射頻天線設計(jì)建議及GPS天線廠家(jiā)推薦
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發表時(shí)間(jiān)：2020-07-25
【小(xiǎo)中大(dà)】
天線作(zuò)為(wèi)導航定位設備中最重要的接收器(qì)件,它起到的作(zuò)用就像是人(rén)的“耳朵”；是将衛星發送下來(lái)的電(diàn)磁波能量變換成電(diàn)子器(qì)件可(kě)解析的電(diàn)流。因此天線的性能好壞将直接關系到GPS整機的産品性能。目前GNSS系統開(kāi)放民用定位系統主要是美國GPS L1 band，中心頻點1575.42MHz；俄羅斯GLONASS L1 band，中心頻點1602.5625MHz；中國北鬥B1 band，1561.098MHz等等。GNSS天線在調試的時(shí)候，小(xiǎo)尺寸（很(hěn)小(xiǎo)的尺寸）的陶瓷天線上(shàng)一般隻能做(zuò)到兼容2個(gè)頻段，體(tǐ)積大(dà)一些(xiē)的可(kě)以兼容3個(gè)頻段。這就需要我們在調試的時(shí)候就确認好客戶需求；确認是使用單GPS或北鬥；還(hái)是采用GPS+北鬥、GPS+GLONASS等兩兩組合的方式。這樣調試的時(shí)候有(yǒu)側重點，性能才能最優。GNSS天線的種類：從安裝方式上(shàng)分為(wèi)外置天線和(hé)內(nèi)置天線；供電(diàn)方式上(shàng)分為(wèi)有(yǒu)源天線和(hé)無源天線；從極化方式上(shàng)分為(wèi)垂直極化和(hé)圓極化。下面對目前市場(chǎng)上(shàng)應用最廣泛的陶瓷patch天線做(zuò)些(xiē)簡單的介紹： 陶瓷粉末的好壞以及燒結工藝直接影(yǐng)響它的性能。現市面使用的陶瓷片主要是2525、1818、1515、1212、9*9。陶瓷片面積越大(dà)，介電(diàn)常數(shù)越大(dà)，其共振頻率越高(gāo)，接收效果越好；陶瓷片的厚度對天線性能也會(huì)有(yǒu)不小(xiǎo)的影(yǐng)響，空(kōng)間(jiān)容許的情況下建議選擇4mm的厚度。 陶瓷天線表面銀層可(kě)以影(yǐng)響天線共振頻率。理(lǐ)想的GNSS陶瓷片頻點準确落在1575.42MHz，但(dàn)天線頻點非常容易受到周邊環境影(yǐng)響，特别是裝配在整機內(nèi)，必須通(tōng)過調整銀面塗層外形，來(lái)調節頻點重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機廠家(jiā)在采購天線時(shí)一定要配合天線廠家(jiā)，提供整機樣品進行(xíng)測試。 陶瓷天線通(tōng)過饋點收集共振信号并發送至後端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點一般不是在天線的正中央，多(duō)數(shù)都是單偏或雙偏的形式。1、我們的GNSS模塊上(shàng)均內(nèi)置18dBm增益的LNA，可(kě)以直接将陶瓷介質的無源天線焊接在模塊GNSS_ANT PIN腳處使用。産品布局的時(shí)候，GNSS陶瓷天線朝上(shàng)擺放；模塊可(kě)以放到PCB的另一面。這樣就可(kě)以做(zuò)到GNSS_ANT PIN到天線焊盤走線盡可(kě)能短(duǎn)。2、匹配電(diàn)路；如果天線焊盤離模塊的GNSS_ANT PIN腳很(hěn)近，那(nà)麽可(kě)以不預留匹配電(diàn)路。如果由于結構等其他原因造成GNSS天線遠離模塊GNSS_ANT PIN，那(nà)麽建議預留pi型匹配電(diàn)路。模塊GNSS_ANT PIN到GNSS天線焊盤之間(jiān)走線必須做(zuò)50歐姆特性阻抗控制(zhì)；如果是多(duō)層闆，建議阻抗線走L1層，L2層镂空(kōng)參考L3的地。2層闆走線線寬可(kě)以參考GSM天線部分走線線寬。