GPS接收机模块

本发明涉及用于接收GPS(全球定位系统)信号并且用于决定由此确定位 置数据的一种GPS接收机模块，还涉及一种用于上述接收机模块的双频带天 线。

众所周知，GPS信号用作全球定位和导航，通过在不同轨道上饶地球旋 转的卫星总和为24的卫星网络发射，以便在任一时刻在地表任一点上有至少五 颗卫星可见。

该定位基于信号的传播时间测量原理，其中该信号在带有1575.42MHz载 波频率的电磁载波上调制的。由所述卫星发射的信号是时间同步的并且由两部 分组成。第一部分包括相应的卫星位置和GPS接收机中的时钟与之同步的时 间。从第二部分，GPS接收机确定可以在该时刻接收的卫星的轨道数据。GPS 接收机的位置由这些数据计算得出。

包括所需要的接收和估计电子设备的GPS接收机模块是已知的。根据希望 的模块，位置数据或者传递给一个接口用于进一步在其它单元里处理，或者该 模块具有一种用于位置数据综合显示单元。该类型的模块做在移动和固定导航 设备中用于在航空、运输和道路交通中使用。

因为GPS模块变得愈来愈小的并且价格比较低廉，正在致力于使该模块用 于那些通常不是用作导航目的的装置中，例如移动电话、便携式计算机和手表。 然而，GPS模块集成在这样一个设备中，多数情况下也要求广泛地介入设备本 身的电子设备中，例如通过该设备的一种键盘构成对GPS模块的输入，或者位 置数据显示在该设备的显示器上。

因此本发明的一个目的是在这些情况下提供补偿并且确定一种更简单的 连接GPS接收机模块到其它电子设备的方式。

特别地，本发明希望创造一种能与许多其它设备相互作用的GPS接收机模 块。

最后，本发明也希望创建一种集成的GPS接收机模块，该模块包括接收和 估计所需要的所有单元，以及用于与上述的设备中的一个通信的单元。

另外，本发明希望建立一种双频带天线，它特别适合于与上述一种GPS接 收机模块集成并且通过它不仅仅可能接收GPS信号而且可以建立一种与所述设 备的通信链路。

该目的通过一种GPS接收机模块来实现，根据本发明的第一方面，所述GPS 接收机模块的特征在于一个通信子模块(3)，确定的所述位置数据可以馈送给 所述通信子模块，并且通过所述通信子模块，所述数据可以转换成为适合于传输到 外部设备的一种格式。

这种解决方案的一个优点是它允许与那些具有用于所述格式的对应通信 接口的外部设备一起使用GPS接收机模块。

根据本发明的第二方面，按照本发明第一方面的所述GPS接收机模块，其 特征在于所述通信子模块是蓝牙(Bluetooth)子模块，通过它，所述位置数据 可以按照BT标准转换并且通过无线装置发送。按照蓝牙标准(BT标准)的一 种通信模块在这方面是特别有利的，因为越来越多的设备正在按照具有蓝牙接 口标准配备。

根据本发明的第三方面，按照本发明第二方面的所述GPS接收机模块，其 特征在于所述BT子模块设计成对按照所述BT标准编码的信号进行接收和解 码。根据本发明第三方面的实施例有下列好处：GPS接收机模块不仅可以接收 GPS信号而且可以接收来自其它外部设备的数据，并且适当的情况下可以因此 相应地被控制。

根据本发明的第四方面，按照本发明第二方面的所述GPS接收机模块，其 特征在于子模块具有HF电路部分，用于处理接收的GPS信号和BT信号以及处 理要在至少一个HF频带发送的BT信号；以及基带电路部分，用于处理至少一 个基带中的BT信号和GPS信号。根据本发明第四方面的实施例适合于格外的微 型化程度，

根据本发明的第五方面，按照本发明第一方面的所述GPS接收机模块，其 特征在于接口电路，通过它，确定的所述位置数据可以馈送给一个外部导线连 接的设备。

根据本发明的第六方面，按照本发明第五方面的所述GPS接收机模块，其 特征在于接口电路设计成从外部设备到所述子模块的数据的线路传输。

而根据本发明第五和第六方面的实施例还允许GPS接收机模块和不具有按 照蓝牙标准的接口的外部设备之间的数据的线路传输。

根据本发明的第七方面，一种特别适合于与GPS接收机模块集成的双频带 天线，其特征在于以下技术特征：一种带有第一共振导体路径结构和第二共振导 体路径结构的陶瓷衬底，所述第一共振导体路径结构和第二共振导体路径结构 连接到一个的公共馈电，第一导体路径结构的长度大约相应于衬底中的BT信号 的波长的一半并且第二导体路径结构的长度大约相应于衬底中的GPS信号的波 长的一半。

