关于天线的一些常识

（1） 天线工作原理及作用是什么？　　
答：天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。　　

（2）天线有多少种类？　　
答：天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：　　
按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（mobile portable antennas）　　
按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波；　　
按其方向可划分为全向和定向天线；　
（3）如何选择天线？　　
答：天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。因此，用户在选择天线时最好向厂家联系咨询。　　
（4）什么是天线的增益？　
答：增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。　　
（5）什么是电压驻波比？　　
答：天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比，它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比小于1.5，在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。　　电压驻波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0 　　反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0 　　传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0 　　
（6）什么是天线的方向性？　　
答：天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
（7）如何理解天线的工作频带宽度？　　
答：天线的电参数一般都于工作频率有关，保证电参数指标容许的频率变化范围，即是天线的工作频带宽度。一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的3-5%，定向天线的工作带宽能达到工作频率的5-10%。
（8）如何选取电缆及电缆长度？　　
答：移动通信系统常使用特性阻抗为50欧的同轴电缆作为馈线。为了有效地把电波传输到天线接口，应尽量减小馈线的传输损耗。传输损耗取决于电缆的直径和长度，同一频率下电缆直径越大，损耗越小，电缆越长损耗越大，原则上，要求电缆的传输损耗不宜超过3分贝。下表列出常用电缆的衰减值（db/m），用户可根据自已情况，合理选择电缆型号及长度。　　频率型号 150MHz 400MHz 900MHz 　　SYV-50-7 0.121 0.203 0.295 　　CTC-50-7 0.060 0.100 0.165 　　CTC-50-9 0.050 0.085 0.135 　　CTC-50-12 0.040 0.060 0.105 　　进口10D-FB 0.040 0.070 0.110 
（9）如何选择天线安装地点？　　
答：由于地形和环境的影响，天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果。因此，选择天线架设位置应注意以下几个方面：　　
1、 天线的发射或接收方向应避开障碍物（楼房、铁塔、桥梁等）；　　
2、 天线架设地点应尽量远离干扰源（高压线、航线、铁塔、公路等）；　　
3、 天线应尽量架设在附近的制高点：　　
4、 如有几付天线同在一个铁塔上工作，应特别注意它们之间的左右和上下的间距，以防相互耦合影响系统性能。　　
（10）天馈系统应如何安装？　　
答：首先将天线、馈线和配套零部件按产品说明的要求组装好，然后在天线的支撑位置，用卡具固定于塔杆的天线支架上，并使天线与塔杆的平行间距大于使用波长，减少塔杆对天线性能的影响。在天线端口处，将馈电线用连接器（或称电缆头）与天线接好，弯一个直径约五十倍于馈电线直径的圆环固定于天线支架上，避免连接器部位直接受力而断线或损坏。
（11）天馈系统如何防水？　　
答：天线与馈电线主要是靠连接器连接，采用自粘性橡胶密封带，将其拉伸后，以半搭形式缠绕在接连器上，可起到良好的密封防水作用。另外，在馈电线进入室内处弯一个返水弯，可避免雨水沿馈电线进入室内设备。

二、关于GPS内置天线的问题

   在做GPS的产品研发工作中总结出来的一些小小的经验，其实做GPS，要把性能做好，最关键一点还是GPS信号的问题，GPS内置天线的原理网络上很多，但是只有亲身经历了才会有很深的感受，每款产品都必须进行GPS天线的调配，其中的辛苦不言而喻，其实最关键的还是在于克服PCB板的影响，找出问题并明确应该如何解决。
   在进行整体设计时，要做得比较充分，结构设计、PCB布局以及设计等等，同时在天线调配下功夫，一般都会取得成功。结构设计、PCB设计、时间、屏等元器件、等相关因素的影响，要有充分的认识。
GPS信号影响的几个因素
   GPS信号是一个非常微弱的信号，稍微有一点外界因素的干扰，就会影响GPS的天线性能。
 （1）PCB布局、走线设计 
   GPS的民用信号在1.575GHz，而在PCB上的屏、摄像头、系统总线等信号，都是高速信号，它们的谐波成分很容易倍频到GPS信号的频率范围内，从而干扰GPS信号的性能，另外电源、控制回路等开关电平存在高频成分很多，很容易影响GPS。
  从调配天线的情况来看，影响GPS的最大的因素不在屏，因为屏影响的频点是可以校正回来的，电池也是一样的。
 （2）结构设计
  结构设计至关重要，因为结构的设计之间关系到整个产品的成败，所以结构设计时应该充分考虑GPS内置天线的位置，原则是远离PCB、远离显示屏。另外，在结构内部尽量不要出现连接线，即使出现应该远离GPS内置天线。

