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...
