一文介紹GPS模塊天線(xiàn)的那些事

GPS模塊為什么需要配天線(xiàn)？

GPS模塊就是通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行定位或者導(dǎo)航的。而接收信號(hào)就必須用到天線(xiàn)。 GPS衛(wèi)星信號(hào)分為L1和L2，頻率分別為1575.42MHZ和1228MHZ，其中L1為開(kāi)放的民用信號(hào)，信號(hào)為圓形極化。信號(hào)強(qiáng)度為-166dBW左右，屬于比較弱的信號(hào)。 所以要為GPS模塊準(zhǔn)備專(zhuān)用的天線(xiàn)來(lái)接收信號(hào)。

GPS模塊的天線(xiàn)是什么樣的？

GPS模塊常見(jiàn)的天線(xiàn)是陶瓷平板天線(xiàn)，這種天線(xiàn)成本低，外部加有源放大電路，接收信號(hào)方向單一，增益比較高，所以采用最多。但它的缺點(diǎn)是體積大，易受溫度影響產(chǎn)生頻率漂移。如果把陶瓷面積做小，會(huì)影響接收增益;如果做薄，會(huì)影響接收天線(xiàn)接收帶寬，還會(huì)受有源放大部分影響。目前使用效果較好的尺寸是25×25×4mm的。陶瓷片天線(xiàn)在實(shí)際使用時(shí)垂直向上放置時(shí)的效果最好。

GPS天線(xiàn)的信號(hào)傳輸線(xiàn)同樣非常重要，包括外部饋線(xiàn)與PCB走線(xiàn)。只有在阻抗匹配時(shí)輸出功率才可能最大。因此整個(gè)傳輸線(xiàn)要保證50Ω的高頻阻抗。

天線(xiàn)一體化的GPS模塊：

GPS模塊廠家推出的常見(jiàn)的GPS模塊有兩種：比如SKYLAB推出的單獨(dú)的GPS模塊和天線(xiàn)一體化的GPS模塊。單獨(dú)的模塊需要自己接天線(xiàn)到相應(yīng)的引腳，這種可以自己根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品應(yīng)用需要來(lái)自己設(shè)計(jì)，適合對(duì)GPS天線(xiàn)比較熟悉的開(kāi)發(fā)者；天線(xiàn)一體化的GPS模塊已經(jīng)在模塊的背面配備了一塊貼片陶瓷天線(xiàn)，這種GPS模塊不需要另外配置天線(xiàn)了，適合對(duì)GPS天線(xiàn)不太熟悉的開(kāi)發(fā)者使用！

影響GPS天線(xiàn)性能的主要是以下幾個(gè)方面

1、陶瓷片：陶瓷粉末的好壞以及燒結(jié)工藝直接影響它的性能?，F(xiàn)市面使用的陶瓷片主要是25×25、18×18、15×15、12×12。陶瓷片面積越大，介電常數(shù)越大，其共振頻率越高，接受效果越好。陶瓷片大多是正方形設(shè)計(jì)，是為了保證在XY方向上共振基本一致，從而達(dá)到均勻收星的效果。

2、銀層：陶瓷天線(xiàn)表面銀層可以影響天線(xiàn)共振頻率。理想的GPS陶瓷片頻點(diǎn)準(zhǔn)確落在1575.42MHz，但天線(xiàn)頻點(diǎn)非常容易受到周邊環(huán)境影響，特別是裝配在整機(jī)內(nèi)，必須通過(guò)調(diào)整銀面涂層外形，來(lái)調(diào)節(jié)頻點(diǎn)重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機(jī)廠家在采購(gòu)天線(xiàn)時(shí)一定要配合天線(xiàn)廠家，提供整機(jī)樣品進(jìn)行測(cè)試。

3、饋點(diǎn)：陶瓷天線(xiàn)通過(guò)饋點(diǎn)收集共振信號(hào)并發(fā)送至后端。由于天線(xiàn)阻抗匹配的原因，饋點(diǎn)一般不是在天線(xiàn)的正中央，而是在XY方向上做微小調(diào)整。這樣的阻抗匹配方法簡(jiǎn)單而且沒(méi)有增加成本。僅在單軸方向上移動(dòng)稱(chēng)為單偏天線(xiàn)，在兩軸均做移動(dòng)稱(chēng)為雙偏。

4、放大電路：承載陶瓷天線(xiàn)的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當(dāng)背景是7cm×7cm無(wú)間斷大地時(shí)，patch天線(xiàn)的效能可以發(fā)揮到極致。雖然受外觀結(jié)構(gòu)等因素制約，但盡量保持相當(dāng)?shù)拿娣e且形狀均勻。放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F要求信號(hào)輸入前總增益不得超過(guò)29dB，否則信號(hào)過(guò)飽和會(huì)產(chǎn)生自激。

GPS天線(xiàn)有四個(gè)重要參數(shù)：增益（Gain）、駐波（VSWR）、噪聲系數(shù)（Noise figure）、軸比（Axial ratio）。其中特別強(qiáng)調(diào)軸比，它是衡量整機(jī)對(duì)不同方向的信號(hào)增益差異性的重要指標(biāo)。由于衛(wèi)星是隨機(jī)分布在半球天空上，所以保證天線(xiàn)在各個(gè)方向均有相近的敏感度是非常重要的。軸比受到天線(xiàn)性能、外觀結(jié)構(gòu)、整機(jī)內(nèi)部電路及EMI等影響。

深圳市天工測(cè)控技術(shù)有限公司，英文名是SKYLAB，2002年成立，國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)的GPS定位模塊商，定位模塊支持GPS、北斗、格洛納斯等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。