​浅谈无人机上GPS模块的天线​：u-blox公司AEK-4H评估器标配的GPS有源天线电路架构一根同轴电缆既能接收...

谈无人机GPS模块的天线

GPS它是通过接收卫星信号定位或导航的终端。天线必须用于接收信号。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-166dBW左右信号较弱。

这些特征决定了要做GPS接收信号准备专用天线。GPS天线在农业、航空、环境、海运、公共安全和灾害救援、铁路、空间、勘察和绘图等领域发挥着重要作用。

接收天线是GPS接收器处理卫星信号的第一个设备，并将接收到GPS卫星发射的电磁波信号转换为电压或电流信号，以处理接收器的射频前端。

卫星天线具有一定的方向功能，即最初向各个方向发送的信号功率集中在地球上，也称为增益。天线越大，增益就越高。

一、GPS天线的分类

根据瑞士u-blox公司的CEO Thomas Seiler全球有20多种研究。GPS天线；Thomas Seiler先生在GPS天线领域已经研究了20多年，但建议根据体积、灵敏度、价格等综合性能使用广泛的标准陶瓷天线。

GPS接收机天线有不同的结构类型，如单极、偶极、螺旋、微带、扼流线圈等。

1.从极化的方式GPS模块天线分为垂直极化和圆极化。

就现有技术而言，圆极化在性能上效果更好。因此，除特殊情况外，GPS圆极化将用于模块天线！

2.安装和放置方法GPS模块天线分为内置天线和外置天线。

目前的GPS因此，模块逐渐小型化、集成化GPS模块天线多采用内置安装和放置 。

无源天线不含低噪声放大器或电源，但由于未放大GPS信号强度较弱，从无源天线到接收机的电缆长度一般不超过1m。

如图是GPS集成模块和天线的无源天线：

(1)银层:陶瓷天线表面的银层会影响天线的共振频率，理想频点为1574.42MHZ，银面形状可在时间制作中调整调频点。

（2）陶瓷片：陶瓷粉的质量和烧结工艺直接影响其性能。陶瓷片面积越大，共振频率越高。有源天线:一般由陶瓷天线供电的天线模块LNA(低噪声信号模块)、电缆、接头、密封防水圈，即所谓G-mouse。如图所示，是天工测控G-mouse：

二、GPS模块有源天线和无源天线的区别

1、概念区分 无源天线:纯金属体，是各种常见的天线。 有源天线：在这个普通天线后面加放大器，配有放大器的电源，用于提高灵敏度，降低信噪比。

2、形状区分 由于有源天线增加了放大器，增长率较高，大多数有源天线的体积和尺寸大于无源天线。重要的一点：此外，有源的外观通常表明电压（VCC），没有无源的。

3.图解分析差异 外形上没有太大的区别，只是电路上有源的比无源的加了低噪放大和电源。以下是有源天线的电路标示 ：

这是u-blox公司AEK-4H标配评估器GPS有源天线电路架构，可见有源天线只通过同轴电缆与后射频电路连接；该电缆主要起两个作用：

（1）为有源天线的LNA供直流电；

(2)穿束天线接收并通过方大GPS射频信号。

然后直流电和射频在同一轴中GPS如何隔离信号？从上图可以看出，它是通过电感和电容实现的，电感是通过微带线实现的。

电路图(射频前端设计) ：

三、GPS天线的性能

影响GPS天线性能主要有以下几个方面：

1.陶瓷片:陶瓷粉的质量和烧结工艺直接影响其性能。目前市场上使用的陶瓷片主要是25块×25mm、18×18mm、15×15mm、12×12mm。

陶瓷片面积越大，介电常数越大，共振频率越高，接受效果越好。大多数陶瓷片都是方形设计的，以确保XY方向共振基本一致，达到均匀收星的效果。

银层：陶瓷天线表面的银层会影响天线共振频率。GPS陶瓷片频点准确落在1575.42MHz，然而，天线频点很容易受到周围环境的影响，特别是在整机中组装时，必须通过调整银涂层的形状来调整频点.42MHz。

因此GPS采购天线时，整机厂家必须配合天线厂家，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发送到后端。由于天线阻抗匹配，馈点通常不在天线的中心，而是在XY在方向上做一个小的调整。阻抗匹配方法简单，不增加成本。

单轴方向移动称为单偏天线，两轴移动称为双偏。

4.放大电路:承载陶瓷天线PCB形状和面积GPS当背景为7时，具有触地反弹的特点×7cm无间断大地时，patch天线的效率可以发挥到极致。

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。放大电路增益的选择必须配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F信号输入前的总增益不得超过29dB，否则，信号过饱和会产生自激。

GPS天线有四个重要参数：增益（Gain）、驻波（VSWR）、噪声系数（Noise figure）、轴比（Axial ratio）。轴比是衡量不同方向信号增益差异的重要指标。

由于卫星随机分布在半球天空上，保证天线在各个方向的敏感性非常重要。轴比受天线性能、外观结构、整机内部电路和影响EMI等影响。

四、如何选用无源天线和有源天线？

目前市场上可以自己生产GPS大伽马导航、嘉兴佳利电子、佳邦、嘉康电子等陶瓷天线厂家。

大多数制造商从国内外购买陶瓷部件，并配合设计的放大电路。超级智能终端越来越成为《纽约时报》的趋势，狭窄的空间对配件的大小提出了很高的要求。最初的国内技术只有15种×15mm以上成熟，10×10mm以上基本成熟。×7mm良率会偏低。

1、无源GPS无源使用天线GPS天线时，直接连接到模块的只有一个陶瓷片接收天空的卫星信号RF-IN脚，结构简单，标准25×25×4mm陶瓷片成本低，技术成熟，占地面积小，适合强调紧凑型空间GPS导航产品，蓝牙GPS、手机GPS及其他小型GPS消费品。

这种天线的布局是从天线引脚到模块的RF-IN脚，这条导线需要50欧阻抗匹配，天线附近不能有电磁干扰。PCB设计及整机EMI设计要求设计要求高，但如果设计得好GPS产品也有很好的性能效果，节能。

2、有源GPS由于设备和GPS在接收模块之前，通常会有距离。考虑到安装的便利性可能超过1米，我们只能选择有源模块GPS由于天线长度的信号衰减需要补偿，一般有两级低噪声放大器（LNA）进行天线前端信号放大，放大后的信号经电缆输出，同步提供电缆LNA所需的直流电压。

由于天线接收到的信号在有源天线接收头内完成信号接收和天线放大，远离GPS对于设备或其他电气设备，干扰源最小，由于天线距离延长，安装位置可以选择非常理想的环境，因此在实际使用中往往会感觉到强烈的信号。

特别是在弱信号启动中，由于内部二级放大也会有一定的增益，通常启动时间更快，但由于内部有二级LNA，也会消耗一定的电能，不同厂家的产品性能也不一样。陶瓷天线片和陶瓷天线片主要受到有源天线性能的影响LNA，还有天线设计、阻抗匹配、屏谱测试、天线微调和输出线端子。