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一、GNSS 多星座时代的天线新需求

自美国在 20 世纪 80 年代末成功商业化 GPS 系统以来，全球陆续部署了多套卫星导航系统，包括欧盟 Galileo、俄罗斯 GLONASS、中国北斗（BeiDou）、印度 IRNSS/NavIC、日本 QZSS 等。这些系统与 GPS 共同构成全球导航卫星系统（GNSS），并在过去 25 年间成为全球互联基础设施的重要组成部分。

为提升定位精度与可靠性，现代 GNSS 接收机普遍需要同时处理多个频段的卫星信号，其核心原因在于不同星座发射的频率并不相同：

• L1 / E1 / B1 频段：1559–1610 MHz

• L2 / E6 / B3 / L6 频段：1217–1300 MHz

• L5 / E5 / B2 / L3 频段：1164–1217 MHz

多频段接收可以有效抵抗电离层误差与环境干扰，使定位系统在复杂场景中仍能保持较高精度。因此，一款能够同时覆盖多个工作频率的 多频段天线 就成为 GNSS 接收机前端设计的关键部件。

二、贴片中嵌贴片：天线结构的创新

早期的多频 GNSS 接收机多采用 叠层式贴片天线（stacked patch），尽管性能优异，但体积高、占板面积大，不利于便携设备、无人机、资产追踪器等小型化应用。

为解决这一长期工程难题，Taoglas 推出 Inception 系列 HP5354.A —— 一款覆盖 1160–1610 MHz 的多频段无源贴片天线。它采用创新的 “patch-within-a-patch”（贴片内嵌贴片） 结构，在单一陶瓷体积中组合两套天线，实现：

• 北斗 B1 / B2a

• GPS/QZSS L1 / L5

• GLONASS G1

• Galileo E1 / E5a

• IRNSS/NavIC L5

的全兼容支持。

该器件尺寸仅 35 mm × 35 mm × 4 mm，为高度受限的 GNSS 设备提供了高性能、低剖面（low profile）选项。

1. 多馈点结构提升极化性能

HP5354.A 采用 11 引脚封装，其中：

• 两路馈点用于 L1 频段

• 一路馈点用于 L5 频段

• 其余 8 个引脚为接地端

L1 的两路馈点需通过 HC125A 混合耦合器 合成右旋圆极化（RHCP）信号，从而获得优良的轴比与辐射一致性。耦合器本体仅 1.5 mm 高，是高度受限系统中的理想搭配。

2. 天线电气性能与关键参数

该天线在 70 mm × 70 mm 地参考板上完成调谐与验证，评估项目涵盖：

• 回波损耗（Return loss）

• 驻波比（VSWR）

• 天线效率

• 平均增益与峰值增益

• 轴比（Axial Ratio）

• 相位中心偏移与变化量

• 群延时（Group Delay）

这些参数决定了 GNSS 系统在多路径、遮挡和弱信号环境下的稳定性和定位精度。

三、基于 TFM.100B 的 RF 前端信号链构建

多频天线只是 GNSS 前端的一部分，信号链还需具备：

• 低噪声放大能力

• 带外（OOB）干扰抑制

• 合理的增益分配

• 良好的阻抗匹配

为简化开发流程，Taoglas 提供 TFM.100B GNSS 前端模块，适用于多馈点贴片天线。

1. 模块内部结构：SAW/LNA/SAW/LNA 级联拓扑

TFM.100B 集成：

• 两级 LNA（跨全频段总增益 >25 dB）

• 双 SAW 滤波器（位于两级 LNA 之间）

• 低噪声设计（NF < 3 dB）

这种结构作用如下：

• 第一级 SAW 滤波器抑制强带外干扰，避免 LNA 过驱

• 两级 LNA 提升弱 GNSS 信号的 SNR

• 第二级 SAW 实现最终带宽整形与干扰抑制

其宽输入电压范围 1.8–5.5 V，使其能够适配大多数 GNSS 主机板。

模块尺寸仅 20 mm × 18 mm，无需额外匹配与外部组件，适合空间受限应用。

四、AHPD5354A 评估板：完整前端参考设计

为了降低工程实现难度，Taoglas 提供 AHPD5354A 评估板，将：

• HP5354.A 多频贴片天线

• HC125A 3 dB 混合耦合器

• TFM.100B 多级低噪声前端

集成于同一 PCB 作为完整的 GNSS 信号链参考设计。

评估板给出了若干实际工程要点：

1. 混合耦合器仅用于高频段（1559–1610 MHz）

2. 耦合器必须贴近天线馈点放置，降低路径失配

3. 需使用并联的 100 Ω 电阻进行终端匹配

板上还展示了前端模块的优势，包括：

• 具备即插即用特性，可与各种 GNSS 主机配合

• 内置预选滤波器实现卓越带外干扰抑制

• 两级 LNA 与优化阻抗匹配提供充足增益

• 成本、体积、制造与可靠性方面均高度可控

五、结语：面向高精度 GNSS 的紧凑型 RF 前端方案

在日益复杂的应用环境中，多频段贴片天线已成为 GNSS 接收机实现高精度定位的核心部件。Taoglas 推出的 patch-within-a-patch 技术解决了传统叠层天线在高度与尺寸上的局限，使单器件即可覆盖 L1 与 L5 关键频段。

配合其混合耦合器与集成化 SAW/LNA 前端模块，工程师能够快速构建：

• 低噪声

• 高抗干扰

• 易集成

• 高可靠性

的 GNSS RF 前端信号链。

这一系统级方案尤其适用于导航设备、无人系统、可穿戴设备、轻量级机器人、资产追踪器和精准农业等应用，为 GNSS 产品的小型化、高性能化提供了清晰的工程路径。

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