便攜式跟蹤設備的設計者被困在一個有三種邊界的空間中：物理，成本和可用技術。所有這些都具有挑戰性，但沒有一個是不可克服的。

您可以通過蜂窩無線電查詢以找出主機平臺所在位置的設備已經以車輛跟蹤器和隱蔽設備的形式存在了一段時間。現在消費者設備變得可用，可用于跟蹤兒童，工人，老人，寵物，行李和其他個人財產。

您可以通過蜂窩無線電查詢以找出主機平臺所在位置的設備以車輛跟蹤器和隱蔽設備的形式存在一段時間。現在，消費者設備正在變得可用，可用于跟蹤兒童，工人，老人，寵物，行李和其他個人財產。

列表看似無窮無盡。如果設備被篡改，主機設備被移除或者即使它超出編程區域（地理圍欄），一些跟蹤器也能夠提供警報。如果設備由單獨的工作人員佩戴，跟蹤器也可以配備恐慌或呼叫按鈕。圖1顯示了適用于單獨的工作和執行安全應用程序的信用卡大小跟蹤設備

圖1：信用卡大小跟蹤器設備，GPS RF天線模塊在圖片底部可見/突出顯示。 （注意：在此視圖中無法看到GSM天線。）設備尺寸：80 mm x 50 mm x 6.9 mm（長x寬x高）。

原則上，跟蹤器是一種具有GPS接收器的簡單設備它知道它在哪里，以及蜂窩無線電終端，以便它可以在命令時發送這些信息。然而，在實踐中，在設計必要的無線電系統時涉及一些具有挑戰性的問題。在本文中，我們將研究這些問題并了解它們如何被克服。

便攜式跟蹤設備有各種形狀 - 手表，信用卡格式，USB記憶棒，狗項圈等，但不幸的是它們主要有一種尺寸 - 小。小尺寸因素導致將GPS和蜂窩無線電組件縮小到可用的有限空間，防止它們相互干擾并使天線有效地發送或接收信號，從而產生問題。

GPS信號是圓極化的，在過去，陶瓷貼片天線主要用于接收它們。貼片天線在具有固定水平方向的設備中工作良好，因為它們具有在天空向上看的相對窄的光束。如果它們足夠大并且安裝在適當大的地平面上，它們是有效的。然而，在諸如跟蹤器之類的移動設備中，方向可能會有所不同 - 因此貼片天線更不適合。

需要一種具有更全向模式的天線，因此跟蹤器的方向不太重要。不幸的是，天線方向圖越全向，天線增益越低，結果，衛星信號的接收信號強度稍弱，導致定位精度降低。然而，這是必要的要求，并且由于跟蹤器可以從更多數量的衛星接收信號而得到一定程度的補償。這反過來可以幫助恢復位置準確性。 Antenova一直致力于開發多種天線和無線電天線模塊，這些模塊專門用于非常小的跟蹤設備和其他移動GPS設備（圖2）。

圖2：GPS腕表設計的俯視圖和仰視圖，GPS射頻天線模塊在圖片右側可見/突出顯示。設備尺寸：45毫米x 38毫米x 17毫米（長x寬x高）。

GPS系統

GPS系統基于一組衛星，目前編號約為30顆。每顆衛星發射連續無線電信號包含導航消息，GPS接收器通過仔細計時這些信號來計算其位置。其中一個最重要的參數是載波/噪聲比（C/N0），接收機為每個衛星計算和報告。載波是來自衛星的有用信號，噪聲是不需要的背景信號。背景熱噪聲始終存在，但可能存在來自跟蹤器本身和附近的任何其他電子設備的噪聲。具有良好的C/N0（低噪聲，良好的天空視野和大量可見的衛星），固定的GPS跟蹤器可以定位自己，中位誤差約為2.5米。當噪聲水平上升時，這會迅速惡化，因此最大化C/N0非常重要。

用于遠足的汽車或手持設備的導航系統是相對較大的結構，通常不包括蜂窩無線電。在小型跟蹤設備中，GPS接收器和蜂窩無線電被擠壓到一個非常小的空間內，產生以下問題：

來自GSM系統，主處理器甚至LCD顯示器（如果安裝）的噪聲可能會干擾GPS信號的接收。

GSM天線與GPS天線之間的耦合降低無線電系統的效率。

GSM傳輸可能會淹沒GPS前端LNA，造成諧波和其他問題。

來自GSM PA的寬帶噪聲可能使GPS接收器不敏感。

其他組件（如電池）的緊密接近可能會影響兩個無線電系統的性能。

GPS天線可用的空間可能不適合最佳信號接收。對于跟蹤設備，所使用的設備的方向是未知的，因此需要盡可能全方位的天線方向圖。天線始終有一個最適合全方位覆蓋的位置，但由于設備的ID和所有其他組件的布局，此位置可能無法使用。這在較大的平臺上不是問題。

