信号强度是关键 GPS天线的分类及功能

信号强度是关键 GPS天线的分类及功能

GPS是通过接受卫星信号来进行定位和指路导航的，而接收卫星信号就必须得用到天线。并且GPS定位的精准度以及卫星信号的稳定性都与天线有着息息相关的联系，天线的放置方式和以及内在做工都会影响到导航仪接收卫星信号的效果。

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。此外无论是车载导航仪还是手持机工使用环境时时变换，复杂的周边环境也决定了要能使GPS准确为用户定位导航为其准备专门的天线是必不可少的。

我们先从种类来简单了解一下GPS天线，首先从极化方式上GPS天线分为垂直极化和圆形极化。以目前的技术，接收天线的极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。因为线极化的信号接收效果比不上圆极化，所以大部分GPS天线都会采用圆形极化。

其次从天线放置方式上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车载导航仪和手持机多采用外翻式天线，此时天线与整机内部基本隔离，电磁干扰几乎不对其造成影响，卫星信号接收效果很好。目前导航仪主机体积越做越小功能高度集成化，因此GPS天线多采用内置。此时天线必须在所有金属器件上方，机体壳内须电镀并良好接地，远离电磁干扰源，比如CPU、内存、SD卡、晶振等内部器件。接收天线的大小和形状十分重要，因为这些特点决定了天线能获取微弱的GPS信号的能力和卫星信号接收的稳定程度。

另外由于特殊工作要求，GPS天线还有一些不同种类的产品，如单极的，双极的，螺旋的，四臂螺旋的，以及微带天线。

由于目前车载导航仪产品都采用了内置陶瓷接收天线，所以我们主要为大家介绍一下内置接收天线的构成和卫星信号的接受性能。GPS天线是由接收天线和前置放大器两个部件组成。GPS接收天线的作用，是将卫星来的无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子器件可摄取应用的电流。绝大部分内置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、线缆、接头。

1.其中陶瓷天线也叫无源天线、介质天线，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。

2.低噪声信号模块也称为LNA，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。

3.线缆的选择也要以降低反射为标准，保证阻抗的匹配。

车载导航仪在实际应用中除了复杂的外部环境，主要影响天线接收能力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。

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、放大器：承载陶瓷天线的PCB形状及面积。由于GPS接收信号有触地反弹的特性，当背景是7cm×7cm无间断大地时，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。放大器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。

作为车载导航仪天线的接收环境比较复杂。而车辆的金属外壳和玻璃的防爆膜尤其是含金属粉的车膜，以及车内音响等都会对内置GPS天线接收信号产生干扰甚至阻碍。尤其是车辆前挡风玻璃如果贴了金属膜，车载导航仪的卫星信号接收强度会下降25%-50%。所以配备一个外接天线对于车载GPS卫星信号接收的稳定性来说是十分有必要的。