中心論題：

• 智能天線方案選擇思路
• 片狀天線與螺旋天線的性能對比
• 影響智能天線模塊在終端產品中應用的因素

解決方案：

• 選擇GPS接收機時時考慮技術性以及非技術性要求
• 選擇智能天線模塊

GPS已從一種集成產品發展成綜合係統解決方案的一部分。目前原始設備製造商(OEM)可以選擇用GPS芯片組、GPS模塊或智能天線模塊來實現係統集成。每種方案都有各自的利弊，OEM在zai選xuan擇ze之zhi前qian需xu要yao根gen據ju其qi整zheng個ge係xi統tong的de要yao求qiu做zuo出chu評ping估gu。本ben文wen提ti供gong了le智zhi能neng天tian線xian方fang案an選xuan擇ze思si路lu
，並bing討tao論lun了le片pian狀zhuang天tian線xian和he螺luo旋xuan天tian線xian的de性xing能neng對dui比bi以yi及ji影ying響xiang智zhi能neng天tian線xian模mo塊kuai在zai終zhong端duan產chan品pin中zhong嵌qian入ru應ying用yong的de因yin素su。

近年來，GPS已從一種集成產品發展成綜合係統解決方案的一部分。這種轉變的動因是GPS的小型化進程和對降低成本的追求。高度集成的信號混合芯片完成RF前端功能，整個係統由包括GPS硬件

、強大的處理內核、嵌入式存儲器的芯片以及小型電子元件構成，這些使得GPS小型化成為可能。OEM可以選擇用GPS芯片組、GPS模塊或智能天線模塊來實現係統集成。每種方案都有各自的利弊：基於芯片組的設計能提供高度的靈活性，但同時設計需要投入大量精力，並要求設計工程師掌握豐富的RF知識；而智能天線模塊是快速係統集成的正確選擇，在快速係統集成應用中
，基於這種充分設計的GPS子係統，集成隻需要最短的開發時間、最低的開發成本以及最小的開發風險。在開始批量生產的時候，采用智能天線模塊會顯著簡化物料采購儲備工作和產品的測試流程。

      

圖1：GPS係統需求分析

目前，市場上價格適中的GPS接收機種類豐富，可滿足OEM的不同需求。GPS生產商提供不同性能和不同係統集成等級的產品。即使現在的GPS接收機看起來可以用於簡單直接的係統集成，然而由於市場上存在大量可供選擇的產品，使得OEM廠商仍然很難做出最恰當的選擇。因此

，建議OEM廠商在做出選擇之前先確定GPS接收機需要滿足的要求


，包括技術和非技術因素，如圖1中所示。

係統的技術或非技術性要求
技術性要求包括特性(如節能模式和支持SBAS)、易用性(特別是易配置性)和既要定性也要定量的性能標準。定量指標指可測參數

，如準確度、啟動性能
、跟蹤靈敏度和功耗，定性指標包括由外場測試獲得的可預期定位結果。有些GPS接收機在實驗室裏測得的技術指標可能很好，但很可能外場測試就不行。外場測試暴露出技術特性上的弱點或缺陷。不管GPS接收機技術怎樣發展，都仍會存在由於某種權衡造成的性能上的折衷。對智能天線模塊來說，片狀天線(patch antenna)及其地麵層的小型化是以犧牲靈敏度為代價的。對低功耗的追求帶來了另一種性能折衷：功耗的降低可以通過縮減硬件架構得以實現，例如減少通道數和時/頻搜索窗口，但同時啟動性能便會打折扣。

工程師往往側重於關心技術性要求而忽視非技術性要求的重要性。有限的項目周期、預yu算suan和he可ke利li用yong的de內nei部bu研yan發fa資zi源yuan都dou會hui對dui產chan品pin設she計ji產chan生sheng影ying響xiang。工gong程cheng師shi需xu要yao謹jin慎shen地di決jue定ding係xi統tong集ji成cheng等deng級ji，這zhe一yi等deng級ji最zui好hao被bei視shi為wei衡heng量liang自zi己ji研yan發fa工gong作zuo技ji術shu深shen度du的de標biao尺chi。所suo選xuan的de係xi統tong集ji成cheng等deng級ji會hui影ying響xiang項xiang目mu複fu雜za度du、進度
、成本、產品和物料采備。在評估GPS接jie收shou機ji時shi

，成cheng本ben因yin素su扮ban演yan了le重zhong要yao角jiao色se。對dui產chan品pin批pi量liang小xiao的de項xiang目mu來lai說shuo，最zui初chu的de開kai發fa成cheng本ben在zai整zheng個ge產chan品pin成cheng本ben中zhong占zhan據ju了le最zui大da的de一yi部bu分fen，必bi須xu著zhe重zhong考kao慮lv。對dui產chan品pin批pi量liang大da的de項xiang目mu來lai說shuo
，開kai發fa成cheng本ben對dui項xiang目mu本ben身shen的de影ying響xiang可ke以yi忽hu略lve，為wei了le優you化hua產chan品pin成cheng本ben，需xu要yao在zai研yan發fa過guo程cheng中zhong投tou入ru充chong足zu的de時shi間jian和he資zi源yuan。

