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射頻天線(xiàn)設計建議及GPS天線(xiàn)廠(chǎng)家推薦

首頁(yè) 人氣：5209 發(fā)表時(shí)間：2020-07-25 【小中大】
天線(xiàn)作為導航定位設備中最重要的接收器件,它起到的作用就像是人的“耳朵”；是將衛星發(fā)送下來(lái)的電磁波能量變換成電子器件可解析的電流。因此天線(xiàn)的性能好壞將直接關(guān)系到GPS整機的產(chǎn)品性能。
目前GNSS系統開(kāi)放民用定位系統主要是美國GPS L1 band，中心頻點(diǎn)1575.42MHz；俄羅斯GLONASS L1 band，中心頻點(diǎn)1602.5625MHz；中國北斗B1 band，1561.098MHz等等。GNSS天線(xiàn)在調試的時(shí)候，小尺寸（很小的尺寸）的陶瓷天線(xiàn)上一般只能做到兼容2個(gè)頻段，體積大一些的可以兼容3個(gè)頻段。這就需要我們在調試的時(shí)候就確認好客戶(hù)需求；確認是使用單GPS或北斗；還是采用GPS+北斗、GPS+GLONASS等兩兩組合的方式。這樣調試的時(shí)候有側重點(diǎn)，性能才能最優(yōu)。
GNSS天線(xiàn)的種類(lèi)：從安裝方式上分為外置天線(xiàn)和內置天線(xiàn)；供電方式上分為有源天線(xiàn)和無(wú)源天線(xiàn)；從極化方式上分為垂直極化和圓極化。
下面對目前市場(chǎng)上應用最廣泛的陶瓷patch天線(xiàn)做些簡(jiǎn)單的介紹：
一、陶瓷PATCH天線(xiàn)結構圖
1、陶瓷片：
    陶瓷粉末的好壞以及燒結工藝直接影響它的性能?，F市面使用的陶瓷片主要是2525、1818、1515、1212、9*9。陶瓷片面積越大，介電常數越大，其共振頻率越高，接收效果越好；陶瓷片的厚度對天線(xiàn)性能也會(huì )有不小的影響，空間容許的情況下建議選擇4mm的厚度。
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GNSS陶瓷片頻點(diǎn)準確落在1575.42MHz，但天線(xiàn)頻點(diǎn)非常容易受到周邊環(huán)境影響，特別是裝配在整機內，必須通過(guò)調整銀面涂層外形，來(lái)調節頻點(diǎn)重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機廠(chǎng)家在采購天線(xiàn)時(shí)一定要配合天線(xiàn)廠(chǎng)家，提供整機樣品進(jìn)行測試。
3、饋點(diǎn)：
   陶瓷天線(xiàn)通過(guò)饋點(diǎn)收集共振信號并發(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，多數都是單偏或雙偏的形式。
二、無(wú)源天線(xiàn)在我們產(chǎn)品上的使用建議
1、我們的GNSS模塊上均內置18dBm增益的LNA，可以直接將陶瓷介質(zhì)的無(wú)源天線(xiàn)焊接在模塊GNSS_ANT PIN腳處使用。產(chǎn)品布局的時(shí)候，GNSS陶瓷天線(xiàn)朝上擺放；模塊可以放到PCB的另一面。這樣就可以做到GNSS_ANT PIN到天線(xiàn)焊盤(pán)走線(xiàn)盡可能短。
2、匹配電路；如果天線(xiàn)焊盤(pán)離模塊的GNSS_ANT PIN腳很近，那么可以不預留匹配電路。如果由于結構等其他原因造成GNSS天線(xiàn)遠離模塊GNSS_ANT PIN，那么建議預留pi型匹配電路。模塊GNSS_ANT PIN到GNSS天線(xiàn)焊盤(pán)之間走線(xiàn)必須做50歐姆特性阻抗控制；如果是多層板，建議阻抗線(xiàn)走L1層，L2層鏤空參考L3的地。2層板走線(xiàn)線(xiàn)寬可以參考GSM天線(xiàn)部分走線(xiàn)線(xiàn)寬。
3、天線(xiàn)下方不要走線(xiàn)并做漏銅處理做天線(xiàn)的反射面；見(jiàn)下圖：