三、影响GPS天线的性能的4大因素及参数

      影响GPS天线性能的主要是以下几个方面：
　　1、陶瓷片：陶瓷粉末的好坏以及烧结工艺直接影响它的性能。现市面使用的陶瓷片主要是25×25、18×18、15×15、12×12。陶瓷片面积越大，介电常数越大，其共振频率越高，接受效果越好。陶瓷片大多是正方形设计，是为了保证在XY方向上共振基本一致，从而达到均匀收星的效果。
　　2、银层：陶瓷天线表面银层可以影响天线共振频率。理想的GPS陶瓷片频点准确落在1575.42MHz，但天线频点非常容易受到周边环境影响，特别是装配在整机内，必须通过调整银面涂层外形，来调节频点重新保持在1575.42MHz。因此GPS整机厂家在采购天线时一定要配合天线厂家，提供整机样品进行测试。
　　3、馈点：陶瓷天线通过馈点收集共振信号并发送至后端。由于天线阻抗匹配的原因，馈点一般不是在天线的正中央
　　而是在XY方向上做微小调整。这样的阻抗匹配方法简单而且没有增加成本。仅在单轴方向上移动称为单偏天线，在两轴均做移动称为双偏。
　　4、放大电路：承载陶瓷天线的PCB形状及面积。由于GPS有触地反弹的特性，当背景是7cm×7cm无间断大地时，patch天线的效能可以发挥到极致。虽然受外观结构等因素制约，但尽量保持相当的面积且形状均匀。放大电路增益的选择必须配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F要求信号输入前总增益不得超过29dB，否则信号过饱和会产生自激。
　　GPS天线有四个重要参数：增益（Gain）、驻波（VSWR）、噪声系数（Noisefigure）、轴比（Axialratio）。其中特别强调轴比，它是衡量整机对不同方向的信号增益差异性的重要指标。由于卫星是随机分布在半球天空上，所以保证天线在各个方向均有相近的敏感度是非常重要的。轴比受到天线性能、外观结构、整机内部电路及EMI等影响。

四、GPS定位知识

     按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
　　在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
　　在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

五、浅析GPS的组成部分

GPS由三部分组成：空间段、控制段和用户段。 
    空间段由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成。卫星轨道高度20200km，倾角55度，周期12小时。卫星的轨道分布保证在世界各地任何时间可见到至少6颗卫星，卫星连续向用户提供位置和时间信息。
    控制段由一个主控站、5个监测站、三个注入站组成。主控站位于Colorado。监测站跟踪视野内所有GPS卫星、收集卫星测距信息，并把收集的信息送到主站。主站计算卫星精密轨道，并产生每颗卫星的导航信息，通过注入站传送到卫星。
    用户段由接收机、处理器和天线组成。通过接收卫星广播信息计算出用户的位置速度和时间。
    GPS的概念是基于卫星测距，用户通过测量他们到卫星的距离来计算自己的位置。卫星的位置当已知值，每个GPS卫星发送位置和时间信号，用户接收机测量信号到达接收机的时间延迟，相当于测量用户到卫星的距离。同时测量四颗卫星就可以解出位置、速度和时间。

六、GPS测量与GPS卫星有关的误差

与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差

1. 卫星钟差

   由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。

   对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。

　在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。

2. 卫星轨道偏差

　估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

　应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。

　在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:

　　（1） 忽略轨道误差

　　这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。

　　（2） 采用轨道改进法处理观测数据

　　这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

　　（3） 同步观测值求差

　　这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。

　　这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。