GPS廠商間的激烈競爭造成GPS產chan品pin的de低di價jia，工gong程cheng師shi和he采cai購gou經jing理li很hen容rong易yi被bei價jia格ge因yin素su吸xi引yin而er選xuan擇ze最zui便bian宜yi的de那na種zhong。請qing注zhu意yi
，單dan純chun地di隻zhi關guan心xin產chan品pin成cheng本ben而er忽hu視shi其qi它ta要yao求qiu很hen可ke能neng會hui導dao致zhi令ling人ren失shi望wang的de結jie果guo，例li如ru項xiang目mu延yan期qi和he出chu現xian產chan品pin質zhi量liang缺que陷xian。性xing能neng差cha、質量達不到預期要求以及讓用戶不滿意
，都是GPS嵌入式產品最不希望見到的。

在項目進行的初期階段就必須確定係統集成等級

，它會影響對OEM GPS接收機的選擇。選定的係統集成等級類似於在設計複雜度和有限的周期、技巧和可用資源之間進行的一種權衡。

基於GPS芯片組設計可以提供最大的靈活性和產品優化。基於芯片組的設計需要開發工程師具備RF設(she)計(ji)方(fang)麵(mian)的(de)豐(feng)富(fu)技(ji)巧(qiao)和(he)經(jing)驗(yan)，以(yi)完(wan)成(cheng)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)並(bing)提(ti)供(gong)全(quan)麵(mian)徹(che)底(di)的(de)配(pei)套(tao)產(chan)品(pin)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)。基(ji)於(yu)芯(xin)片(pian)組(zu)的(de)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)通(tong)常(chang)超(chao)過(guo)一(yi)年(nian)，成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)，同(tong)時(shi)技(ji)術(shu)風(feng)險(xian)不(bu)容(rong)忽(hu)視(shi)。一(yi)般(ban)會(hui)進(jin)行(xing)三(san)次(ci)或(huo)以(yi)上(shang)的(de)產(chan)品(pin)原(yuan)型(xing)測(ce)試(shi)，產(chan)品(pin)方(fang)可(ke)定(ding)型(xing)，在(zai)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)中(zhong)強(qiang)烈(lie)建(jian)議(yi)與(yu)GPS廠商緊密合作。總之
，高昂的設計費用、較大風險和複雜的物料來源(20-40個來自不同半導體公司的元件)
，使得這種方式僅適用於有大規模應用潛力的產品。

GPS模塊可以作為芯片組的替代選擇。模塊包含完整的GPS功能，允許開發工程師進行快速係統集成
，而無需麵對在開發過程中RF和GPS設計缺陷的麻煩。開發工程師隻需要具備基本的RF知(zhi)識(shi)，指(zhi)定(ding)天(tian)線(xian)類(lei)型(xing)並(bing)將(jiang)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)到(dao)模(mo)塊(kuai)的(de)鏈(lian)路(lu)上(shang)。模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)焊(han)盤(pan)，可(ke)適(shi)用(yong)於(yu)自(zi)動(dong)貼(tie)裝(zhuang)和(he)焊(han)接(jie)流(liu)水(shui)線(xian)，因(yin)而(er)對(dui)於(yu)中(zhong)等(deng)和(he)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)項(xiang)目(mu)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)種(zhong)很(hen)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)選(xuan)擇(ze)。從(cong)備(bei)料(liao)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，使(shi)用(yong)模(mo)塊(kuai)比(bi)采(cai)購(gou)數(shu)量(liang)眾(zhong)多(duo)的(de)元(yuan)件(jian)更(geng)為(wei)容(rong)易(yi)，同(tong)時(shi)，由(you)於(yu)供(gong)應(ying)商(shang)已(yi)經(jing)對(dui)GPS模塊做過全麵測試
，因此隻需要進行相對簡單的產品測試。      
 

圖2:係統集成等級

GPS接收板本身帶專用RF和I/O接頭，體積雖然大於GPS模塊，但卻進一步簡化了係統集成工作。使用過程中除了選擇一款帶合適連接電纜和接頭的有源GPS天線外
，不需要做其它與RF相關的設計工作。當易用性和劃算的產品可靠性是重點考慮的因素時，插入式接收板是最佳的選擇方案。

當能否迅速完成產品定型或迅速將產品投放市場成為產品成功與否的決定因素時，GPS智能天線模塊是最佳的選擇。智能天線模塊包含完整的GPS接收機，帶內置天線。智能天線模塊有兩種應用形式：一種是OEM智能天線模塊，用於終端集成，另一種是將智能天線封裝到某個組件中。

