GPS智慧天线在系统整合中的选择和性能考量

组采用表面安装焊盘，可适用于自动黏着和焊接管线，因而对于中等和大量产计画来说是一种很有吸引力的选择。从备料角度来看，使用模组比采购数量众多的元件更为容易，同时，由于供应商已经对GPS模组做过全面测试，因此只需要进行相对简单的产品测试。

GPS接收板本身带专用RF和I/O接头，体积虽然大于GPS模组，但却进一步简化了系统整合工作。使用过程中除了选择一款带合适连接电缆和接头的主动GPS天线外，不需要做其它与RF相关的设计工作。当易用性和划算的产品可靠性是重点考虑的因素时，插入式接收板是最佳的选择方案。

当能否迅速完成产品定型或迅速将产品投入市场成为产品成功与否的决定因素时，GPS智慧天线模组是最佳的选择。智慧天线模组包含完整的GPS接收机，带内建天线。智慧天线模组有两种应用形式：一种是OEM智慧天线模组，用于终端整合，另一种是将智慧天线封装到某个组件中。

设计中选择使用智慧天线模组

由于具有系统整合快速和风险低的特点，在要求实现迅速产品定型、小量产和对进入市场时间要求严格的应用场合，GPS智慧天线模组是最适当的选择。即使智慧天线模组包含了完全独立的GPS功能，在使用过程中仍有一些设计工作有待进行，包括天线类型(片状天线或螺旋天线)的选择和将智慧天线模组嵌入到终端产品中去。

大多数智慧天线模组不是采用陶瓷片状天线就是螺旋天线。片状天线具有方向性，在辐射元的正交面上有最大增益。换句话说，水准面上的辐射元对从天穹顶点发来的讯号具有最大增益。当水准面上接收仰角范围很窄的时候，对这种高度中心式的灵敏性会造成较大影响。片状天线适合用于主要朝向上方的终端产品中，例如用在车载导航中，靠着挡风玻璃安装在排气罩上。另外，由辐射元尺寸和它下方辐射经过的接地面尺寸共同决定的天线孔径(antenna aperture)大小，也会影响讯号接收灵敏性。

图2:GPS的系统整合等级。

螺旋天线有相对较宽的方向特性：具有更宽的接收仰角，但峰值增益也相对较低。螺旋天线适合用于各个方向都要求能自由使用的终端产品中，如行动手持设备。由于靠近人体时会干扰讯号接收，在这种情况下使用螺旋天线造成的影响也相对较小，因而在距离人体组织或远或近的位置、在各个方向手持终端产品时都能实现GPS接收。不过螺旋天线也存在一个缺点：天线孔径小，限制了整体的接收灵敏度。

下面列出的几点影响智慧天线模组在终端产品中嵌入应用的因素：

1.在选择智慧天线模组前应了解终端产品的主要定位方向和使用方式：例如，电子设备是被放置在平面上工作还是被拿在手里、与水准面呈一定倾角贴近人体头部使用。
2.天线整合的位置不能靠近噪音源，如内部处理器和发光LCD显示萤幕。
3.终端产品的外壳材料对天线性能有影响。外壳或屏蔽层材料的介电常数、厚度以及到天线表面的间距都会影响片状天线的谐振频率。因此，良好设计OEM智慧天线模组都按照厂商规格使用封装外壳，已经对偏移谐振频率进行了归零校准。

封装式智慧天线

封装式智慧天线是OEM智慧天线模组的一种替代选择。在要求嵌入GPS的产品不做硬体改动的情况下，选择封装式智慧天线有一定优势。封装式智慧天线有两种：分离式智慧天线和密耦合智慧天线。分离式智慧天线可以放在有较好天空视野的位置上，(例如GPS mice)。它们之间可透过RS-232、USB或蓝芽进行通讯，由主机(例如透过USB电源线)或充电电池供电。密耦合智慧天线可直接插入终端产品中去，例如透过CF插槽(Compact Flash slot)。

封装式智慧天线是在像可携PC和PDA这样的标准可携硬体平台上执行的系统解决方案的理想选择。

本文结论

在整合设计工作中使用经过良好设计智慧天线，可以提供与使用GPS模组和晶片组同样高的性能等级。在日本，Shinjuku(日本东京)是路测环境最苛刻的城市之一。市内道路两侧高楼林立，天空视野有限，对接收机的多径抑制能力提出了严格考验。智慧天线模组内含16通道ANTARIS定位技术，在如此恶劣的定位环境下仍能提供出色性能。

当要求快速实现终端产品的设计，要求降低开发成本或者内部研发资源有限的时候，智慧天线模组是切实可行的选择方案。经过仔细挑选的智慧天线模组可以提供能与传统GPS晶片组和模组整合相比的性能。

作者：Georg zur Bonsen
产品经理
Email: zurbonsen@u-blox.com
Thomas Christen
亚洲客户支援部经理
u-blox公司