在这一点上，应当指出，虽然EP 1079 463公开了″asymmetrical dipole antennas(非对称偶极天线)″，其中打算在GPS或者BT频带中使用，然而这些 是微带传输线天线，其中形成参考电势(通常在衬底的背后)的金属表面必须 存在。因为按照本发明的天线根据导线天线的原理运行，然而该先有技术明显 地不相关。

参考附图中所示的实施例的示例，本发明将要进一步地被描述，然而， 本发明并不限于此，附图中：

图1示出GPS接收机模块的第一实施例的一个示意图；

图2示出GPS接收机模块的第二实施例的一个示意图；

图3示出按照本发明的双频带天线的一个实施例；以及

图4示出按照图3的天线的阻抗谱。

图1示出按照本发明的GPS接收机模块1的第一实施例，其中包括一个GPS 子模块2以及一个通信子模块3，它按照已知的蓝牙(BT)标准操作。

GPS子模块2具有一个用于接收GPS信号(通常在1575.42MHz载波频率 上)并且转换这些信号成为低频定位信号的HF(高频)电路部分21。这些定位 信号通过一个连接到HF电路部分21的GPS基带电路部分22转换成为可供用户评 价的位置数据。已知用于此目的的各种信号处理方法，这里就不进一步解释了。

BT子模块3包括一个用于在蓝牙频带(BT频带)接收并且传输信号的HF 电路部分31，它大约位于2400和2483.5MHz之间的频率范围，还包括一个BT基 带电路部分32，它具有一个对HF电路部分31的双向连接并且要按照BT标准发 送和接收的BT信号通过BT基带电路部分32被编码和解码，并且必要时被压缩 和解压。用于此的信号处理方法也是已知的，因此这里就不进行解释了。

子模块2、3的两个高频线路部件21、31可以通过一个转换开关4连接 到一个双频带天线5。天线5用作接收GPS信号以及在蓝牙频带接收和传输信 号。

子模块2、3的两个基带线路部件22、32连接到一个接口电路6，通过 它子模块2、3可以彼此交换数据，如同它们可以通过一个外部线路连接61与 外部设备(未示出)交换数据。两个子模块2、3设计为独立功能单元。

因此，借助于GPS子模块2，GPS信号可以被接收、转换并且解释为位置 数据，位置数据然后经接口电路6馈送到BT子模块3，以便在转换为根据BT标 准编码的信号之后，经天线5将这些数据发送到另一设备(例如，一个计算机、 一个移动电话等)，该另一设备具有用于对BT编码信号进行接收和解码的接口。

另一方面，所述位置数据还可以通过接口电路6和外部线路连接61馈送 给不具有蓝牙接口的设备(例如一个显示器)。

而且还有可能通过天线5、转换开关4和第二子模块3，从其它按照BT 标准编码的设备接收信号，所述信号然后被转换到基带、被解码并通过接口电 路6和外部线路连接61馈送到一个被连接的用于控制和/或数据通信的设备。相 反地，接口电路6还可设计用于从外部设备到子模块3的数据的线路传输。

图2示出按照本发明的模块1的一个第二实施例，其中图1中所示的分离 的子模块2、3结合成一个公共子模块7。

该子模块7包括一个分别用于GPS信号和BT信号的公共HF电路部分71， 与一个公共基带电路部分72一起，电路部分71合并电路部件21和31的功能，电 路部分72合并了按照图1的电路部件22和32的功能。

另外，这里也提供如同第一实施例中所述的一个转换开关4和一个双频 带天线5，通过转换开关4和双频带天线5，可以接收GPS信号和BT信号，并 且可以发送的BT信号。最后，在第二实施例中，如上解释，也有一个接口电路 6，用于通过外部线路连接61与其它设备的双向连接。

第二实施例的基本功能和它的应用范围与第一实施例的相同，因此，就 不再次解释了。

第二实施例的特别优点是它可以小型化到一个十分显著的程度，导致进 一步降低制造费用并且扩大应用范围。

天线5最好为一个陶瓷双频带天线，通过它GPS信号和BT信号都可以被 接收并且BT信号还可以被发送。下面将描述这样一种特别适合于按照本发明的 GPS接收机模块1的天线。

图3示出这样一种天线的示意性结构。

该天线基本上是所谓的″Printed Wire Antenna(印刷线路天线)″类型，其 中一个或多个导体路径安装在一个衬底上。因此原则上，这些天线是线路天线， 它与微带传输线天线大不相同，没有在该衬底背面形成参考电势的金属表面。

