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采用GPS天线模块设计卫星定位系统

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发表时间:2019-06-17 16:23
每个GPS接收器都需要天线才能接收到2万公里以外的微弱卫星信号。由于许多客户不具备RF/天线调谐的专业技术,因此将卫星接收器芯片和天线整合在一个模块上的性能优化的“GPS天线模块”便成为一种较好的解决方案。对于想要“立即”拥有全球定位功能的设备来说,这些模块具有快速上市和物流简化的优点,从而提供了一种具成本效益的绝佳方案。

GPS天线模块的尺寸也远比采用外部天线设计的GPS模块要小。这使得内置芯片天线的GPS天线模块成为超薄型设计的理想选择,而且可省去许多设计上的麻烦。

GPS天线模块的一种典型而理想的应用是个人与宠物跟踪设备,这是一个快速成长的市场。这类设备外形极小,却要在任何方位下提供最佳的天线性能。

卫星接收器芯片的另一项重要特性是需具备优异的抗干扰性能,因为个人跟踪设备通常会包含一个蜂窝调制解调器,而且可能会与移动电话放在同一个口袋中。两个重要的设计标准是:包含预调谐天线的GPS天线模块,应能全方位提供最佳的接收质量;整合SAW滤波器需提供良好的抗蜂窝噪音的能力。

根据使用区域的不同,定位模块需要支持不同的卫星导航系统,包括GPS、GLONASS(俄罗斯)、北斗(中国)和QZSS(日本)。此外,同时支持两种卫星系统 (例如GPS/GLONASS、GPS/北斗、GLONASS/北斗)提升了定位速度与可靠性,因为使用至少四颗卫星来计算一个位置的机会增加了。

在设计芯片天线模块时要特别小心,因为PCB本身就是天线整体的一部分(半个偶极)。因此,要获得最佳性能,供应商的设计支持,包括支持系统集成,并拥有具备多年芯片天线模块设计经验的应用工程师,便十分重要。

CAM-M8Q的另一个特性是,如果客户决定采用外部天线,该模块的内部芯片天线则可作为备用之选。当主选的外部天线可能出现故障或遭受损坏时,这一特性便能发挥良好的作用。举例来说,车辆跟踪系统的外部天线就很有可能被损坏 。

对于仅支持GPS功能的应用来说,PAM-7Q 的尺寸广受欢迎,因为它具备较好的安装灵活性。它可以直接安装在现有的设计中,或者通过引脚头(pin-header)焊接到定制的PCB上。PAM-7Q 的贴片(patch)天线尺寸为18 x 18 mm,可提供更小的贴片天线组件无法达到的RHCP极化性能。

设计简单且对接容易可使安装成本降至最低。该模块非常适合需要小巧、快速与低成本GPS定位功能的工业与消费应用。

这两款模块都经过特别的设计与调整,在任何方位下,都能提供最佳的天线性能。同时,由于整合了SAW滤波器,它们还具备优异的灵敏度与抗干扰特性。

采用gps天线模块设计卫星定位系统

如图所显示的是GPS天线在三个不同平面上的增益测量结果。请注意,在垂直平面上的性能接近相同。这显示出,不论设备的方位如何,都能在面对天空的方向提供一致的天线增益。

这些测量是将模块安装在80 x 40 mm的接地面上进行的,此接地面实际上也是天线的一部份。图中深蓝色的长方形为建议的天线模块安装位置。

采用GPS天线模块设计卫星定位系统

电路原理图说明了利用CAM-M8Q GNSS天线模块进行设计的简易性。图5中的第一个原理图显示了采用内部GPS天线的一个独立方案:只需几个外部无源器件用于常规电源供应过滤及保护。图中还包括了用来开启和关闭电源的可选的电源开关。

所有定位信息都通过引脚25和26上的2线NMEA接口传送给主机处理器;无需主机进行处理,该模块就能提供最终的定位信息。

使用外部GPS天线的设计,当外部天线损坏或连接中断时,该模块能自动切换到内部GNSS芯片天线,并继续执行定位功能。这一特性在车辆应用中非常有用,因为当车辆发生事故时,外部天线很可能会损毁。




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