的测试和批准,如美国联邦通信委员会(FCC)、欧洲电信标准协会(ETSI)和无线电设备指令(RED)。以上技术和市场需求清楚地表明,物联网应用亟需创新和安全的天线系统。天线设计工程师必须充分了解天线在各种技术和监管协议条件下如何运 行。

 

物联网发展趋势之智能追踪

 


智能追踪市场不断扩大,为希望进入该领域的公司提供了巨大的市场机遇。全球汽车及运输业的两个主要领域——车载信息通信和车载诊断(OBD)正在经历显著增长,越来越多的企业涉足这两大应用相关产品的开发。到 2024 年,全球资产追踪市场规模将达到 320 亿美元,复合年均增长率为 14.9%。[footnoteRef:2]在开发智能追踪应用时,客户必须考虑诸多技术挑战和需求,设计最佳天线系统。

 


一些全球追踪的物联网初创企业为了让设备变得轻便而采用了芯片天线,但仍无法提供精确的追踪数据,也满足不了复杂的射频要求。为了保证良好的设备性能,天线系统设计需要满足以下要求:

 

  • 定制嵌入式天线,支持 5G 连接,使客户能够构建可重复使用的智能系统(更像是一部手机,而非物联网设备),用于实时包裹追踪;

 

  • 减轻天线重量,降低主板的成本和尺寸,同时提高性能;

 

  • 在主板上安装 SMD(表面安装元器件)天线,使整个设备成为天线解决方案的一个部分;制造工艺流程高效、可重复;

 

  • 打磨设计以延长电池续航时间,重新配置主板布局从而合理安排射频组件、使接地面最大化,这是无线电能够正常工作、避免干扰的一项关键技术。

 

物联网发展趋势之智能建筑

2020 年,建筑物联网(BIoT)市场规模预计将超过 850 亿美元 (2014 年为 229 亿美元)。[footnoteRef:3]到 2023 年,智能建筑无线控制系统的全球收入预计将达到 4.34 亿美元(2014 年为 9700 万美元)。[footnoteRef:4]在制造智能建筑时,客户需要选择最佳的天线产品以应对新的技术挑战:

 


智能建筑能很大程度地提升建筑管理水平并为租户提供便利。应用于智能建筑的天线设计有以下需求:

 

  • MIMO 天线组合:帮助高质量的无线服务器提供不间断的、扩展的覆盖范围,无缝衔接的多用户体验,以及从室外到室内的蜂窝网络服务;

 

  • 嵌入式天线:支持智能室内摄像机和基于云的自动访问控制系统,包括可定制的凭证系统,例如:移动应用、个性化钥匙卡、智能钥匙,以及发送至手机的链接;

 

  • 3D 天线组合:可实时监控电表、水表和煤气表,降低能源成本、提高能源效率、确保能源供应和减少碳排放;

 

  • LPWAN 天线:支持实时云可视化,比如实时警报和视频监控,以便远距离监控和保护建筑物;

 

  • 坚固的板载 3D 天线:有助于将各种智能节能技术集成到网络中心,将照明、温度、湿度等各项控制功能集合,发送数据至云端;

 

  • 完善蜂窝天线的编码标准和渗透测试工作,确保天线性能,发布软件安全更新,修补新漏洞。

 

TE Connectivity 致力于开发各种射频解决方案

TE 在设计智能手机和便携式无线设备所需的复杂天线系统方面拥有超过 15 年的丰富经验。TE 的工程师通晓如何将多种天线集成于小型移动无线设备,可以随时帮助任何行业的任何客户应对各种严峻挑战。 

 

 

智能追踪 TE 天线解决方案:

 


智能楼宇 TE 天线解决方案:
依托深厚的工程技术能力和测试经验,TE Connectivity 产品能够满足天线系统设计的要求并获得所需的认证,客户也能够极大地受益于我们的领先技术、卓越服务和全球足迹。