15、定向天线在GNSS中的应用与设计解析

定向天线在GNSS中的应用与设计解析

1. 多径限制的旋转门天线端射阵列

在GPS接收器中，多径效应会影响定位的精度。为了限制这种影响，有人使用了由三个相同的旋转门偶极天线组成的端射阵列。这个阵列的主要作用是将辐射指向天顶方向，同时抑制后瓣，以此减少从地面反射回来的多径信号。其优点在于不需要接地平面来抑制天线后瓣。

该阵列结构较为复杂，由三个天线元件组成，这些元件在各自GPS频段的中心频率处，间隔为三分之一波长。每个阵列元件包含分别覆盖L1和L2频段的旋转门天线元件，并通过90°混合器产生右旋圆极化（RHCP）。这里的旋转门元件是交叉的水平偶极子，呈线性形状，不像之前提到的旋转门天线那样采用蝴蝶结形状来实现宽带特性。

L1和L2阵列通过L1 - L2双工器连接到GPS接收器。经过测试，这个三元件阵列在GPS的L1和L2频段都表现出良好的多径抑制性能。与直径为0.5m的金属接地平面相比，它能将多径抑制能力提高约5dB。当阵列中的元件数量增加到五个时，多径抑制性能比直径为0.9m的金属接地平面还要好5dB。

2. 定向GNSS天线类型

在GNSS应用中，常用的定向天线有螺旋天线、圆锥螺旋天线和抛物面反射天线。这里主要讨论螺旋天线和抛物面反射天线。

2.1 螺旋天线

螺旋天线在GNSS中有两种类型：
- 圆柱形轴向模式螺旋天线 ：具有较宽的带宽和在视轴方向上相对较高的增益。它可以由单根导线或金属化胶带制成，能够在较宽的带宽内提供圆极化模式。常用于GNSS卫星的发射天线阵列中，也可作为独立的发射天线。在一些室内导航系统中，如使用类似GPS的伪卫星（PLs