工程师在风电场从事可再生能源技术方面的工作。

TE 观点

高速连接如何帮助实现物联网

作者:Mike Tryson,数据和设备业务部门副总裁兼首席技术官

5G 蜂窝和 WiFi 6+ 等下一代网络正在开启物联网 (IoT) 的新时代。 凭借更快的速度和更大的数据容量,这些超快速的可靠网络能够支持上百万台设备的连入,从而实现相对简单的智能家居功能到更高级功能等各个级别的功能,如自动化工厂、远程健康监控和车队远程信息处理。 

 

即将呈现爆发式增长的机器对机器通信
到 2023 年时将可能占用全部互联网连接体量的 50% 以上 - 截至 2027 年,安装的物联网设备量将可能达到 410 亿台。 

 

然而,为了使物联网发挥这一潜力,需要在全球建立一个强大的连接生态系统,该系统不仅能够利用高速 5G 和 WiFi 6+网络,同时还能支持其他满足各特定物联网应用的不同限制和要求的无线协议。这意味着需要基于先进的多频段天线解决方案来设计相关设备和网络,这些解决方案可以有效处理更广泛的频率范围,从而支持创建能够在各种环境中记录和传输数据的更小、更耐用的嵌入式组件,同时支持添加基础设施来帮助管理预期将在无线网络上激增的数据。 

 

作为先进的超大规模电信公司的连接和传感器合作伙伴,TE 与客户合作,以解决他们面临的一些严重的设计挑战。以下是我们正在努力开发的帮助物联网实现其爆炸式增长潜力的重要创新。 

先进的天线设计

随时随地实现机器对机器通信这一需求,给嵌入式和外部无线天线的功能带来了新的压力。 设备设计人员和工程师需要广泛的天线方案来供其选择,以满足不同物联网应用的需求。


物联网天线解决方案的一个关键特性是要能够提供广泛的频带 - 应覆盖从低频带、600 MHz LTE 蜂窝到适用于 5G 网络的 6 GHz 及更高的全部频带。为了通过覆盖广泛的频带有效捕获信号,天线技术需要提供足够的选择性和隔离性(以防止干扰其他物联网设备)。

 

物联网生态系统中的每个天线的性能还必须与其应用场景的性能要求相匹配。例如,位于网络好、信号强度高的固定位置的设备可以通过简单的偶极或刀片天线实现足够的性能。随着应用场景中网络质量和可靠性的下降,通常需要高增益全向或定向天线来确保设备信号能到达网络。

 

为了满足这些需求,TE Connectivity 提供了涵盖丰富特性的各种 天线解决方案 的组合,可满足不同物联网应用中的混合频段和性能要求。高速网络的不断普及持续推动物联网创新,在此大背景下,TE 准备开发定制天线设计,以适应新兴应用在频率范围和设计方面的要求。

设计物联网连接解决方案的工程师。

用于无线连接的物联网技术

外形尺寸改进

随着物联网的发展,市场也不断要求以更小的封装提供具有高级功能的天线和传感器。 无论是可穿戴设备、家居自动化控制面板,还是智能交通的跟踪设备,这些应用领域已经显示了较高的小型化需求,而这一需求只会不断增加。

 

印刷电路板 (PCB) 和柔性电路板 (FCB) 天线的创新已经为小外形规格的应用提供了强大的产品选择。在将公共安全车辆使用的强大天线小型化的进程中也显现了类似的发展。长鞭状天线已退出市场,取而代之的小巧的鲨鱼鳍天线或摇撒罐式天线,这些天线即可提供宽带无线 GPS/GNSS,也提供有不同连接需求的车辆所需的其他频带。

 

为满足这一需求,我们的工程师团队一直在努力开发可在更小的天线中添加多个端口和额外频率的解决方案。 

适用于任何环境

从工厂车间、农田到人的手腕,对物联网设备的需要无处不在。 确保这些设备能够始终如一地记录和传输数据意味着它们所采用的设计必须使其能够承受多种不可预测的环境。

 

物联网设备设计人员可以从大量品种丰富的天线和其他组件中进行选择,来满足其特定应用的标准。作为连接解决方案提供商,TE 坚持对所提供的组件进行严格测试,确保其能承受温度、湿度、振动和冲击以及其他可能威胁性能的环境条件的影响。

 

定制也是物联网应用的一个关键需求领域,每个应用都有其独特的环境要求。例如,我们的团队曾与一位客户合作,该客户需要为住宅区的户外电箱安装天线。客户的要求是天线必须能经受住
棒球棒或滑板的直接撞击。于是我们的工程师开发出一种小巧、坚固的圆顶天线,能满足这些要求。

 

另一个医疗技术行业的客户找到 TE,希望 TE 帮助其开发一种无线、可穿戴、非侵入性治疗设备。于是我们设计了一款定制天线,通过手表大小的设备提供手机那种多频带 4G LTE 连接。 

功耗和热管理

支持更宽的频带、提供更好的信号覆盖范围通常要求设备消耗更多功率。 功耗越高,通常产生的热量也会更多。

 

较小的设备和嵌入式应用无法依靠风扇来帮助散热。于是元件制造商转而使用多功能结构设计方法,来帮助在电路板级别散热,从而确保稳定的性能。 

数据处理和存储解决方案

向无线网络多添加数百万个连接设备将导致需要传输到云或中央数据中心的数据大幅增加。 数据中心和云计算提供商将扩大其容量以应对这一需求激增。然而,如果没有强大的天线模式和 MIMO 关联性能的支持,集中式服务器/存储与实时安全或任务关键型应用中的物联网设备之间就仍然存在通信延迟的风险 - 即使高速网络可提供较低的延迟。

 

任务关键型物联网应用的增长将推动对使数据处理和存储更靠近物联网设备的边缘计算解决方案的需求。要构建这些边缘网络就需要考虑和解决一些重要的新问题。与温度和湿度得到较好控制的集中式数据中心相比,现场设备间中的数据基础设施可能面临相对恶劣的环境。这导致网络设计人员不得不寻找更坚固耐用的电缆和连接器,来适应控制较少(更恶劣)的边缘环境。

 

物联网需要全面集成和优化的连接基础设施,这就是为什么除了用于支持智能设备的天线、传感器和其他元件外,TE 在其物联网产品中还整合了电缆和连接器。 

数据中心机架室中的工程师。

协作研发新的物联网架构

毫无疑问,高速网络可以帮助物联网实现飞跃。 有关智慧城市、全自动工厂和自动驾驶汽车的愿景正在成为现实。


光靠更快的网络本身是无法实现这个互联世界的。为了激发物联网的全部潜力,市政当局、电信公司、设备制造商、建筑业主和像 TE 这样的连接专家必须携手合作,共同创建一个完善的生态系统,来应对更快、更强大的无线网络带来的新机遇和挑战。

关于作者

Mike Tryson, VP & CTO, TE Data & Devices

Mike Tryson

Mike Tryson 是 TE 数据和设备业务部门的副总裁兼首席技术官。他领导数据和设备工程团队及策略发展,与世界各地的客户合作开发其互连解决方案和架构。Mike 于 2011 年加入 TE,带来了他 25 年的技术领导经验。他在将技术创新成功引入数据通信市场方面拥有辉煌的成就。