GNSS市场将保持一个长期稳定增长的态势-电子发烧友网

根据欧洲全球导航卫星系统（GNSS）管理局（GSA）2019年底发布的最新研究报告，预计未来十年全球正在使用的GNSS设备的安装基数将从2019年的64亿套，增加到2029年的96亿套；就全球年度GNSS接收机出货量而言，将从2019年的18亿台增长到2029年的28亿台。可以说，与其他很多起伏不定的电子行业市场相比，GNSS市场将保持一个长期稳定增长的态势。

不断发展的公路应用

根据GSA的分析，这一增长趋势与10个细分领域息息相关，而其中公路应用是最为重要、也是与人们生活密切相关的一个。对此大家都有直观的感受：目前安装GNSS装置的车辆越来越多，GPS等卫星导航功能已经融入大家的日常，这让“路痴”也可以自信满满地纵横八方。

而且特别值得一提的是，伴随着智能手机、智能城市和物联网（IoT）的发展，GNSS的作用也正从单纯的定位和导航，发展出更多的应用场景，被赋予了更多的内涵，形成了GNSS应用的新模式。归纳起来，这些新模式包含四个方面：

安全相关应用

在人们迈向自动驾驶这个终极目标的过程中，GNSS将为ADAS等智能驾驶系统，以及V2X等智能交通系统提供数据支持，成为确保行车安全的一个不可或缺的因素之一，而且可以通过导航系统对车辆进行实时追踪以及管理车辆，节约能源和运输投入资金。

支付相关应用

基于GNSS的公路收费系统是人们正在探索的另一个重要场景，系统将基于车载GNSS设备提供的位置和时间信息进行收费核算，由此会让传统“过路费”收取方式为之一变，也可以衍生出其他许多应用，比如按行驶里程进行车险计费、使用次数进行车险计费等。

监管相关应用

此类应用典型的场景包括eCall（车载紧急呼叫系统）、数字转速表、贵重物品或危险材料运输跟踪、虚拟电子围栏等。这无疑会为商业运输提供更高效的管理手段。

智能移动应用

GNSS与更广泛的智能移动应用相融合，将衍生出更多的可能性，比如：智能路径规划、无人驾驶的精准导航、推送加油站/充电桩信息，以及为Uber、滴滴等共享汽车新业态提供运营支撑等。

以上这些新的应用模式，让GNSS市场在规模增长的同时，也充满了新意。这样的变化，对于GNSS接收机这一最接近用户的设备来说，也同样会产生影响，在传统的信号覆盖、可用性和精准度等性能指标基础上，延展出抗干扰性、身份认证鉴权等新要求。

新一代公路"追星族"

GNSS接收机的基本工作过程是：通过GNSS天线接收来自卫星的无线信号，经由馈线将信号传递到接收机射频通道的射频输入端，射频通道对信号进行放大、滤波、下变频等操作，产生适合模拟转换的中频信号，再经过ADC将其转换为数字信号并传输到基带处理芯片，由基带芯片“解读”出卫星播发的原始定位信息，将这些信息输出至应用处理器，就可基于原始定位信息根据三角测量法计算出天线的位置。

从GNSS接收机的原理来看，以上这一系列操作的起点，也是最关键的一环，就是GNSS的天线。想要得到精确的定位，GNSS天线至少需要“看”到四颗卫星，并接收到它们播发的信号。在GNSS接收机处于不断移动的公路应用中时，GNSS天线必须持续、可靠地保持这种“追星”的状态。而且，上文提到的不断发展中的GNSS公路应用的新模式，也会对GNSS天线设计提出更多的挑战。

在今天以及可以预见的未来，GNSS天线面临的设计挑战包括：

GNSS天线想要获得足够的精度，就需要有优秀的电气特性，以及支持多频谱工作，确保持续接收并输出高质量的信号。

由于公路应用的移动性，需要GNSS天线具有全天候的可用性，可以适应不同环境、不同位置。这就要求天线在结构和材料上做针对性的设计。

小型化、易安装也应该是一个需要考虑的选项，这样无论是在车辆前装部署，还是后装升级改造中，都可以更方便地集成GNSS功能。

最后，基于GNSS的更多扩展功能、增值应用的发展，也催生了GNSS与其他无线通信共存和融合的要求，这一变化也需要在GNSS的设计中考虑进去。

TE GNSS天线全解析

作为新一代公路“追星族”的GNSS天线究竟应该什么样？TE Connectivity（TE）公司推出的Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P蜂窝/GNSS天线，给出了一个很好的示范。

图1：TE Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P蜂窝/GNSS天线（图源：TE）

从外观来看，TE的这款GNSS天线采用的是一个扁平圆形的设计，“身材”控制得不错，特别是其高度仅为20mm（0.79"），放在哪里也不会显得“突兀”。该天线采用粘贴垫的方式进行安装，在玻璃、塑料和金属表面上一“贴”即可，可以根据用户需要方便地固定在驾驶舱内部或外部相应的位置，确保无障碍地“追星”。可以处理导航系统、车队管理、交通管理和车辆定位应用中的卫星信号。

图2：CGN 1890 LP LC P蜂窝/GNSS天线应用安装示意图（图源：TE）

如果进入到天线内部，我们会发现其设计上更多的匠心。

首先，从名称上我们就可以得知这是一款双模天线，可以同时支持蜂窝（2G/3G）和GNSS（GPS/GLONASS）通信，让通过一个天线就实现eCall或其他智能服务成为可能，让定位无线连接更加可靠，在射频应用越来越复杂的车载环境中，也有效节省了面积。从频谱覆盖上看，Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P支持GPS和GLONASS两种GNSS系统，以及欧洲和北美的蜂窝移动通信频率，具体的频率范围如下：

GNSS频率范围：

GLONASS：1602.0至1614.94MHz

GPS：1.57542GHz±1.023MHz（L1频段）

蜂窝频率范围：

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，从电气性能上来看，TE这款GNSS天线采用了有源天线的设计，通过在内部集成LNA低噪声放大器以改善整个接收系统的噪声性能。在增益方面，GNSS天线为1dBic，蜂窝天线为0dBi；天线的最大驻波比VSWR为2，这些优秀的性能表现都确保了天线可以提供高质量的信号。

图3：CGN 1890 LP LC P蜂窝/GNSS天线的驻波比性能（图源：TE）

再有，从结构上，该天线采用了右旋圆极化（RHCP）、全向天线的设计，以满足在不同应用场景下可靠的信号接收，而较少受到环境和方位的影响。在移动应用中，虽然芯片型天线体积更小、成本更低，但是由于其采用线极化信号（而卫星发射的是圆极化信号），所以对天线位置的依赖性强，因此其多用于消费级的产品中，而Hirschmann Mobility CGN 1890 LP LC P这种圆极化设计在环境复杂多变的公路应用中显然是更优选择。

最后，值得一提的是，一个天线射频系统的优劣，除了天线本身之外还会受到外围组件和材料的影响，TE还为这款蜂窝/GNSS天线配备了电缆和射频连接器，形成了一套完整的产品组合供用户选择，真正做到针对不同应用市场的“即插即用”。