GPS天線原理

導讀：GPS天線的作用是將衛星來的無線電信號的電磁波能量變換成接收機電子器件可攝取應用的電流，天線的大小和形狀十分重要，因為這些特征決定了天線能獲取微弱的GPS信號的能力。但是呢，這些都要服務于天線的原理，下面就讓我們來學習一下GPS天線的原理吧。

1.GPS天線原理—簡介

GPS就是通過接受衛星信號，進行定位或者導航的終端。而接受信號就必須用到天線。GPS天線分為內置天線和外置天線。早期GPS手持機多采用外翻式天線，此時天線與整機內部基本隔離，EMI幾乎不對其造成影響，收星效果很好。GPS天線有增益、駐波、噪聲系數、軸比四個重要參數。絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質，其組成部分為陶瓷天線、低噪音信號模塊、線纜、接頭。

2.GPS天線原理—構造

目前絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質，其組成部分為：陶瓷天線、低噪音信號模塊、線纜、接頭。

陶瓷天線也叫無源天線、介質天線、PATCH，它是GPS天線的核心技術所在。一個GPS天線的信號接受能力，大部分取決與其陶瓷部分的成分配料如何。

低噪聲信號模塊也稱為LNA，是將信號進行放大和濾波的部分。其元器件選擇也很重要，否則會加大GPS信號的反射損耗，以及造成噪音過大。

線纜的選擇也要以降低反射為標準，保證阻抗的匹配。

3.GPS天線原理

在GPS天線單元設計中采用了高頻、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性能的影響;在GPS天線原理中利用GPS衛星實現導航定位時，用戶接收機的主要任務是提取衛星信號中的偽隨機噪聲碼和數據碼，以進一步解算得到接收機載體的位置、速度和時間(PVT)等導航信息。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=475.75px;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=610.5px。

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航信號從GPS衛星傳播至接收機時由于電離層效應而引起的傳播延遲誤差。偽隨機噪聲碼(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。數據碼是GPS衛星以二進制形式發送給用戶接收機的導航定位數據，又叫導航電文或D碼，它主要包括衛星歷、衛星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態信息、C/A碼轉換到捕獲P碼的信息和全部衛星的概略星歷;總電文由1500位組成，分為5個子幀，每個子幀在6s內發射10個字，每個字30位，共計300位，因此數據碼的波特率為50bps。

拓展閱讀：

1.GPS天線應該如何選擇

2.影響GPS天線性能的主要因素及其使用注意事項

3.GPS螺旋天線與平板天線的比較

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