新天線模塊加速GPS技術(shù)普及

可以說，GPS作為一種熱門技術(shù)，怎樣促進(jìn)其大規(guī)模商用一直是產(chǎn)業(yè)鏈中各廠商努力的焦點(diǎn)。而對于一種射頻收發(fā)為主的便攜應(yīng)用產(chǎn)品來說，天線性能與結(jié)構(gòu)和尺寸之間的平衡影響著技術(shù)的大范圍普及。

當(dāng)前GPS的市場需求

根據(jù)ABI及IEK報(bào)告指出，GPS車用導(dǎo)航系統(tǒng)已被汽車廠列為未來擬訂導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)配備、美國E911法規(guī)要求行動(dòng)電話，及其它手持式消費(fèi)產(chǎn)品必須配備GPS導(dǎo)航功能，加上內(nèi)建GPS功能各系統(tǒng)終端產(chǎn)品價(jià)格下滑等市場助力，促使GPS等相關(guān)產(chǎn)品的市占率快速提升。另外，全球產(chǎn)業(yè)對于電子產(chǎn)品要求輕、薄、短、小等特性之下，加上高度整合的訊號混合芯片作為RF前端功能，整個(gè)GPS系統(tǒng)包括了GPS、處理核心、嵌入式內(nèi)存芯片，及小型電子組件構(gòu)成，這些使得GPS小型化形成了一股趨勢，正是這樣的發(fā)展趨勢影響了未來GPS市場即將深入個(gè)人使用的范圍，很有可能GPS將成為未來人們的日用必需品。

GPS天線設(shè)計(jì)不如想象中簡單

　GPS整套系統(tǒng)已經(jīng)從單一整合式產(chǎn)品逐漸發(fā)展成系統(tǒng)整合解決方案；從產(chǎn)品設(shè)計(jì)端來看，GPS導(dǎo)航設(shè)備廠商可以自行選擇GPS模塊、芯片（智能天線模塊）藉以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合的目標(biāo)。嚴(yán)格看來，目前市場上GPS導(dǎo)航解決方式都有其優(yōu)劣；因此，在選擇之前，廠商必須再根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)環(huán)境條件做出設(shè)計(jì)評估，而這其中又以GPS天線及接收器模塊被視為導(dǎo)航系統(tǒng)中的重要零組件，GPS天線設(shè)計(jì)與接收器兩者又必須在相互搭配的情況下，才得以設(shè)計(jì)出一個(gè)GPS導(dǎo)航技術(shù)。從GPS天線技術(shù)設(shè)計(jì)的角度來評估，其天線嚴(yán)格要求適用特性、易用性及定量性能標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)確度、啟動(dòng)性能、定位追蹤靈敏度及產(chǎn)品低功耗等。因此，這對GPS天線模塊設(shè)計(jì)而言，造成不小的沖擊。例如：天線設(shè)計(jì)小型化有可能會導(dǎo)致靈敏度降低；減少電源功耗雖然可透過縮小硬件架構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，但對低功耗的追求卻又導(dǎo)致另一項(xiàng)性能的折衷，例如：減少信道數(shù)及搜尋頻道，在啟動(dòng)性能方面也會因此受到影響。從過去螺旋式Helix的技術(shù)到現(xiàn)今Patch薄皮式技術(shù)，可以看出未來的GPS天線設(shè)計(jì)還存在著許多尚待解決的問題及研發(fā)空間。

設(shè)計(jì)中選擇使用智能天線模塊

　由于具有系統(tǒng)整合快速和風(fēng)險(xiǎn)低的特點(diǎn)，在要求實(shí)現(xiàn)迅速產(chǎn)品定型、小量產(chǎn)和對進(jìn)入市場時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合，GPS智能天線模塊是最適當(dāng)?shù)倪x擇。即使智能天線模塊包含了完全獨(dú)立的GPS功能，在使用過程中仍有一些設(shè)計(jì)工作有待進(jìn)行，包括天線類型（片狀天線或螺旋天線）的選擇和將智能天線模塊嵌入到終端產(chǎn)品中去。

