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GPS天線結構、原理、測試

【有源陶瓷天線構成】GPS天線是由接收天線和前置放大器兩個部件組成。GPS接收天線的作用,是將衛星來的無線電訊號的電磁波能量變換成接收機電子器件可攝取應用的電流。絕大部分內建GPS天線為右旋極化陶瓷介質,其組成部分為:陶瓷天線、低噪音訊號模組、線纜、接頭
  
有源陶瓷天線
1)陶瓷天線也叫無源天線,它是GPS天線的核心技術所在。一個GPS天線的訊號接受能力,大部分取決與其陶瓷部分的成分配料如何。

2)低噪聲訊號模組也稱為LNA,是將訊號進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訊號的反射損耗,以及造成噪音過大。

3)線纜的選擇也要以降低反射為標準,保證阻抗的匹配。

4)接頭請參見上文連線。
  
【 GPS天線工作原理】
1)陶瓷片:陶瓷粉末的好壞以及燒結工藝直接影響它的效能。現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計,是為了保證在XY方向上共振基本一致,從而達到均勻收星的效果。

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陶瓷片頻點準確落在1575.42MHz,但天線頻點非常容易受到周邊環境影響,特別是裝配在整機內,必須通過調整銀面塗層外形,來調節頻點重新保持在1575.42MHz。

3)饋點:陶瓷天線通過饋點收集共振訊號併發送至後端。由於天線阻抗匹配的原因,饋點一般不是在天線的正中央,而是在XY方向上做微小調整。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)放大器:承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由於GPS接收訊號有觸地反彈的特性,當背景是7cm×7cm無間斷大地時,天線的效能可以發揮到極致。雖然受外觀結構等因素制約,但儘量保持相當的面積且形狀均勻。放大器增益的選擇必須配合後端LNA增益。Sirf的GSC3F要求訊號輸入前總增益不得超過29dB,否則訊號過飽和會產生自激。

GPS天線在室外空曠地區接受訊號較好,在車內,因金屬外殼和玻璃的防爆膜尤其是含金屬粉的車膜,以及車內音響等都會對內建GPS天線接收訊號產生干擾甚至阻礙,在室內受鋼筋混凝土的遮擋,甚至無法接受GPS訊號。

【GPS天線測試】
對比了25* 25* 8mm、20* 4* 6mm、16* 6* 6mm三種有源陶瓷天線測試效果,搜星訊號強度依次減弱。
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