3、天線下方不要走線并做(zuò)漏銅處理(lǐ)做(zuò)天線的反射面；見下圖：4、天線周邊不要有(yǒu)幹擾源，特别是DCDC等器(qì)件；另外周邊也不要有(yǒu)比GNSS天線高(gāo)的金屬器(qì)件：如下圖：紅框內(nèi)GNSS有(yǒu)源天線組成部分為(wèi)：陶瓷天線、聲表濾波器(qì)、低(dī)噪聲放大(dà)電(diàn)路、射頻線纜、RF接頭。其中低(dī)噪聲放大(dà)電(diàn)路是将信号進行(xíng)放大(dà)和(hé)濾波的部分。承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GNSS有(yǒu)觸地反彈的特性，當PCB是7cm×7cm無間(jiān)斷大(dà)地時(shí)，patch天線的效能可(kě)以發揮到極緻。雖然受外觀結構等因素制(zhì)約，但(dàn)盡量保持相當的面積且形狀均勻。另外放大(dà)電(diàn)路增益的選擇必須配合後端LNA增益；一般不建議有(yǒu)源天線增益超過29dBm，否則信号過飽和(hé)可(kě)能會(huì)導緻自激。3、內(nèi)外置天線兼容和(hé)供電(diàn)處理(lǐ)；參考電(diàn)路是Air800模塊的開(kāi)發闆M4，R5和(hé)R6是為(wèi)了兼容陶瓷PATCH天線和(hé)有(yǒu)源天線做(zuò)的共PAD兼容設計(jì)；L6和(hé)C38是有(yǒu)源天線供電(diàn)電(diàn)源濾波電(diàn)路。原理(lǐ)圖部分；如下圖。4、GNSS模塊使用外置天線時(shí)的供電(diàn)處理(lǐ)。PCB部分；如下圖：上(shàng)圖中R5和(hé)R6就是共PAD兼容的有(yǒu)源天線設計(jì)，貼R5是連接無源陶瓷天線焊盤；貼R6連接有(yǒu)源天線的RF Connector，L6和(hé)C38是有(yǒu)源天線供電(diàn)的濾波電(diàn)路。1、在終端結構空(kōng)間(jiān)容許，能夠統一保證GNSS天線面朝上(shàng)的安裝使用狀态；并且周邊沒有(yǒu)大(dà)的金屬物件遮擋的情況下，建議使用GNSS陶瓷天線，在空(kōng)間(jiān)容許的情況下盡量選擇大(dà)尺寸的陶瓷天線。2、在不能保證終端使用狀态，且空(kōng)間(jiān)受限：比如手機，帶定位功能的胸牌；建議使用FPC天線3、在明(míng)确終端安裝環境惡劣，并且對GNSS性能有(yǒu)較高(gāo)要求的；建議使用GPS有(yǒu)源天線4、在不能保證産品安裝使用狀态，但(dàn)是空(kōng)間(jiān)不受限制(zhì)，也可(kě)以選擇類似于GSM的外置棒狀天線。五、在找天線廠家(jiā)調試陶瓷PATCH天線時(shí)，對天線廠家(jiā)的要求1、VSWR：GPS天線電(diàn)壓駐波比一般要求調到1.5左右2、Efficiency：效率一般要求在40%左右3、Average Gain：平均增益要求在-0.5dB4、OTA：一般天線廠大(dà)多(duō)不具備GNSS天線OTA測試環境，天線調試好後可(kě)以以實際測試數(shù)據做(zuò)标準來(lái)衡量；一般我們GNSS實測時(shí)要求是：可(kě)用于定位衛星顆數(shù)大(dà)于6顆以上(shàng)，最強的信号在45dB/Hz左右，要有(yǒu)3顆衛星信号大(dà)于40 dB/Hz。1、Antenna Return loss and Smith chart:多(duō)數(shù)天線廠家(jiā)不具備GNSS天線OTA性能測試環境，多(duō)數(shù)都是實際實網測試；有(yǒu)條件的話(huà)可(kě)以多(duō)進行(xíng)路測。國內(nèi)能自行(xíng)生(shēng)産GPS陶瓷天線的廠家(jiā)主要有(yǒu)江蘇、浙江嘉興，深圳，台灣等地廠家(jiā)。但(dàn)是多(duō)數(shù)天線廠都是可(kě)以完成GPS天線的調試的，隻是生(shēng)産時(shí)會(huì)外包給其他具有(yǒu)獨立陶瓷粉末配方和(hé)燒制(zhì)工藝的廠家(jiā)。
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