三分钟之内带您深入了解！系统集成中GPS智能天线模块的选择和性能注意事项

中心主题:

智能天线方案选择思路

芯片天线与螺旋天线之间的性能比较

影响智能天线模块在终端产品中应用的因素

解决方案:

选择GPS时，请始终考虑技术和非技术要求

选择智能天线模块

GPS已从集成产品演变为集成系统解决方案的一部分. 目前，原始设备制造商（OEM）可以选择使用GPS芯片组，GPS模块或智能天线模块来实现系统集成. 每种方案都有其自身的优点和缺点，并且OEM需要在选择之前根据其整个系统的要求进行评估. 本文为选择智能天线解决方案提供了思路，并讨论了芯片天线和螺旋天线的性能比较以及影响智能天线模块在终端产品中应用的因素.

近年来，GPS已从集成产品演变为集成系统解决方案的一部分. 这种转变的动机是GPS的小型化和追求成本的降低. 高度集成的信号混合芯片完成了RF前端功能. 整个系统由一个芯片组成，该芯片包括GPS硬件，强大的处理核心gps 集成芯片，嵌入式存储器和小型电子组件. 这些使GPS小型化成为可能. OEM可以选择使用GPS芯片组，GPS模块或智能天线模块来实现系统集成. 每种解决方案都有其自身的优缺点: 基于芯片组的设计具有高度的灵活性，但与此同时，设计需要付出很多努力，并且需要设计工程师具有丰富的RF知识；智能天线模块是快速系统集成的正确选择在快速系统集成应用中，基于这个完全设计的GPS子系统，集成仅需要最短的开发时间，最低的开发成本和最小的开发风险. 在开始批量生产时，使用智能天线模块将大大简化材料采购和存储工作以及产品测试过程.

图1: GPS系统需求分析

目前，市场上有各种价格适中的GPS，可以满足OEM的不同需求. GPS制造商提供的产品具有不同的性能和不同的系统集成度. 尽管当前的GPS似乎用于简单和直接的系统集成，但是由于市场上可用的产品很多，OEM仍然很难做出最合适的选择. 因此，建议OEM制造商在做出选择之前确定GPS需要满足的要求，包括技术和非技术因素，如图1所示.

系统的技术或非技术要求

技术要求包括功能（例如节能模式和对SBAS的支持），易用性（尤其是易于配置）以及定性和定量的性能标准. 定量指标是指可测量的参数，例如精度，启动性能，跟踪灵敏度和功耗. 定性指标包括从现场测试中获得的预期定位结果. 在实验室中测量的某些GPS接收机的技术指标可能非常好，但是现场测试很可能无法正常工作. 现场测试发现了技术特性上的弱点或缺陷. 无论GPS技术如何发展，由于某些取舍，仍然会有性能上的折衷. 对于智能天线模块，贴片天线及其接地层的小型化是以牺牲灵敏度为代价的. 对低功耗的追求带来了另一个性能折衷: 可以通过减少硬件架构来实现功耗的降低，例如减少通道数量和时间/频率搜索窗口，但同时启动性能将达到受到损害.

工程师倾向于关注技术要求，而忽略非技术要求的重要性. 有限的项目周期，预算和可用的内部研发资源都会对产品设计产生影响. 工程师需要仔细确定系统集成的水平，最好将其视为衡量其研发工作的技术深度的尺度. 所选的系统集成级别将影响项目的复杂性，进度，成本，产品和材料的采购. 在评估GPS接收机时，成本因素起着重要作用. 对于小批产品的项目，初始开发成本占总产品成本的最大部分，必须予以考虑. 对于具有大批产品的项目，可以忽略开发成本对项目本身的影响. 为了优化产品成本，需要在研发过程中投入足够的时间和资源.

GPS制造商之间的激烈竞争导致GPS产品的价格低廉. 工程师和采购经理很容易受到价格因素的吸引，并选择最便宜的一种. 请注意，仅关心产品成本并忽略其他要求可能会导致令人失望的结果，例如项目延误和产品质量缺陷. 对于GPS嵌入式产品，最不希望的是性能差，质量不令人满意以及用户不满意.

在项目的早期阶段，有必要确定系统集成度，这将影响OEM GPS的选择. 选择的系统集成级别类似于设计复杂性与有限的周期，技能和可用资源之间的折衷.

基于GPS芯片组的设计可以提供最大的灵活性和产品优化. 基于芯片组的设计要求开发工程师在射频设计方有丰富的技能和经验，以完成产品开发并提供全面而完整的支持产品测试系统. 基于芯片组的产品设计开发周期通常超过一年，成本较高，技术风险不容忽视. 通常，在完成产品之前要进行三个或更多产品原型测试. 强烈建议在开发过程中与GPS制造商紧密合作. 简而言之，高昂的设计成本，更大的风险以及复杂的材料来源（来自不同半导体公司的20-40个组件）使得该方法仅适用于具有应用潜力的产品.

