如何选择合适的GPS天线

GPS关系到我们的日常生活的方方面面，本文主要介绍GPS天线的分类、结构、性能应该掌握的几点，以及在选择GPS天线过程中需要注意的事项，给需要采购的一些建议。 　　

一、GPS概述 　　

GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端。而接受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166-DBM左右，属于比较弱的信号。这些特点决定了要为GPS信号的接受准备专门的天线。 　　

二、GPS天线的分类 　　如何选择合适的GPS天线

1、从极化方式上GPS天线分为垂直极化和圆形极化。以现在的技术，垂直极化的效果比不上圆形极化。因此除了特殊情况，GPS天线都会采用圆形极化。 　　

2、从放置方式上GPS天线分为内置天线和外置天线。天线的装配位置也是十分重要。早期GPS手持机多采用外翻式天线，此时天线与整机内部基本隔离，EMI几乎不对其造成影响，收星效果很好。现在随着小型化潮流，GPS天线多采用内置。此时天线必须在所有金属器件上方，壳内须电镀并良好接地，远离EMI干扰源，比如CPU，SDRAM，SD卡，晶振，DC/DC。 　　

车载GPS的应用会越来越普遍。而汽车的外壳，特别是汽车防爆膜会GPS信号产生严重的阻碍。一个带磁铁(能吸附到车顶)的外接天线对于车载GPS来说是非常有必要的。 　　

三、GPS天线的构造 　　

目前绝大部分GPS天线为右旋极化陶瓷介质，其组成部分为：陶瓷天线、低噪音信号模块、射频电缆、射频连接器。 　　

其中陶瓷天线也叫无源天线、介质天线、PATCH，它是GPS天线的核心技术所在。一个GPS天线的信号接受能力，大部分取决与其陶瓷部分的成分配料如何。 　　

低噪声信号模块也称为LNA低噪声放大器，是将信号进行放大和滤波的部分。其元器件选择也很重要，否则会加大GPS信号的反射损耗，以及造成噪音过大。 　　

射频微波电缆的选择也要以降低反射为标准，保证阻抗的匹配。 　　

四、GPS天线的性能 　　

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。