GPS天線概述及性能

2009年05月18日 11:17北京中興藍(lán)鼎科技有限公司點擊量：2390

一、GPS 天線概述

GPS就是通過接受衛(wèi)星信號，進(jìn)行定位或者導(dǎo)航的終端。而接受信號就必須用到天線。

GPS衛(wèi)星信號分為L1和L2，頻率分別為1575.42MHZ和1228MHZ，其中L1為開放的民用信號，信號為圓形極化。信號強(qiáng)度為166-DBM左右，屬于比較弱的信號。這些特點決定了要為GPS信號的接受準(zhǔn)備專門的天線。

二、GPS天線分類

⒈從極化方式上GPS天線分為垂直極化和圓形極化。

　　以目前的技術(shù)，垂直極化的效果比不上圓形極化。因此除了特殊情況，一般GPS天線都會采用圓形極化。

　　⒉從放置方式上GPS天線分為內(nèi)置天線和外置天線。

　　天線的裝配位置也是十分重要。早期GPS手持機(jī)多采用外翻式天線，此時天線與整機(jī)內(nèi)部基本隔離，EMI幾乎不對其造成影響，收星效果很好。現(xiàn)在隨著小型化潮流，GPS天線多采用內(nèi)置。此時天線必須在所有金屬器件上方，殼內(nèi)須電鍍并良好接地，遠(yuǎn)離EMI干擾源，比如CPU、SDRAM、SD卡、晶振、DC/DC。

車載GPS的應(yīng)用會越來越普遍。而汽車的外殼，特別是汽車防爆膜會對GPS信號產(chǎn)生嚴(yán)重的阻礙。一個帶磁鐵（能吸附到車頂）的外接天線對于車載GPS來說是非常有必要的。

三、GPS天線構(gòu)造

目前絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質(zhì)，其組成部分為：陶瓷天線、低噪聲信號模塊、線纜、接頭。

　　其中陶瓷天線也叫無源天線、介質(zhì)天線、PCTAH，它是GPS天線的核心技術(shù)所在。一個GPS天線的信號接受能力，大部分取決與其陶瓷部分的成分配料如何。

低噪聲信號模塊也稱為LNA，是將信號進(jìn)行放大和濾波的部分。其元器件選擇也很重要，否則會加大GPS信號的反射損耗，以及造成噪音過大。線纜的選擇也要以降低反射為標(biāo)準(zhǔn)，保證阻抗的匹配。

　四、GPS天線性能

影響GPS天線性能的主要是以下幾個方面

　　1、陶瓷片：陶瓷粉沫的好壞以及燒結(jié)工藝直接影響它的性能。現(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，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：陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率。理想的GPS陶瓷片頻點準(zhǔn)確落在1575.42MHz，但天線頻點非常容易受到周邊環(huán)境影響，特別是裝配在整機(jī)內(nèi)，必須通過調(diào)整銀面涂層外形，來調(diào)節(jié)頻點重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機(jī)廠家在采購天線時一定要配合天線廠家，提供整機(jī)樣品進(jìn)行測試。

　　3、饋點：陶瓷天線通過饋點收集共振信號并發(fā)送至后端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點一般不是在天線的正*，而是在XY方向上做微小調(diào)整。這樣的阻抗匹配方法簡單而且沒有增加成本。僅在單軸方向上移動稱為單偏天線，在兩軸均做移動稱為雙偏。

　　4、放大電路：承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當(dāng)背景是7cm×7cm無間斷大地時，patch天線的效能可以發(fā)揮到*。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要求信號輸入前總增益不得超過29dB，否則信號過飽和會產(chǎn)生自激。

　　GPS天線有四個重要參數(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)對不同方向的信號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，所以保證天線在各個方向均有相近的敏感度是非常重要的。軸比受到天線性能、外觀結(jié)構(gòu)、整機(jī)內(nèi)部電路及EMI等影響。

目前國內(nèi)的技術(shù)只在15×15以上成熟，10×10以上基本成熟。更小的天線就需要進(jìn)口。

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