当机身只有巴掌大、主板上还能被摄像头、电池、蜂窝与Wi‑Fi天线层层“挤占”时，GNSS天线到底该选哪种形态?是把天线做到“越小越好”，还是在有限空间里争取“最划算的性能”?

1. 先明确“性能”到底指什么

在尺寸被卡死之前，先把目标量化，后续每一毫米的取舍才有依据：

可见星与C/N₀：开阔环境下，L1单频常见45–50 dB‑Hz属于“舒适区”;小型化后往往下降2–6 dB。

首次定位时间(TTFF)：弱信号下，灵敏度和C/N₀直接决定冷启动与重捕获速度。

定位精度：消费定位看2D/3D CEP/95%;若要RTK/PPP级别，天线的相位中心稳定性与抗多径就成了“硬门槛”。

工作环境：设备常姿态(天线朝天?横放?竖放?)、塑料/金属外壳、附近辐射源与人体握持方式。

频段与星座：L1/E1单频最省空间;若要L5/E5或L2，体积与滤波都会变“臃肿”。

一句话：在小体积里优先保证稳定可用的C/N₀与抗多径，其他指标围绕它做妥协。

2. 小型化绕不开的物理“铁律”

极化：理想GNSS是右旋圆极化(RHCP)。很多迷你天线(如芯片走线)是线极化，理论上就先丢3 dB的极化匹配增益。

地参考面(Ground Plane)：它就是“半个天线”。主板或金属件越大越完整，增益与一致性越好;过小或被挖空，辐射图就畸变。

带宽与尺寸：天线越小，Q值越高、带宽越窄，对壳体与手握失谐更敏感;多频耦合更难。

材料与表面损耗：臭名昭著的“被金属/电池贴脸”，对效率与指向性影响远大于匹配网络所能补救的幅度。

3. 常见小型天线形态与适用场景

(1)陶瓷贴片(Patch)

优点：天然RHCP，相位中心稳定，抗多径最好;对RTK/高精度更友好。

要点：L1常见25×25×4 mm表现最稳，地参考面≥40×40 mm更佳;18×18 mm还能用，但C/N₀常低3–5 dB;更小(例如12×12 mm)多用于“能用就行”的入门场景。

形态：被动或主动贴片(内置LNA+SAW)。主动可抵消长馈线与小天线效率损失。

(2)微型螺旋(Helix)

优点：体积小、可以做RHCP，对姿态敏感度低于贴片。

要点：高度常见10–15 mm效果较好，若压到6–8 mm，增益与带宽明显下滑。对周边金属和塑壳开窗比较挑剔。

(3)PIFA/IFA/FPC/LDS板载天线

优点：最省体积与BOM，形状灵活、适合贴壳或板边。

要点：多数为线极化，靠主板地面“喂养”;需要明确的禁布区+去铜区与调谐位，C/N₀相较贴片/螺旋通常低2–6 dB。适合大众定位或与A‑GNSS/惯导融合的产品。

(4)外置小天线

当机内空间实在无解时，外置主动贴片(18/25 mm)或小螺旋是“即插即用”的降维方案：空间转移换性能。

4. 选型决策：先定“能不能”，再谈“好不好”

要不要多频(L1+L5/L2)

极小空间：优先L1单频+多星座(GPS/Galileo/BeiDou/GLONASS)，把算法和时间窗拉长。

高精度/抗多径必须：尽量留给≥18 mm贴片或螺旋;多频在小体积里既费空间又费滤波。

内置还是外置

若壳体塑料顶盖可朝天：内置18 mm贴片/螺旋可胜任大多数消费场景。

壳体金属、天线被遮挡或被电池“贴脸”：外置主动天线更稳妥。

RHCP还是线极化

面向“到此为止能定位”：选板载线极化，省空间省成本。

面向“弱信号/复杂城市场景/高精度”：优先RHCP(贴片/螺旋)。

5. 布局与结构：一毫米都要算计

优先级最高的位置：尽量靠近外壳顶部中央，与电池/金属支架隔开;天线正上方留“开窗”或低介电材料。

禁布与去铜：板载天线周围远离走线与地过孔，保留≥5–10 mm净空;贴片下方不走高速线。

与其他无线的隔离：距LTE/Wi‑Fi主天线尽量≥30–50 mm，必要时在GNSS前级加陷波/带通滤波防“被邻居淹没”。

地参考面拉满：允许的话用金属化顶盖/屏蔽罩与主板通过弹片电气相连，等效放大地面。

壳体影响评估：最终调谐必须带壳、带电池、带显示模组一体化测试;不同胶水/卡扣都会让谐振点漂移。

6. 射频链路：用“干净的前端”换回丢掉的dB

主动天线优先(小体积里尤其)：天线端LNA(≥20 dB)+SAW/BAW带通，把噪声在第一时间压下去。

噪声系数(NF)预算：尽力做到≤1 dB;馈线尽量短，每1 dB的前端损失都要后端用约1 dB的SNR去救。

ESD与直流隔离：天线口加ESD管与直流馈电保护，但别把寄生电容做大。

本振相噪与采样抖动：小体积意味着数字噪声近在咫尺，给GNSS模块留独立的干净地与稳压，屏蔽罐不要省。

7. 算法与系统层的“增益”

多星座并行：在弱天线时尤其重要，能把可见星从个位数抬到两位数。

延长积分与A‑GNSS：服务器下发星历与时间，冷启动“少走弯路”。

低仰角筛选与多径抑制：牺牲一部分低仰角星，反而让定位更稳。

传感器融合：IMU/气压计/轮速等约束可把“瞬时丢星”补过沟。

8. 小型化的三种“通用方案”

方案A：板载线极化(LDS/FPC/IFA)+高灵敏接收机

适用：穿戴、轻薄便携。

要点：严格的禁布/去铜、留两级可调匹配;算法侧多星座+A‑GNSS;C/N₀比RHCP低2–5 dB可接受。

方案B：微型螺旋或18 mm贴片 + 主板扩展地

适用：运动相机、掌机、车队标签。

要点：追求RHCP与较好抗多径;对壳体窗位与高度敏感;首选主动前端。

方案C：外置主动小贴片(18/25 mm)

适用：内置怎么摆都差、还要稳定性能的设备。

要点：结构上给出走线与防水方案;EMC最容易收敛;成本与装配复杂度更高。

9. 调谐与量产：把“样机的好运气”变成“批量的确定性”

预留匹配网络：天线馈点至少留π/Τ网络3位，必要时两级;不同批次壳体与主板都能被“兜住”。

VNA与场测结合：S₁₁只告诉你“会不会唱歌”，C/N₀与定位统计才告诉你“唱得好不好”。

OTA一致性：抽检不同装配批次，避免某颗螺丝/某道胶水导致的“批次幽灵”。

握持与遮挡：做单手/双手/靠脸/口袋四种姿态测试，记录C/N₀下降与丢星比例，作为设计结项条件。

小型设备做GNSS，关键不在“把天线做小”，而在“把有效天线做对”。先保住极化与地面，再用主动前端和结构开窗把丢掉的dB挣回来;算法侧把多星座与A‑GNSS用足。做到这几点，即使在寸土寸金的紧凑机身里，也能把“能定位”变成“定位稳、定位准”。