所述实施例具有一个由大体矩形的块组成的陶瓷衬底，其高度比长度或 宽度小到3至10倍。据此，在下面的描述中，图3中该衬底的上及下(大的) 表面将要分别作为第一上面和第二下面，并且与上述表面垂直的表面(该衬底 的周边)作为第一到第四侧面。

然而，另一方面，不采用矩形体形式的衬底，而选择其它几何形状也是 可以的，例如圆柱形形状，例如在一个螺旋图样中应用两个共振导体路径结构。

所述衬底可以通过将陶瓷粉末置入聚合母体中来制造，并且具有εr＞1的 相对介电常数和/或μr＞1的相对渗透性。

特别地，按照图1的天线包括一个矩形体形状的衬底10，其中在它的下面 的拐角处设置多个焊接点11，通过这些焊接点，衬底10可以使用表面安装 (SMD)技术焊接到电路板上。另外，在第一侧面13的中心区，在下面有一个 金属化块形式的馈电12，当安装在电路板上时，它焊接在相应的导体区域，通 过它，电磁能量被馈送到天线以及从天线馈送电磁能量。

两个共振导体路径结构20、30；20、40安装在该衬底1的表面上，它们通过 公共馈电12连接到一个电路板。

第一导体路径结构由运行在衬底的外围的导体路径20与第一金属化结构 30一起形成并且关于其共振长度被调到BT信号的频带，在图中，第一金属化结 构30是在衬底1的上(第一)面上。第二导体路径结构由导体路径20与该衬底 第一面上的第二金属化结构40一起形成并且关于其共振长度被调到GPS信号的 频带。

馈电12与金属化结构30或者40的末端之间的两个导体路径结构的有效长 度相当于衬底中BT或者GPS信号波长的大约一半。

从馈电12，导体路径20的第一部分垂直地延伸到第一侧面13的高度的大 约一半，该导体路径然后沿着第一侧面13以水平方向延续到第二侧面14。此外， 发自所述第一部分的是一个第一调谐短线201，它比导体路径窄并且沿着第一 侧面13以相反的方向扩展到导体路径20。

导体路径20以第二侧面14大约一半的高度进一步按水平方向通过第二侧 面14，然后以大约一半的高度通过位于第一侧面13反面的第三侧面15。导体路 径20最后结束在第四侧面16上，在此并入比该导体路径20窄的第二调谐短线 202，并且沿着该侧面延伸。

第一金属化结构30通过第三侧面15上的第一支路连接到导体路径20。

第一侧面上的第一金属化结构30包括一个导体路径部分31，它基本上与 平行排列的大体矩的形金属化薄片32一起朝着馈电12的方向延伸，导体路径部 分31通到它。

第二金属化结构40通过第四侧面15上的第二支路连接到导体路20的末 端。

第一表面上的第二金属化结构40包括一个导体路径部分41，它沿着上面 的边缘与平行排列的基本矩形的金属化薄片42一起基本上向着馈电12延伸，导 体路径部分41通到它。

借助于两个调谐短线201、202，第一和第二导体路径结构20，30；20，40的 共振频率可以通过少量缩短或者缩小而移动并且阻抗调整可以优化。不同硬件 配置的影响，例如高频屏蔽，在共振频率位置上的封装材料等以及它们对阻抗 的影响因此也可以容易地补偿，因此导体路径结构不必对于每一个实际应用而 修改。不仅对于按照本发明的GPS接收机模块，而且对于多种应用中的分离部 件，按照本发明，开创了使用双频带天线的可能性。

在双频带天线的一个可能的实施例中，衬底10的尺寸大约是6×6× 2.0mm3。挑选作为衬底10的材料具有相对介电常数εr＝18.55以及tanδ＝1.17 ×10-4。这接近于商业NP0-K17陶瓷(Ca0.05Mg0.95TiO3陶瓷)的高频特性。印刷 导体路径通过银膏产生。

图4最后示出这样一种天线对频率的阻抗的图表。两个最小值清楚可辨 认，对于蓝牙信号的第一导体路径结构20、30发生在2442.82147MHz，而对于 GPS信号的第二导体路径结构20，40发生在1568.91386MHz。

按照本发明的GPS接收机模块1和按照本发明的双频带天线最好为彼此结 合起来并且安装或者焊接到印刷电路板上，例如，该电路板可以携带所述的设 备的其它部件。特别地，这样一种设备可以是移动电信设备，例如用于GSM或 者UMTS频带的移动电话。