39、GPS天线测量、建模与性能优化

GPS天线测量、建模与性能优化

1. 地面平面与天线性能

地面平面尺寸会影响天线的性能。大尺寸地面平面会带来更尖锐的幅度滚降（从天顶到地平线），并增加天线主波束的方向性。与普通贴片天线相比，典型的幅度滚降从天顶（90°仰角）到地平线（0°仰角）约为10 - 12 dBi，而贴片天线本身为3 - 5 dB。主波束方向性典型增加约1 - 2 dBi。不过，这种性能提升是以增加额外地面平面的尺寸和重量为代价的，典型的扼流圈直径约为14 - 16英寸，重量为10 - 20磅。

2. 天线罩的影响及设计方法

天线罩主要用于保护天线元件免受恶劣环境影响，它需要承受诸如风、冰雹、极端温度、太阳辐射、耐石化等条件，通常要持续10 - 15年（对于参考站）。天线罩表面需具有疏水性，防止降水积聚和冰雪附着，还要防止鸟类和小动物停留。然而，天线罩的射频性能常被忽视，它可能导致入射射频信号过度衰减，或因显著改变射频信号从表面到天线元件的路径而产生透镜效应，从而在方位角和仰角上造成GDV，导致较大的PCV，文献中报道天线罩引起的误差可达15毫米或更多，还可能导致信号去极化和天线关键参数（如轴比）的退化。

推荐两种天线罩设计方法：
- 薄型半球形结构 ：半球形形状可确保天线罩引入的任何信号失真在所有角度上均匀，就像一个偏差，可在接收器软件中轻松去除。
- 填充低损耗材料的异形天线罩 ：可根据半径改变介电常数，从而得到所需的天线罩外形，类似设计伦伯透镜的方法。

3. GPS信号测量与电离层建模

从GPS卫星信号中可提取三种不同类型的定位信息：伪距测量、载波相位测量