行驶中的车联网：汽车射频通信

一款典型的汽车包括AM、FM、卫星广播、两台GPS接收机和蜂窝射频。在乘客座位，还可能有蓝牙；

另外，以后还会增加用于车辆与车辆和车辆与基础设施间通信的DSRC(专用短程通信，5.9GHz)，也可能还有防碰撞雷达，不过这通常是一个单独系统。

用于所有这些设备的大多数电子电路都位于“中控台”——司机和前排乘客间那块安装屏幕和主控旋钮的区域。

卫星广播、GPS、AM/FM收音机和蜂窝信号都 是从外部到达车内，并且必须由天线来捕捉这些信号，然后通过电缆耦合到电子电路。

为不使汽车满布天线(这与警车不同)，OEM(原始设备制造商)在开发包含多个天线和电路板的多功能模块(内含100多个器部件)。

下图是个新近的例子。

左图为通用的一款“鲨鱼鳍”天线。右图为安装在GMC Yukon车上的鲨鱼鳍天线。该天线模块安装在挡风玻璃的正上方。

图中的模块包括GPS天线和低噪声放大器(增益>25dB，噪声系数<1dB——黑线)、XM卫星广播天线和低噪声放大器(黄褐色电缆)、 以及蜂窝天线(蓝线)。

三条端接特殊SMB连接器的同轴电缆安固在一个壳体上以简化安装。

3插头连接器与车辆内部的电缆组件配固在一起，它具有锁定功能， 以防止振动和温度循环使这些连接器分开。

整个同轴电缆长度可达20英尺或以上。

一般情况，该电缆类似RG-174。

对于2.4GHz的卫星接收机和 1.575GHZ的GPS天线，它会引入不小损耗。

在模块中心，你可以看到一个头螺栓和一个红色夹子，它们是用来将模块固定在车顶上的。

电缆与安装硬件共用一个安装孔，安装孔的直径在20mm左右。

因为目前如此多的车辆都采用在车顶安装模块的设计，所以，车顶上的这个孔成为任何进出车辆通信的“紧俏”要道。

还有整合了“短FM”天线的模块。它们包括特殊的匹配网络，以允许更短的天线也能与射频馈路实现阻抗匹配，这些设计是完全针对特定车辆平台的。

下图是用于雪佛兰科鲁兹的此类模块的例子。

雪佛兰科鲁兹RS-010，带安装在后挡风玻璃(离玻璃很近)上方的短FM天线模块。

根据车辆和特征，这些信号和用户界面的整体架构可能与下图类似。

典型的车载通信架构

在这种拓扑中，从车顶天线模块到车内中控台会需约60英尺同轴电缆，在天线附近采用FAKRA连接器，在接收器的后部，会有更多连接器。

顺便提示下：FAKRA连接器是SMB连接器的特殊版本，并已经发展成汽车内 射频连接的标准。

该连接器外壳具有多种颜色，根据用途这些颜色业已标准化。

例如：蓝色 是GPS；咖喱黄色是卫星广播。

每种颜色都有独特卡销，所以不会出现错误连接。

这些汽车通信系统中的大部分组件是由所谓的一级(Tier 1)供应商设计和制造并提供给OEM的。

下图是减少同轴电缆的用量，且同时增加连接功能，以使车顶安装单元更加模块化的 建构。

WiFi、GPS和5G接收机都被移至车顶模块，然后通过以太网电缆连接到主机。

莱尔德信息通信事业部负责M2M业务的部门主管Jim Ciccarelli告诉我，他们也将DSRC纳入规划，DSRC将在车辆(车辆与车辆，或V2V)之间，以及车辆与固定基础设施(V2I)之间使用射频通信，以增加诸如防撞、路由、提供实时交通信息等安全特性。

由于车顶是V2V的理想位置，因此，需在模块中增加另一个天线和射频。

DSRC将利用约5.9GHz的射频频谱，若使用同轴电缆实现从车顶天线到车内主机的信号馈送，则损耗可高达18dB，而眼下约为10dB，这使得新架构更有优势。

可以看到：中控台的电子电路可以更简单，且可显著减少车内所用的同轴电缆和RF连接器的数量。

下图是新模块示例。

连接模块原型。

右上方是GPS贴片天线，它整合了蜂窝/WiFi/蓝牙天线组合组件。

PCB(反过来显示背面)上的左边部分是3G/4G/5G模块

PCB上的其它部分用于蓝牙和WiFi。

注意：机壳是压铸的，可用作电子电路的屏蔽盒，机壳还具有可改善隔离的隔腔。