向錯料偏料Say No！手把手教你導航衛星天線選型

手把手教你導航衛星天線選型

現今全球導航衛星系統 (Global Navigation Satellite System, 簡稱GNSS) 已廣泛應用於不同領域的產品——大型如交通基建設施、汽車導航，輕巧如物聯網及手機應用——而支持GNSS 的射頻天線(Antenna) 也向著多元化發展。

天線本身是無源(Passive) 零部件，負責接收從外太空GNSS人造衛星發射來的模擬信號(Analog Signal)，如工程師需要進行數碼射頻通訊產品設計，微弱的模擬信號加上因熱雜訊(Thermal Noise ) 引起的雜信是難以進行模數轉換（ADC）操作的。為了克服這個問題，在天線前端 (Front-end) 會採用一個低雜訊放大器 (LNA , Low-Noise Amplifier) 及濾波器 (Filter) 的組合，對天線上的入射電壓及頻寬進行調節，以獲得最終的數字採樣。所以有的生產商將放大器和/或濾波器嵌入到天線中，成為有源 (Active) 元件，也有的加上電纜端接，以方便工程師使用 (如圖1)。

圖1，射頻通訊系統接收端框圖

現有不少生產廠商都在進行GNSS天線的研發及支持，這使得工程師在享有更多選擇便利的同時，也需更花費時間選取合適的零件。下面我們來詳細介紹一下，工程師應該如何利用Digi-Key的平台，快速精準地選擇合適的GNSS天線。

從「頻率（中心/帶）」及「頻率範圍」開始

美國的全球定位系統 (GPS)、 俄羅斯的GLONASS 、歐洲的 Galileo 及我國於2010年開始運作的北斗系統 (BDS, 或更貼切的英文注音 「BEIDOU」)是目前較普遍及通用的全球定位系統。圖2中顯示了現在各系統被檢測及開放於民用的信號波段。

圖2，BEIDOU、GALILEO、GLONASS和GPS頻段分布圖

工程師在選擇天線時， 普遍會利用電腦搜索引擎去尋找，例如「天線 1.559 GHZ」， 但尋找結果會不全面或誤找了偏料，反而費工夫。Digi-Key網站上的搜索框也有相同的搜索功能，而且還有方便工程師使用的「高級搜索」功能，篩選「現貨」以減少找到偏料或市場缺貨料的風險。

圖3，利用Digi-Key網站高級搜索功能避免偏料

工程師也可在「RF天線」的產品項目下自行篩選所需天線的頻率（中心/帶）或範圍（如圖4）。

圖4，通過頻率（中心/帶）或範圍篩選天線

或直接在搜索框上輸入所應用的GNSS系統關鍵字，例如「北斗天線」，直接跳進產品類型。利用參數項「頻率範圍」的搜索，加上觀察不同生產商對各頻譜的支持及庫存量，有助於工程師獲得更靈活的設計空間及可行性。

圖5，通過關鍵字直接搜索所需產品類型

利用「特性」及「端接」參數篩選

如成本及產品空間允許，工程師可考慮包含低雜訊放大器和/或濾波器以及附設電纜端接的天線，這時可利用Digi-Key的「特性」及「端接」的參數項進行篩選尋找。

圖6，利用「特性」和「端接」參數進行篩選

例如工程師想尋找「包含低雜訊放大器及濾波器」及「附設不同長度的SMA公頭電纜端接」的「北斗天線」，經篩選後，工程師便知道Tallysman Wireless Inc. 公司的Accutenna?系列及Taoglas Limited 公司的MagmaX 系列是兩款在市場上較普遍被採用的產品，這樣工程師選料的範圍就更聚焦了。

聚焦三要素：駐波比、回波損耗及增益

在「【工程師說】晶元天線的關鍵參數及天線設計」一文中曾介紹過，駐波比 、回波損耗及增益是三個重要參數。 Digi-Key的參數選項除了讓工程師直接選出所需數值的物料外，也可看出該參數可配合的數值範圍。例如工程師想找「無源」及高L波段 (1.5xxGHz – 1.6xxGHz) 的北斗天線，經篩選後的結果如圖7所示。這樣工程師便知道這三個參數在市場上現有的支持範圍，從而協助其完成設計。

圖7，通過駐波比 、回波損耗及增益篩選北斗天線示例

不容忽視的評估、開發套件及板卡

天線在電路板上的線路布局、方向、電路板厚度甚至天線的類型，也會影響產品設計及日後生產工序，所以天線選取前的模擬評估測試及分析也十分重要，因此生產商對其產品模擬及評估的支持也是工程師選料考慮之一。

在Digi-Key網站搜索框上輸入「評估」，點擊「RF 評估和開發套件」，並在結果中搜索「GNSS」，工程師便可看到不同款對應於GNSS 天線及系統的評估、開發套件及板卡。例如Linx Technologies Inc.公司的MDEV-GNSS-GM開發套件，當中包含接收L1 1.598-1.605GHz GNSS頻譜內GPS、GLONASS、GALILEO 及日本QZSS信號的GM系列接收模塊 (Receiver Module)，這很方便工程師對所選天線作測試及應用實習。有關接收模組的原理特性及選料， 我們在本文中沒有作介紹及討論，日後有機會再與大家分享!

總而言之，在導航衛星系統應用天線的選料方面，Digi-Key可以給予工程師全方位的支持，從概念、關鍵參數、生產商的選擇，避免偏料，到評估板支持等等。Digi-Key的搜索功能及參數篩選工具都是工程師的好幫手，讓你事半功倍!

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