設計中選擇使用智能天線模塊
由於具有係統集成快速和風險低的特點
，在要求實現迅速產品定型、小批量生產和對進入市場時間要求嚴格的應用場合

，GPS智能天線模塊是最適當的選擇。即使智能天線模塊包含了完全獨立的GPS功能
，在使用過程中仍有一些設計工作有待進行，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品中去。

daduoshuzhinengtianxianmokuaibushicaiyongtaocipianzhuangtianxianjiushiluoxuantianxian。pianzhuangtianxianjuyoufangxiangxing，zaifusheyuandezhengjiaomianshangyouzuidazengyi。huanjuhuashuo，shuipingmianshangdefusheyuanduicongtianqiongdingdianfalaidexinhaojuyouzuidazengyi。dangshuipingmianshangjieshouyangjiaofanweihenzhaideshihou

，duizhezhonggaoduzhongxinshidelingminxinghuizaochengjiaodayingxiang。pianzhuangtianxianshiheyongyuzhuyaochaoxiangshangfangdezhongduanchanpinzhong

，liruyongzaichezaidaohangzhong，kaozhedangfengbolianzhuangzaipaiqizhaoshang。lingwai
，youfusheyuanchicunhetaxiafangfushejingguodejiedimianchicungongtongjuedingdetianxiankongjing(antenna aperture)大小，也會影響信號接收靈敏性。

螺旋天線有相對較寬的方向特性：juyougengkuandejieshouyangjiao，danfengzhizengyiyexiangduijiaodi。luoxuantianxianshiheyongyugegefangxiangdouyaoqiunengziyoushiyongdezhongduanchanpinzhong，ruyidongshouchishebei。youyukaojinrentishihuiganraoxinhaojieshou
，zaizhezhongqingkuangxiashiyongluoxuantianxianzaochengdeyingxiangyexiangduijiaoxiao，yinerzaijulirentizuzhihuoyuanhuojindeweizhi、在各個方向手持終端產品時都能實現GPS接收。不過螺旋天線也存在一個缺點：天線孔徑小，限製了整體的接收靈敏度。

下麵列出的幾點影響智能天線模塊在終端產品中嵌入應用的因素：

1.在選擇智能天線模塊前應了解終端產品的主要定位方向和使用方式：例如，電子設備是被放置在平麵上工作還是被拿在手裏、與水平麵呈一定傾角貼近人體頭部使用。

2.天線集成的位置不能靠近噪聲源，如內部處理器和發光LCD顯示屏。

3.終端產品的外殼材料對天線性能有影響。外殼或屏蔽層材料的介電常數
、厚度以及到天線表麵的間距都會影響片狀天線的諧振頻率。因此，良好設計的OEM智能天線模塊都按照廠商規範使用封裝外殼

，已經對偏移諧振頻率進行了歸零校準。

封裝式智能天線
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的產品不做硬件改動的情況下
，選擇封裝式智能天線有一定優勢。封裝式智能天線有兩種：分立式智能天線和密耦合智能天線。分立式智能天線可以放在有較好天空視野的位置上，例如GPS鼠(GPS mice)。它們之間通過RS-232、USB或藍牙進行通信，由主機(例如通過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品中去，例如通過CF插槽(Compact Flash slot)。

封裝式智能天線是在像便攜PC和PDA這樣的標準便攜硬件平台上運行的係統解決方案的理想選擇。

本文結論
在集成設計工作中使用經過良好設計的智能天線，可以提供與使用GPS模(mo)塊(kuai)和(he)芯(xin)片(pian)組(zu)同(tong)樣(yang)高(gao)的(de)性(xing)能(neng)等(deng)級(ji)。在(zai)日(ri)本(ben)
，新(xin)宿(xiu)是(shi)路(lu)測(ce)環(huan)境(jing)最(zui)苛(ke)刻(ke)的(de)城(cheng)市(shi)之(zhi)一(yi)。市(shi)內(nei)道(dao)路(lu)兩(liang)側(ce)高(gao)樓(lou)林(lin)立(li)，天(tian)空(kong)視(shi)野(ye)有(you)限(xian)，對(dui)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)多(duo)徑(jing)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li)提(ti)出(chu)了(le)嚴(yan)格(ge)考(kao)驗(yan)。智(zhi)能(neng)天(tian)線(xian)模(mo)塊(kuai)內(nei)含(han)16通道ANTARIS定位技術
，在如此惡劣的定位環境下仍能提供出色性能。

dangyaoqiukuaisushixianzhongduanchanpindesheji，yaoqiujiangdikaifachengbenhuozheneibuyanfaziyuanyouxiandeshihou，zhinengtianxianmokuaishiqieshikexingdexuanzefangan。jingguozaixitiaoxuandezhinengtianxianmokuaikeyitigongyuchuantongGPS芯片組和模塊集成相比擬的性能。