天線作為導航定位設備中最為關鍵的接收器件，其發揮的作用猶如人的“耳朵”一般至關重要。它能夠將衛星發送下來的電磁波能量巧妙地變換成電子器件能夠解析的電流。正因如此，天線的性能優劣將對 GPS 整機的產品性能產生直接且深遠的影響。

目前，GNSS 系統中向民用開放的定位系統主要包括美國的 GPS L1 band，其中心頻點為 1575.42MHz；俄羅斯的 GLONASS L1 band，中心頻點是 1602.5625MHz；中國的北斗 B1 band，中心頻點為 1561.098MHz 等等。在對 GNSS 天線進行調試時，尺寸較小（非常小的尺寸）的陶瓷天線上通常情況下只能實現兼容 2 個頻段，而體積相對較大一些的則能夠兼容 3 個頻段。這就迫切需要我們在調試之初便精準地確認好客戶的需求。需要明確的是，客戶是使用單 GPS 或北斗，還是采用 GPS+北斗、GPS+GLONASS 等兩兩組合的方式。只有這樣，在調試過程中有清晰的側重點，才能使天線的性能達到最優狀態。

GNSS天線的種類：從安裝方式上分為外置天線和內置天線；供電方式上分為有源天線和無源天線；從極化方式上分為垂直極化和圓極化。

下面對目前市場上應用最廣泛的陶瓷patch天線做些簡單的介紹：

一、陶瓷PATCH天線結構圖

1、陶瓷片：

陶瓷粉末的好壞以及燒結工藝直接影響它的性能。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，介電常數越大，其共振頻率越高，接收效果越好；陶瓷片的厚度對天線性能也會有不小的影響，空間容許的情況下建議選擇4mm的厚度。

2、銀層：

陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率。理想的GNSS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，必須通過調整銀面涂層外形，來調節頻點重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機廠家在采購天線時一定要配合天線廠家，提供整機樣品進行測試。

3、饋點：

陶瓷天線通過饋點收集共振信號并發送至后端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點一般不是在天線的正中央，多數都是單偏或雙偏的形式。

二、無源天線在我們產品上的使用建議

1、我們的 GNSS 模塊具有獨特的設計，其上均內置了 18dBm 增益的 LNA（低噪聲放大器）。這意味著您可以直接將陶瓷介質的無源天線焊接在模塊的 GNSS_ANTPIN 腳處進行使用，無需額外的復雜操作。

在產品布局方面，需要特別注意的是，GNSS 陶瓷天線應朝上擺放，以確保最佳的信號接收效果。同時，模塊可以靈活地放到 PCB 的另一面，這樣的布局安排能夠最大程度地實現 GNSS_ANT PIN 到天線焊盤走線的盡可能短。通過這種優化設計，可以有效地減少信號傳輸過程中的損耗，提高整個系統的性能和穩定性。

2、匹配電路；如果天線焊盤離模塊的GNSS_ANT PIN腳很近，那么可以不預留匹配電路。如果由于結構等其他原因造成GNSS天線遠離模塊GNSS_ANT PIN，那么建議預留pi型匹配電路。模塊GNSS_ANT PIN到GNSS天線焊盤之間走線必須做50歐姆特性阻抗控制；如果是多層板，建議阻抗線走L1層，L2層鏤空參考L3的地。2層板走線線寬可以參考GSM天線部分走線線寬。

3、天線下方不要走線并做漏銅處理做天線的反射面；見下圖：

4、天線周邊不要有干擾源，特別是DCDC等器件；另外周邊也不要有比GNSS天線高的金屬器件：如下圖：

三、有源天線

1、有源天線構造與實物，見下圖：

紅框內GNSS有源天線組成部分為：陶瓷天線、聲表濾波器、低噪聲放大電路、射頻線纜、RF接頭。其中低噪聲放大電路是將信號進行放大和濾波的部分。

2、PCB尺寸對天線性能的影響：

承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GNSS有觸地反彈的特性，當PCB是7cm×7cm無間斷大地時，patch天線的效能可以發揮到極致。雖然受外觀結構等因素制約，但盡量保持相當的面積且形狀均勻。另外放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益；一般不建議有源天線增益超過29dBm，否則信號過飽和可能會導致自激。

3、內外置天線兼容和供電處理；

參考電路是Air800模塊的開發板M4，R5和R6是為了兼容陶瓷PATCH天線和有源天線做的共PAD兼容設計；L6和C38是有源天線供電電源濾波電路。原理圖部分；如下圖。

4、GNSS模塊使用外置天線時的供電處理。PCB部分；如下圖：

上圖中R5和R6就是共PAD兼容的有源天線設計，貼R5是連接無源陶瓷天線焊盤；貼R6連接有源天線的RF Connector，L6和C38是有源天線供電的濾波電路。

四、GPS天線選型建議

1、在終端結構空間容許，能夠統一保證GNSS天線面朝上的安裝使用狀態；并且周邊沒有大的金屬物件遮擋的情況下，建議使用GNSS陶瓷天線，在空間容許的情況下盡量選擇大尺寸的陶瓷天線。

2、在不能保證終端使用狀態，且空間受限：比如手機，帶定位功能的胸牌；建議使用FPC天線

3、在明確終端安裝環境惡劣，并且對GNSS性能有較高要求的；建議使用GPS有源天線

4、在不能保證產品安裝使用狀態，但是空間不受限制，也可以選擇類似于GSM的外置棒狀天線。

五、在找天線廠家調試陶瓷PATCH天線時，對天線廠家的要求

1、VSWR：GPS天線電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-0.5dB

4、OTA：一般天線廠大多不具備GNSS天線OTA測試環境，天線調試好后可以以實際測試數據做標準來衡量；一般我們GNSS實測時要求是：可用于定位衛星顆數大于6顆以上，最強的信號在45dB/Hz左右，要有3顆衛星信號大于40 dB/Hz。

六、GPS天線測試報告（參考）

1、Antenna Return loss and Smith chart:

2、實際驗證:

多數天線廠家不具備GNSS天線OTA性能測試環境，多數都是實際實網測試；有條件的話可以多進行路測。

測試環境：公司樓頂；天線朝上放置

測試方向：東西

測試方向：南北

測試方向：西東

測試方向：北南

七、GPS天線廠家選擇

國內能自行生產GPS陶瓷天線的廠家主要有江蘇、浙江嘉興，深圳，臺灣等地廠家。但是多數天線廠都是可以完成GPS天線的調試的，只是生產時會外包給其他具有獨立陶瓷粉末配方和燒制工藝的廠家。

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審核編輯 黃宇