　大多數(shù)智能天線模塊不是采用陶瓷片狀天線就是螺旋天線。片狀天線具有方向性，在輻射元的正交面上有最大增益。換句話說，水平面上的輻射元對從天穹頂點(diǎn)發(fā)來的訊號具有最大增益。當(dāng)水平面上接收仰角范圍很窄的時(shí)候，對這種高度中心式的靈敏性會造成較大影響。片狀天線適合用于主要朝向上方的終端產(chǎn)品中，例如用在車載導(dǎo)航中，靠著擋風(fēng)玻璃安裝在排氣罩上。另外，由輻射元尺寸和它下方輻射經(jīng)過的接地面尺寸共同決定的天線孔徑（antenna aperture）大小，也會影響訊號接收靈敏性。螺旋天線有相對較寬的方向特性：具有更寬的接收仰角，但峰值增益也相對較低。螺旋天線適合用于各個(gè)方向都要求能自由使用的終端產(chǎn)品中，如行動(dòng)手持設(shè)備。

　由于靠近人體時(shí)會干擾訊號接收，在這種情況下使用螺旋天線造成的影響也相對較小，因而在距離人體組織或遠(yuǎn)或近的位置、在各個(gè)方向手持終端產(chǎn)品時(shí)都能實(shí)現(xiàn)GPS接收。不過螺旋天線也存在一個(gè)缺點(diǎn)：天線孔徑小，限制了整體的接收靈敏度。

封裝式GSP智能天線設(shè)計(jì)

封裝式智能天線是OEM智能天線模塊的一種替代選擇。在要求嵌入GPS的產(chǎn)品不做硬件改動(dòng)的情況下，選擇封裝式智能天線有一定優(yōu)勢。封裝式智能天線有兩種：分離式智能天線和密耦合智能天線。分離式智能天線可以放在有較好天空視野的位置上，例如GPS mice。它們之間可透過RS-232、USB或藍(lán)芽進(jìn)行通訊，由主機(jī)（例如透過USB電源線）或充電電池供電。密耦合智能天線可直接插入終端產(chǎn)品中，例如透過CF插槽（Compact Flash slot）。封裝式智能天線是在像可攜PC和PDA這樣的標(biāo)準(zhǔn)可攜式硬件平臺上執(zhí)行的系統(tǒng)解決方案的理想選擇。

在GSP導(dǎo)行系統(tǒng)整合的過程中，使用經(jīng)過良好設(shè)計(jì)GPS天線，也能使天線設(shè)計(jì)與GPS模塊和芯片組達(dá)到同樣的性能等級。當(dāng)GSP被要求必須要快速實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，要求降低開發(fā)成本或者內(nèi)部研發(fā)資源有限的時(shí)候，智能天線模塊是切實(shí)可行的選擇方案，經(jīng)過仔細(xì)挑選的智能天線模塊可以提供與傳統(tǒng)GPS芯片組和模塊整合相比的性能。


毫無疑問，哪里有市場需求，哪里就有新產(chǎn)品的誕生。近日，Antenova公司推出了第二代全球定位系統(tǒng)GPS RADIONOVA射頻天線模塊，這種模塊適用于嵌入式GPS應(yīng)用。這款GPS RADIONOVA射頻天線模塊設(shè)計(jì)采用單體封裝解決方案，它將射頻及無源天線封裝在同一模塊中，它將一片高性能、低功率接收機(jī)芯片與Antenova擁有專利的高效GPS天線技術(shù)相結(jié)合，適用于L1波段GPS和A-GPS系統(tǒng)。通過在兩段天線間置入了射頻元件，進(jìn)一步優(yōu)化了上一代模塊的性能和效率。這一新的設(shè)計(jì)還具有更大的帶寬，這樣就使它極易應(yīng)用在更多的設(shè)備和手機(jī)中而無需做任何客制化的改動(dòng)。現(xiàn)場測試表明，它在所有情形下都有相當(dāng)出色的表現(xiàn)，即使是在高樓林立的城市峽谷和樹木成蔭的道路等場合。此外，從冷啟動(dòng)到首次定位的時(shí)間（TTFF）僅為30至45秒，具體取決于用戶的系統(tǒng)配置。這塊帶有天線與射頻、真正‘即取即用’的模塊所具有的高性能、小尺寸、低成本及易于集成等等優(yōu)點(diǎn)，對于OEM和GPS芯片商來說，無疑是一個(gè)極具吸引力的解決方案。