目前市場上應用最廣泛的陶瓷patch天線概述

天線作為GPS設備中最重要的接收器件，它起到的作用就像是人的“耳朵”；是將衛星發送下來的電磁波能量變換成電子器件可解析的電流。因此天線的性能好壞將直接關系到GPS整機的產品性能。

目前GPS系統開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；中國北斗B1 band，1561.098MHz等等。GPS天線在調試的時候，小尺寸的陶瓷天線上一般只能做到兼容2個頻段（一般軟件上也是多選2）；無法做到同時兼容3個頻段。這就需要我們在調試的時候就確認好客戶需求；確認是使用單GPS或北斗；還是采用GPS+北斗、GPS+GLONASS等兩兩組合的方式。這樣調試的時候有側重點，性能才能最優。

GPS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GPS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GPS模塊上均內置18dBm增益的GPS LNA，可以直接將陶瓷介質的無源天線焊接在模塊GPS_ANT PIN腳處使用。產品布局的時候，GPS陶瓷天線朝上擺放；模塊可以放到PCB的另一面。這樣就可以做到GPS_ANT PIN到天線焊盤走線盡可能短。

2、匹配電路；如果天線焊盤離模塊的GPS_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GPS天線遠離模塊GPS_ANT PIN，那么建議預留pi型匹配電路。模塊GPS_ANT PIN到GPS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GPS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GPS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GPS有觸地反彈的特性，當背景是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、GPS模塊使用外置天線時的供電處理。PCB部分；如下圖：

目前市場上應用最廣泛的陶瓷patch天線概述