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GPS天线技术及其发展高阳,董树荣,王德苗(浙江大学信电系,杭州310027)摘要:GPS系统自1994部署完毕后,迅速在导航、测绘及授时等多个领域得到广泛应用。GPS应用领域的快速壮大,有力地推动了天线技术的发展。在介绍GPS工作特性及其对接收天线要求的基础上,着重阐述了微带天线和四臂螺旋天线两种主要的GPS天线,并针对当前GPS接收设备发展趋势,展望了GPS天线在小型化、低成本、抗干扰、多频段等方面的发展方向和有关难题。关键词:GPS;天线;微带天线;四臂螺旋天线中图分类号:TN967.I文献标识码:A文章编号:1003.8329(2008)04-0034-06DevelopmentofAntennasforGlobalPositionSystemGAOYang,DONGShu—rong,WANGDe—miao(Dept.ISEE.,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:c1obalpositionsystem(GPS)iswidelyusedinmanyfieldsinceitisfinishedin1994.WiththedeveIopmentofGPSanditsantennastechnologyiscontinuousprogress.Basedonintroduc—tionofthesignalcharacteristicofGPSsatelliteandsystemrequirementofGPSantennas,thepaperfocusonanalysisthefactualshapesandtechnicalcharacteristicsofmicrostfipantennaandquadrifi—larhelixantenna。Intheendofthispaper,aimedattheapplicationrequirement,thedevelopmenttrendsandkeytechniquesispointedout.Keywords:gtobalpositioningsystem;antenna;microstfipantenna;quadrifilarhelixantennal引言全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GtX3)是美国国防部为陆、海、空三军研制的新一代卫星导航定位系统,广泛应用于导航、测绘、监测、授时、通信等多种领域。近年来,GPS系统在民用领域迅猛发展,特别是在车辆导航和手机定位等方面潜力巨大。为了适应GPS应用需求,天线是必须解决的关键问题之一。根据GPS定位原理及其卫星信号特征,为实现接收机快速、连续、精确定位,对GPS天线提出了很高的要求。虽然目前GPS天线技术已经趋于成熟,但它仍旧是制约接收机性能的瓶颈,是设计中主要考虑的因素。GPS接收天线主要有微带贴片天线和四臂螺旋天线两种,为满足当前各种便携式、多功能接收机的需求,人们对GPS天线的小型化、多频段、抗干扰、圆极化等技术进行了不断的研究。本文在介绍GPS工作特性和天线基本要求的基础上,详细论述了两种主要的GPS接收天线,指出了GPS接收机天线的发展趋势,并进行了总结。作者简介:商阳(1979一),男.安徽太和人.浙江大学信息与电子工程学系电磁场与微波技术专业硕士研究生。研究方向为天线设计。一34一《无线通信技术}2008年第4期2GPS工作特性及其对天线的基本要求2.1CPS212作特性⋯.GPS卫星星座由24颗卫星组成,其中工作星21颗,备用星3颗,卫星分布在6个轨道面上,每个轨道上均匀分布4颗,卫星运行周期为11时58分。卫星在地平面以上的数目随时间和地点的变化而异,最少为4颗,最多为1l颗。卫星向用户发送导航电文,GPS接收机同时接收至少4颗卫星信号,利用接收机到卫星的距离计算出测点的三维位置。GPS测距方法分伪距测量和载波相位测量两种,前者是利用测距码得到某一时刻CPS接收机天线到4颗以上卫星的距离;后者是利用卫星信号载波波长来测量接收机到卫星的距离。GPS卫星距离地球平均距离为20000多千米,到达地面的GPS信号非常微弱,大约为一160d13W。每颗卫星发射L1和L2两个载波频率,L1频率为1575.42MHz,L2为1227.6MHz。GPS卫星发射天线阵是赋形波束,使用户在天顶和仰角5。时接收信号功率电平最低,两者之间逐渐增强,仰角40。左右时最大。根据距离交汇法定位原理,越是低仰角的卫星,越能提高GPS定位精度,天顶的卫星虽然信号易于接收,但对提高精度贡献不大。2.2GPS接收机天线的要求从上述GPS工作特性,考虑到接收机工作环境影响,对天线提出了以下要求。2.3.1方向性GPS接收机能够接收到地平面上的卫星数目越多越好,一般要求能够接收仰角5。以上的所有天空中的卫星信号。因此,天线在这个空间内要对卫星信号具有均匀的响应,当低于接收高度时,为抑制严重的多路径效应和对流层效应,天线响应要迅速截止。理想的GPS接收机天线在上半平面具...

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