gps天線原理是什么?哪些因素會影響gps天線性能?

gps天線是天線的一種，由名可以，gps天線是基于gps構(gòu)建的電子設(shè)備。為增進(jìn)大家對gps天線的認(rèn)識，本文將對gps天線、gps天線原理、影響gps天線性能的要素予以介紹。如果你對gps天線具有興趣，不妨和小編一起來繼續(xù)往下閱讀哦。

一、gps天線與gps天線原理

在GPS天線單元設(shè)計中采用了高頻、低噪聲放大器，以減弱GPS天線熱噪聲及前面幾級單元電路對接收機(jī)性能的影響;在GPS天線原理中利用GPS衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位時，用戶接收機(jī)的主要任務(wù)是提取衛(wèi)星信號中的偽隨機(jī)噪聲碼和數(shù)據(jù)碼，以進(jìn)一步解算得到接收機(jī)載體的位置、速度和時間(PVT)等導(dǎo)航信息。因此，GPS接收機(jī)是至關(guān)重要的用戶設(shè)備。

目前實(shí)際應(yīng)用的GPS接收機(jī)電路一般由天線單元、射頻單元、通信單元和解算單元等四部分組成，本文在分析GPS衛(wèi)星信號組成的基礎(chǔ)上，給出了射頻前端GP2010的原理及應(yīng)用。

GPS衛(wèi)星信號采用典型的碼分多址(CDMA)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行合成，其完整信號主要包括載波、偽隨機(jī)碼和數(shù)據(jù)碼等三種分量。信號載波處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2。衛(wèi)星信號參考時鐘頻率f0為10.23MHz，信號載波L1的中心頻率為f0的154倍頻，即：

fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

其波長λ1=19.03cm;信號載波L2的中心頻率為f0的120倍頻，即：

fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

其波長λ2=24.42cm。兩載波的頻率差為347.82MHz，大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測得或消除導(dǎo)航信號從GPS衛(wèi)星傳播至接收機(jī)時由于電離層效應(yīng)而引起的傳播延遲誤差。偽隨機(jī)噪聲碼(PRN)即測距碼主要有精測距碼(P碼)和粗測距碼(C/A碼)兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。數(shù)據(jù)碼是GPS衛(wèi)星以二進(jìn)制形式發(fā)送給用戶接收機(jī)的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，又叫導(dǎo)航電文或D碼，它主要包括衛(wèi)星歷、衛(wèi)星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態(tài)信息、C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息和全部衛(wèi)星的概略星歷;總電文由1500位組成，分為5個子幀，每個子幀在6s內(nèi)發(fā)射10個字，每個字30位，共計300位，因此數(shù)據(jù)碼的波特率為50bps。

二、影響GPS天線性能的主要是以下幾個方面

1、陶瓷片：陶瓷粉末的好壞以及燒結(jié)工藝直接影響它的性能?，F(xiàn)市面使用的陶瓷片主要是25×25、18×18、15×15、12×12。陶瓷片面積越大，介電常數(shù)越大，其共振頻率越高，接受效果越好。陶瓷片大多是正方形設(shè)計，是為了保證在XY方向上共振基本一致，從而達(dá)到均勻收星的效果。

2、銀層：陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率。理想的GPS陶瓷片頻點(diǎn)準(zhǔn)確落在1575.42MHz，但天線頻點(diǎn)非常容易受到周邊環(huán)境影響，特別是裝配在整機(jī)內(nèi)，必須通過調(diào)整銀面涂層外形，來調(diào)節(jié)頻點(diǎn)重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機(jī)廠家在采購天線時一定要配合天線廠家，提供整機(jī)樣品進(jìn)行測試。

3、饋點(diǎn)：陶瓷天線通過饋點(diǎn)收集共振信號并發(fā)送至后端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點(diǎn)一般不是在天線的正中央，而是在XY方向上做微小調(diào)整。這樣的阻抗匹配方法簡單而且沒有增加成本。僅在單軸方向上移動稱為單偏天線，在兩軸均做移動稱為雙偏。

4、放大電路：承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當(dāng)背景是7cm×7cm無間斷大地時，patch天線的效能可以發(fā)揮到極致。雖然受外觀結(jié)構(gòu)等因素制約，但盡量保持相當(dāng)?shù)拿娣e且形狀均勻。放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F要求信號輸入前總增益不得超過29dB，否則信號過飽和會產(chǎn)生自激。

GPS天線有四個重要參數(shù)：增益(Gain)、駐波(VSWR)、噪聲系數(shù)(Noise figure)、軸比(Axial raTIo)。其中特別強(qiáng)調(diào)軸比，它是衡量整機(jī)對不同方向的信號增益差異性的重要指標(biāo)。由于衛(wèi)星是隨機(jī)分布在半球天空上，所以保證天線在各個方向均有相近的敏感度是非常重要的。軸比受到天線性能、外觀結(jié)構(gòu)、整機(jī)內(nèi)部電路及EMI等影響。

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