GPS天线的分类、结构和性能

GPS（全球定位系统）是通过接收卫星信号进行定位或导航的终端设备。为了接收GPS信号，需要使用专门的天线。GPS信号分为L1和L2两个频率，其中L1为民用信号且具有圆形极化，频率为1575.42 MHz，信号强度相对较弱，约为-166 dBm，因此需要专门设计适应这一特点的天线。

GPS天线的分类

1. 极化方式：GPS天线可以根据极化方式分为垂直极化和圆形极化。目前技术上，圆形极化的效果比垂直极化更好，因此除非特殊情况，GPS天线通常采用圆形极化。

2. 放置方式：GPS天线根据放置方式可分为内置天线和外置天线。早期的GPS手持设备多采用外翻式天线，将天线与整机内部隔离，减少对电磁干扰的影响，从而获得良好的接收效果。但现在随着设备小型化的趋势，多数GPS天线采用内置方式，要求将天线置于所有金属器件上方，并保持良好的接地，远离其他可能产生干扰的元件如CPU、SDRAM、SD卡、晶振和DC/DC等。

GPS天线的构造

大部分GPS天线采用右旋极化陶瓷介质技术构造，包括以下几个组成部分：

1. 陶瓷天线（也称为无源天线、介质天线或PACTH）：陶瓷部分是GPS天线的核心技术。陶瓷天线的信号接收能力主要取决于陶瓷部分的配料和制作工艺。

2. 低噪声放大器模块（LNA）：这一部分负责对信号进行放大和滤波。选择合适的元器件对于减小信号反射损耗和降低噪声非常重要。

3. 线缆和连接器：选择合适的线缆并确保阻抗匹配可以减少信号的反射损耗。

GPS天线的性能

影响GPS天线性能的主要因素有：

1. 陶瓷片：陶瓷粉末的质量以及烧结工艺直接影响天线性能。市面上使用的陶瓷片通常为25×25、18×18、15×15、12×12等尺寸。陶瓷片面积越大，介电常数越大，共振频率越高，接收效果越好。陶瓷片通常为正方形设计，以保证在XY方向上的共振基本一致，从而实现均匀的星体接收效果。

银层：陶瓷天线表面的银层可以影响天线的共振频率。理想情况下，GPS陶瓷片的频点应准确落在1575.42 MHz，但天线频点容易受到周围环境的影响。特别是当天线安装在设备内部时，必须通过调整银层的外形来重新调节频点并保持在1575.42 MHz。因此，在采购天线时，GPS设备制造商应与天线供应商合作，并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传输到后端电路。由于阻抗匹配的原因，馈点通常不在天线的正中央，而是在XY方向上微调位置。这种简单的阻抗匹配方法不会增加成本。只在一个轴向上进行微调称为单偏天线，而在两个轴向上进行微调称为双偏天线。

4. 放大电路：承载陶瓷天线的PCB形状和面积。由于GPS信号具有向地面反弹的特性，当背景是7cm×7cm的连续大地时，PATCH天线的性能可以发挥到极致。尽管外观结构等因素会对其产生限制，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与后端的LNA增益相匹配。例如，Sirf的GSC3F要求信号输入前的总增益不得超过29dB，否则信号过饱和会引起自激。

GPS天线有四个重要参数需要考虑：增益（Gain）、驻波（VSWR）、噪声系数（Noise figure）和轴比（Axial ratio）。其中，轴比是衡量天线在不同方向上信号增益差异性的重要指标。由于卫星随机分布在半球天空上，确保天线在各个方向上具有相似的灵敏度非常重要。轴比受到天线性能、外观结构、设备内部电路和电磁干扰等因素的影响。

GPS天线的选择

国内生产GPS陶瓷天线的主要厂家包括艾福电子通讯有限公司、嘉兴佳利电子、飞利华电子和嘉康电子等。台湾地区也有丽台等厂家。

大多数厂家会从国内或国外采购陶瓷部分，并搭配设计放大电路。欧桥电子是一个可供选择的供应商。

随着超级智能终端的普及，对配件尺寸的要求越来越高，而空间有限。目前国内技术已经成熟的陶瓷天线尺寸为15×15以上，10×10以上的也基本成熟。更小的天线需要进口。

在选择GPS天线时，需要考虑以上提到的参数和厂家的信誉，以确保获得性能良好且适合自己需求的天线。