這些問題的解決方案在于仔細的系統設計和對天線的良好理解。例如，可以通過將它們安裝在PCB的相對側上來最小化GSM，GPS無線電和天線之間的耦合。 GPS LNA之前的阻塞濾波器以及之后的第二個阻塞濾波器可以防止GSM傳輸影響GPS系統。圖1顯示了一個模塊，我們在其上確定了主要的GPS和GSM組件。將無線電和天線組合對于GPS系統特別有用，其中無線電和天線的尺寸大致相同并且可以制造為單個無線電天線單元;因此，優化設計是一個良好的設計實踐和技術訣竅。為被動和主動測試提供良好的測量設備也很重要。測試通常在消聲室中進行，該消聲室用于模擬來自GPS衛星和蜂窩基站的信號。

GSM系統雖然3G網絡可用于跟蹤器，但GSM通常是首選，因為它更全面的報道。對于跟蹤器設計者來說，DCS和PCS頻帶通常不是一個重要問題，但850和900 MHz的兩個低頻帶是一個主要問題。如果你問這樣一個問題：“天線可以無限小嗎？”答案是“不”，這是一個物理限制。這個限制，有時稱為Chu-Harrington極限，與包圍天線的最小體積有關，以波長表示。如果在長波長下工作的小型天線低于此限制，則帶寬或效率將會丟失。用于低頻GSM性能的移動電話的理想長度約為120毫米，但是可以實現低至約80毫米的合理性能。不幸的是，許多跟蹤設備的最大尺寸只有40毫米，因此天線設計是一項重大挑戰。每個天線必須有兩個部分 - 天線本身是一個部分，而PCB通常是另一個部分。唯一的例外是天線本身有兩半，例如偶極天線。對于典型的跟蹤器天線布置，天線必須非常小，因為許多其他組件必須安裝在跟蹤器盒內。實際上，PCB是主要的輻射組件，其缺乏長度變得至關重要。關于這個問題可以做些什么？一種解決方案是將PCB接地平面延伸到盒子外部，作為任何外部功能的一部分，例如基于手表的跟蹤器上的帶子或寵物跟蹤器上的項圈。即使是用于連接電線的跟蹤器末端的環路也可以對天線性能產生有用的影響。如果沒有可用的外部特征，則值得考慮使用具有兩個天線臂的平衡偶極子結構，因為通過將它們連接到相對端的盒子內部可以使它們相距很遠。這個距離可以大于單個天線和PCB之間的距離。

約束和權衡

便攜式跟蹤設備的設計者被困在具有三種類型邊界的空間中。一個邊界是限制小天線有效性的物理定律 - 除了利用良好的工程實踐和經驗之外，沒有太多可以做的事情。另一個邊界是成本，因為跟蹤器通常必須是廉價的設備 - 降低成本的工程是一種既定且有效的藝術，但它并沒有增加設計者的選擇。第三個限制是由現有技術形成的。例如，如果有更好的組件，那么跟蹤器的設計和性能是否會得到改善？讓我們看看這個。

一個典型的完整GSM模塊，可用于跟蹤器，尺寸約為30 x 30 x 5 mm，電池通常具有相似的尺寸。這兩個組件占據了大部分可用空間，因為處理器和GPS系統通常較小。假設整個GSM無線電可以縮小到單個芯片或更小的模塊。突然間，跟蹤器中釋放了大量空間，但最好如何使用它？正如我們所看到的那樣，將盒子縮小是沒有用的。但也許盒子可以做得更長更薄，特別是如果可以選擇合適的電池。現在，跟蹤器變成了一個厚厚的條帶，可能隱藏在一個有價值的畫作的框架中或隱藏在一個豪華名牌包的襯里，只是為了給出兩個可能的例子。現在想象我們引入柔性印刷電路技術與彎曲的電池。我們的條形跟蹤器可以變成表帶，而不是手表的一部分，或成為狗項圈或腰帶的一部分。該設備的長格式意味著GSM無線電將很好地工作，并且該設備將更容易隱藏。目前，SIM卡和支架的尺寸和剛性形狀將阻止實現這種類型的設計，因此需要新的SIM卡格式。這些考慮表明，改進的組件可以幫助設計師，因此這是推動的邊界。

經驗教訓低成本跟蹤設備越來越受歡迎，并將在保護人員和財產方面發揮越來越大的作用。在這些設備中設計無線電并不容易，但到目前為止我們學到的是：

GPS和GSM無線電和天線都必須從跟蹤器開發的開始設計，以確保它們位于最佳位置，以實現有效輻射和最小耦合。

無線電和天線之間需要更大的集成，以創建易于構建成原型的緊湊模塊。

由于跟蹤器的尺寸小，因此必須充分了解適用于小型物理的物理定律。天線，以及它們與跟蹤器應用的關系。

了解最新技術和設備以及壓縮更小，更集成的組件非常重要。

Antenova的GPS RADIONOVA射頻天線模塊包含天線和所有射頻和信號處理電路，并且只需在主板上添加一些處理器電源和相應的應用軟件。該模塊提供了一個完整的射頻子系統，用于為便攜式跟蹤設備增加GPS和定位功能，并已被證明是該應用的射頻和衛星采集性能方面最通用和最強大的解決方案。