GPS模块可以用作芯片组的替代产品. 该模块包含完整的GPS功能，使开发工程师可以快速进行系统集成，而不必在开发过程中面对RF和GPS设计缺陷的麻烦. 开发工程师只需要具有基本的RF知识，指定天线类型并设计与模块链接的天线即可. 该模块使用表面安装垫，适用于自动安装和焊接生产线，因此它是中型和生产项目的有吸引力的选择. 从材料准备的角度来看，使用模块要比购买大量组件容易. 同时，由于供应商已经对GPS模块进行了全面的测试，因此只需要相对简单的产品测试即可.

图2: 系统集成级别

GPS板本身具有专用的RF和I / O连接器. 尽管体积大于GPS模块，但它进一步简化了系统集成. 除了在使用期间选择带有合适的连接电缆和连接器的有源GPS天线外，不需要其他与​​RF相关的设计工作. 当要考虑易用性和具有成本效益的产品可靠性时，插入式板是最佳选择.

GPS智能天线模块是可以快速完成产品定型或快速将产品投放市场以决定产品成功的最佳选择. 智能天线模块包含带有内置天线的完整GPS. 智能天线模块有两种应用形式: 一种是OEM智能天线模块，用于终端集成，另一种是将智能天线封装到某个组件中.

选择在设计中使用智能天线模块

由于系统集成速度快和风险低的特点，GPS智能天线模块是需要快速定型产品，小批量生产以及对上市时间有严格要求的应用的最合适选择. 即使智能天线模块包含完全独立的GPS功能，在使用过程中仍需要进行一些设计工作，包括选择天线类型（芯片天线或螺旋天线）并将智能天线模块嵌入终端产品中.

大多数智能天线模块使用陶瓷贴片天线或螺旋天线. 贴片天线是定向的，并且在辐射元件的正交平面中具有最大增益. 换句话说，在水平面上的辐射元件对从天穹的顶点发送的信号具有最大增益. 当水平面上的接收标高范围非常狭窄时，它将对这种高度中心类型的灵敏度产生更大的影响. 片状天线适用于主要面向上的终端产品，例如在汽车导航中，并且安装在排风罩上，靠在挡风玻璃上. 此外，由辐射元件的尺寸和辐射通过的接地平面的尺寸所决定的天线孔径的尺寸，也会影响信号的接收灵敏度.

螺旋天线具有相对较宽的方向特性: 它具有较宽的接收仰角，但峰值增益也相对较低. 螺旋形天线适用于需要全方位自由使用的终端产品，例如移动手持设备. 由于在靠近人体时会干扰信号接收，因此在这种情况下，使用螺旋形天线引起的影响相对较小. 因此gps 集成芯片，当将终端产品沿各种方向保持在距人体组织一定距离或远近的地方时，就可以实现GPS接收. 但是，螺旋天线也有一个缺点: 天线的小孔径限制了整体接收灵敏度.

以下列出的因素影响智能天线模块在终端产品中的嵌入式应用:

1. 在选择智能天线模块之前，您应该了解终端产品的主要定位方向和用法: 例如，将电子设备放置在工作的平面上还是握在手中，以一定角度靠近人的头部到水平面使用.

2. 集成天线的位置不应靠近噪声源，例如内部处理器和发光的LCD显示器.

3. 终端产品的外壳材料会影响天线性能. 介电常数，厚度以及与外壳或屏蔽材料的天线表面之间的距离都会影响芯片天线的谐振频率. 因此，精心设计的OEM智能天线模块全部使用符合制造商规格的封装外壳，并已针对失调谐振频率进行了零校准.

包装好的智能天线

包装的智能天线是OEM智能天线模块的替代产品. 在GPS嵌入式产品不需要硬件更改的情况下，选择包装好的智能天线具有某些优势. 打包的智能天线有两种类型: 离散型智能天线和密集耦合型智能天线. 离散智能天线可以放置在具有良好天空视野的位置，例如GPS鼠标. 它们通过RS-232，USB或蓝牙相互通信，并由主机（例如，通过USB电源线）或可充电电池供电. 紧密耦合的智能天线可以直接插入终端产品中，例如，通过CF插槽（紧凑型闪存插槽）.

封装的智能天线非常适合在标准硬件平台（如PC和PDA）上运行的系统解决方案.

本文的结论

在集成设计工作中使用精心设计的智能天线可以提供与GPS模块和芯片组相同的高性能. 在日本，新宿是路考环境中要求最高的城市之一. 城市道路两旁都有高大的建筑物，天空视野有限，这对的多径抑制能力进行了严格的测试. 智能天线模块包含16通道ANTARIS定位技术，在如此恶劣的定位环境下仍可提供出色的性能.

当需要快速实现终端产品的设计，降低开发成本或内部研发资源有限时，智能天线模块是一种实用可行的选择. 精心选择的智能天线模块可以提供可与传统GPS芯片组和模块集成媲美的性能.

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