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[资料] 干货:一文详细介绍GPS模块天线的那些事

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[LV.5]常住居民I

发表于 2018-8-7 11:49:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
GPS模块为什么需要配天线?
GPS模块就是通过卫星信号,进行定位或者导航的。而接收信号就必须用到天线。 GPS卫星信号分为L1和L2,频率分别为1575.42MHZ和1228MHZ,其中L1为开放的民用信号,信号为圆形极化。信号强度为-166dBW左右,属于比较弱的信号。 所以要为GPS模块准备专用的天线来接收信号。

GPS模块的天线是什么样的?



PS模块常见的天线是陶瓷平板天线,这种天线成本低,外部加有源放大电路,接收信号方向单一,增益比较高,所以采用最多。但它的缺点是体积大,易受温度影响产生频率漂移。如果把陶瓷面积做小,会影响接收增益; 如果做薄,会影响接收天线接收带宽,还会受有源放大部分影响。目前使用效果较好的尺寸是25×25×4mm的。陶瓷片天线在实际使用时垂直向上放置时的效果最好。

GPS天线的信号传输线同样非常重要,包括外部馈线与PCB走线。只有在阻抗匹配时输出功率才可能最大。因此整个传输线要保证50Ω的高频阻抗。

天线一体化的GPS模块:



PS模块厂家推出的常见的GPS模块有两种:比如SKYLAB推出的单独的GPS模块和天线一体化的GPS模块。单独的模块需要自己接天线到相应的引脚,这种可以自己根据实际的产品应用需要来自己设计,适合对GPS天线比较熟悉的开发者;天线一体化的GPS模块已经在模块的背面配备了一块贴片陶瓷天线,这种GPS模块不需要另外配置天线了,适合对GPS天线不太熟悉的开发者使用!

影响GPS天线性能的主要是以下几个方面
1、陶瓷片:陶瓷粉末的好坏以及烧结工艺直接影响它的性能。现市面使用的陶瓷片主要是25×25、18×18、15×15、12×12。陶瓷片面积越大,介电常数越大,其共振频率越高,接受效果越好。陶瓷片大多是正方形设计,是为了保证在XY方向上共振基本一致,从而达到均匀收星的效果。
2、银层:陶瓷天线表面银层可以影响天线共振频率。理想的GPS陶瓷片频点准确落在1575.42MHz,但天线频点非常容易受到周边环境影响,特别是装配在整机内,必须通过调整银面涂层外形,来调节频点重新保持在1575.42MHz。因此GPS整机厂家在采购天线时一定要配合天线厂家,提供整机样品进行测试。
3、馈点:陶瓷天线通过馈点收集共振信号并发送至后端。由于天线阻抗匹配的原因,馈点一般不是在天线的正中央,而是在XY方向上做微小调整。这样的阻抗匹配方法简单而且没有增加成本。仅在单轴方向上移动称为单偏天线,在两轴均做移动称为双偏。
4、放大电路:承载陶瓷天线的PCB形状及面积。由于GPS有触地反弹的特性,当背景是7cm×7cm无间断大地时,patch天线的效能可以发挥到极致。虽然受外观结构等因素制约,但尽量保持相当的面积且形状均匀。放大电路增益的选择必须配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F要求信号输入前总增益不得超过29dB,否则信号过饱和会产生自激。
GPS天线有四个重要参数:增益(Gain)、驻波(VSWR)、噪声系数(Noise figure)、轴比(Axial ratio)。其中特别强调轴比,它是衡量整机对不同方向的信号增益差异性的重要指标。由于卫星是随机分布在半球天空上,所以保证天线在各个方向均有相近的敏感度是非常重要的。轴比受到天线性能、外观结构、整机内部电路及EMI等影响。

深圳市天工测控技术有限公司,英文名是SKYLAB,2002年成立,国内专业的GPS定位模块商,定位模块支持GPS、北斗、格洛纳斯等卫星导航系统。更多详情可访问天工测控官网或阿里店铺。 

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