GPS天線的分類及功能

GPS是通過(guò)接受衛(wèi)星信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位和指路導(dǎo)航的，而接收衛(wèi)星信號(hào)就必須得用到天線。并且GPS定位的精準(zhǔn)度以及衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定性都與天線有著息息相關(guān)的聯(lián)系，天線的放置方式和以及內(nèi)在做工都會(huì)影響到導(dǎo)航儀接收衛(wèi)星信號(hào)的效果。

GPS衛(wèi)星信號(hào)分為L(zhǎng)1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166-DBM左右，屬于比較弱的信號(hào)。此外無(wú)論是車載導(dǎo)航儀還是手持機(jī)工使用環(huán)境時(shí)時(shí)變換，復(fù)雜的周邊環(huán)境也決定了要能使GPS準(zhǔn)確為用戶定位導(dǎo)航為其準(zhǔn)備專門(mén)的天線是必不可少的。

GPS天線廠家先從種類來(lái)簡(jiǎn)單了解一下GPS天線，首先從極化方式上GPS天線分為垂直極化和圓形極化。以目前的技術(shù)，接收天線的極化方式有兩類：一種是線極化，一種是圓極化。因?yàn)榫€極化的信號(hào)接收效果比不上圓極化，所以大部分GPS天線都會(huì)采用圓形極化。

其次GPS天線廠家從天線放置方式上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車載導(dǎo)航儀和手持機(jī)多采用外翻式天線，此時(shí)天線與整機(jī)內(nèi)部基本隔離，電磁干擾幾乎不對(duì)其造成影響，衛(wèi)星信號(hào)接收效果很好。目前導(dǎo)航儀主機(jī)體積越做越小功能高度集成化，因此GPS天線多采用內(nèi)置。此時(shí)天線必須在所有金屬器件上方，機(jī)體殼內(nèi)須電鍍并良好接地，遠(yuǎn)離電磁干擾源，比如CPU、內(nèi)存、SD卡、晶振等內(nèi)部器件。接收天線的大小和形狀十分重要，因?yàn)檫@些特點(diǎn)決定了天線能獲取微弱的GPS信號(hào)的能力和衛(wèi)星信號(hào)接收的穩(wěn)定程度。

 另外由于特殊工作要求，GPS天線還有一些不同種類的產(chǎn)品，如單極的，雙極的，螺旋的，四臂螺旋的，以及微帶天線。

 由于目前車載導(dǎo)航儀產(chǎn)品都采用了內(nèi)置陶瓷接收天線，所以我們主要為大家介紹一下內(nèi)置接收天線的構(gòu)成和衛(wèi)星信號(hào)的接受性能。GPS天線是由接收天線和前置放大器兩個(gè)部件組成。GPS接收天線的作用，是將衛(wèi)星來(lái)的無(wú)線電信號(hào)的電磁波能量變換成接收機(jī)電子器件可攝取應(yīng)用的電流。絕大部分內(nèi)置GPS天線為右旋極化陶瓷介質(zhì)，其組成部分為：陶瓷天線、低噪音信號(hào)模塊、線纜、接頭。

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

    2.低噪聲信號(hào)模塊也稱為L(zhǎng)NA，是將信號(hào)進(jìn)行放大和濾波的部分。其元器件選擇也很重要，否則會(huì)加大GPS信號(hào)的反射損耗，以及造成噪音過(guò)大。

    3.線纜的選擇也要以降低反射為標(biāo)準(zhǔn)，保證阻抗的匹配。

車載導(dǎo)航儀在實(shí)際應(yīng)用中除了復(fù)雜的外部環(huán)境，主要影響天線接收能力主要是以下幾個(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：陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率。理想的GPS陶瓷片頻點(diǎn)準(zhǔn)確落在1575.42MHz，但天線頻點(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。

　3、饋點(diǎn)：陶瓷天線通過(guò)饋點(diǎn)收集共振信號(hào)并發(fā)送至后端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點(diǎn)一般不是在天線的正中央，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)稱為單偏天線，在兩軸均做移動(dòng)稱為雙偏。

　4、放大器：承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS接收信號(hào)有觸地反彈的特性，當(dāng)背景是7cm×7cm無(wú)間斷大地時(shí)，天線的效能可以發(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。放大器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。

作為車載導(dǎo)航儀天線的接收環(huán)境比較復(fù)雜。而車輛的金屬外殼和玻璃的防爆膜尤其是含金屬粉的車膜，以及車內(nèi)音響等都會(huì)對(duì)內(nèi)置GPS天線接收信號(hào)產(chǎn)生干擾甚至阻礙。尤其是車輛前擋風(fēng)玻璃如果貼了金屬膜，車載導(dǎo)航儀的衛(wèi)星信號(hào)接收強(qiáng)度會(huì)下降25%-50%。所以配備一個(gè)外接天線對(duì)于車載GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是十分有必要的。