4、天線(xiàn)周邊不要有干擾源，特別是DCDC等器件；另外周邊也不要有比GNSS天線(xiàn)高的金屬器件：如下圖：

三、有源天線(xiàn)
1、有源天線(xiàn)構造與實(shí)物，見(jiàn)下圖：
紅框內GNSS有源天線(xiàn)組成部分為：陶瓷天線(xiàn)、聲表濾波器、低噪聲放大電路、射頻線(xiàn)纜、RF接頭。其中低噪聲放大電路是將信號進(jìn)行放大和濾波的部分。
2、PCB尺寸對天線(xiàn)性能的影響：
承載陶瓷天線(xiàn)的PCB形狀及面積。由于GNSS有觸地反彈的特性，當PCB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(guān)結構等因素制約，但盡量保持相當的面積且形狀均勻。另外放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益；一般不建議有源天線(xiàn)增益超過(guò)29dBm，否則信號過(guò)飽和可能會(huì )導致自激。
3、內外置天線(xiàn)兼容和供電處理；
參考電路是Air800模塊的開(kāi)發(fā)板M4，R5和R6是為了兼容陶瓷PATCH天線(xiàn)和有源天線(xiàn)做的共PAD兼容設計；L6和C38是有源天線(xiàn)供電電源濾波電路。原理圖部分；如下圖。
4、GNSS模塊使用外置天線(xiàn)時(shí)的供電處理。PCB部分；如下圖：
上圖中R5和R6就是共PAD兼容的有源天線(xiàn)設計，貼R5是連接無(wú)源陶瓷天線(xiàn)焊盤(pán)；貼R6連接有源天線(xiàn)的RF Connector，L6和C38是有源天線(xiàn)供電的濾波電路。
四、GPS天線(xiàn)選型建議
1、在終端結構空間容許，能夠統一保證GNSS天線(xiàn)面朝上的安裝使用狀態(tài)；并且周邊沒(méi)有大的金屬物件遮擋的情況下，建議使用GNSS陶瓷天線(xiàn)，在空間容許的情況下盡量選擇大尺寸的陶瓷天線(xiàn)。
2、在不能保證終端使用狀態(tài)，且空間受限：比如手機，帶定位功能的胸牌；建議使用FPC天線(xiàn)
3、在明確終端安裝環(huán)境惡劣，并且對GNSS性能有較高要求的；建議使用GPS有源天線(xiàn)
4、在不能保證產(chǎn)品安裝使用狀態(tài)，但是空間不受限制，也可以選擇類(lèi)似于GSM的外置棒狀天線(xiàn)。
五、在找天線(xiàn)廠(chǎng)家調試陶瓷PATCH天線(xiàn)時(shí)，對天線(xiàn)廠(chǎng)家的要求
1、VSWR：GPS天線(xiàn)電壓駐波比一般要求調到1.5左右
2、Efficiency：效率一般要求在40%左右
3、Average Gain：平均增益要求在-0.5dB
4、OTA：一般天線(xiàn)廠(chǎng)大多不具備GNSS天線(xiàn)OTA測試環(huán)境，天線(xiàn)調試好后可以以實(shí)際測試數據做標準來(lái)衡量；一般我們GNSS實(shí)測時(shí)要求是：可用于定位衛星顆數大于6顆以上，最強的信號在45dB/Hz左右，要有3顆衛星信號大于40 dB/Hz。
六、GPS天線(xiàn)測試報告（參考）
1、Antenna Return loss and Smith chart:
2、實(shí)際驗證:
多數天線(xiàn)廠(chǎng)家不具備GNSS天線(xiàn)OTA性能測試環(huán)境，多數都是實(shí)際實(shí)網(wǎng)測試；有條件的話(huà)可以多進(jìn)行路測。
測試環(huán)境：公司樓頂；天線(xiàn)朝上放置
測試方向：東西
測試方向：南北
測試方向：西東
測試方向：北南
七、GPS天線(xiàn)廠(chǎng)家選擇
國內能自行生產(chǎn)GPS陶瓷天線(xiàn)的廠(chǎng)家主要有江蘇、浙江嘉興，深圳，臺灣等地廠(chǎng)家。但是多數天線(xiàn)廠(chǎng)都是可以完成GPS天線(xiàn)的調試的，只是生產(chǎn)時(shí)會(huì )外包給其他具有獨立陶瓷粉末配方和燒制工藝的廠(chǎng)家。