32、全球导航卫星系统（GNSS）天线特性分析

全球导航卫星系统（GNSS）天线特性分析

1. 飞机上GPS天线的辐射模式

在飞机上不同位置安装的GPS天线，其辐射模式具有不同特点。
- 后天线位置 ：后天线位置平行于飞机导电机身的水平极化分量在地平线以下大幅衰减。地平线以下的辐射主要由垂直极化分量贡献，该分量相对于天顶处天线增益仅为 -10 dB。在 -30°至 -90°的负仰角下，下半球的显著辐射主要由“爬行波”或表面波衍射引起。这些爬行波沿飞机机身圆柱表面的测地线传播，传播过程中会散发能量，虽呈指数衰减，但仍可能与飞机下方的其他航空无线电导航系统（ARNS）产生耦合，导致L5频段的射频干扰（RFI）问题。
- 中天线位置 ：由于天线位于机翼正上方，机翼为来自飞机下方干扰源的信号提供了大面积遮挡，因此即使是垂直极化，飞机下方的辐射也会减少。
- 前天线位置 ：与中天线位置类似。中天线和前天线位置的天线方向图在水平线上较低仰角处还显示出明显的多径衍射波纹，这是由于直接辐射与机翼、水平和垂直安定面散射信号之间的干扰所致。

飞机天线方向图的相位和幅度在仰角和方位角上都不具有对称性，这可能导致天线相位中心随卫星视角变化而改变，从而在高精度GPS系统中产生潜在误差。

为了预测机身安装的GPS贴片天线的辐射模式，俄亥俄州立大学开发了Newair电磁飞机代码。该代码使用UTD（一致性几何绕射理论），通过对主源GPS天线接收的场以及机身散射的一阶和二阶场（包括沿机身表面传播的爬行波贡献）进行矢量求和，计算飞机上天线的总场。通过对Beechcraft 1900C飞机的模型测量与Newair模拟结果对