關于天線的一些常識
（1） 天線工作原理及作用是什么？
答：天線作為無線通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射和接收無線電波。發射時，把高頻電流轉換為電磁波；接收時，把電滋波轉換為高頻電流。
（2）天線有多少種類？
答：天線品種繁多，主要有下列幾種分類方式：
按用途可分為基地臺天線（base station antenna）和移動臺天線（mobile portable antennas）
按工作頻段可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波；
按其方向可劃分為全向和定向天線；
（3）如何選擇天線？
答：天線作為通信系統的重要組成部分，其性能的好壞直接影響通信系統的指標，用戶在選擇天線時必須首先注重其性能。具體說有兩個方面，第一選擇天線類型；第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是：所選天線的方向圖是否符合系統設計中電波覆蓋的要求；選擇天線電氣性能的要求是：選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標是否符合系統設計要求。因此，用戶在選擇天線時最好向廠家聯系咨詢。
（4）什么是天線的增益？
答：增益是天線的主要指標之一，它是方向系數與效率的乘積，是天線輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決于系統設計對電波覆蓋區域的要求，簡單地說，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠，一般基地臺天線采用高增益天線，移動臺天線采用低增益天線。
（5）什么是電壓駐波比？
答：天線輸入阻抗和饋線的特性阻抗不一致時，產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成的磁波，其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比，它是檢驗饋線傳輸效率的依據，電壓駐波比小于1.5，在工作頻點的電壓駐波比小于1.2，電壓駐波比過大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發射機功放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統正常工作。 電壓駐波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0 反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0 傳輸功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0
（6）什么是天線的方向性？
答：天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。衡量天線方向性通常使用方向圖，在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線，有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線。全向天線由于其無方向性，所以多用在點對多點通信的中心臺。定向天線由于具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠距離點對點通信，同時由于具有方向性，抗干擾能力比較強。
（7）如何理解天線的工作頻帶寬度？
答：天線的電參數一般都于工作頻率有關，保證電參數指標容許的頻率變化范圍，即是天線的工作頻帶寬度。一般全向天線的工作帶寬能達到工作頻率范圍的3-5%，定向天線的工作帶寬能達到工作頻率的5-10%。
（8）如何選取電纜及電纜長度？
答：移動通信系統常使用特性阻抗為50歐的同軸電纜作為饋線。為了有效地把電波傳輸到天線接口，應盡量減小饋線的傳輸損耗。傳輸損耗取決于電纜的直徑和長度，同一頻率下電纜直徑越大，損耗越小，電纜越長損耗越大，原則上，要求電纜的傳輸損耗不宜超過3分貝。下表列出常用電纜的衰減值（db/m），用戶可根據自已情況，合理選擇電纜型號及長度。 頻率型號 150MHz 400MHz 900MHz SYV-50-7 0.121 0.203 0.295 CTC-50-7 0.060 0.100 0.165 CTC-50-9 0.050 0.085 0.135 CTC-50-12 0.040 0.060 0.105 進口10D-FB 0.040 0.070 0.110
（9）如何選擇天線安裝地點？
答：由于地形和環境的影響，天線接收到的電磁波是直射波、反射波及散射波的疊加，其結果決定了接收點處的場強幅度和相位，并直接影響天線的應用效果。因此，選擇天線架設位置應注意以下幾個方面：
1、 天線的發射或接收方向應避開障礙物（樓房、鐵塔、橋梁等）；
2、 天線架設地點應盡量遠離干擾源（高壓線、航線、鐵塔、公路等）；
3、 天線應盡量架設在附近的制高點：
4、 如有幾付天線同在一個鐵塔上工作，應特別注意它們之間的左右和上下的間距，以防相互耦合影響系統性能。
（10）天饋系統應如何安裝？
答：首先將天線、饋線和配套零部件按產品說明的要求組裝好，然后在天線的支撐位置，用卡具固定于塔桿的天線支架上，并使天線與塔桿的平行間距大于使用波長，減少塔桿對天線性能的影響。在天線端口處，將饋電線用連接器（或稱電纜頭）與天線接好，彎一個直徑約五十倍于饋電線直徑的圓環固定于天線支架上，避免連接器部位直接受力而斷線或損壞。
（11）天饋系統如何防水？
答：天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用自粘性橡膠密封帶，將其拉伸后，以半搭形式纏繞在接連器上，可起到良好的密封防水作用。另外，在饋電線進入室內處彎一個返水彎，可避免雨水沿饋電線進入室內設備。
二、關于GPS內置天線的問題
在做GPS的產品研發工作中總結出來的一些小小的經驗，其實做GPS，要把性能做好，最關鍵一點還是GPS信號的問題，GPS內置天線的原理網絡上很多，但是只有親身經歷了才會有很深的感受，每款產品都必須進行GPS天線的調配，其中的辛苦不言而喻，其實最關鍵的還是在于克服PCB板的影響，找出問題并明確應該如何解決。
在進行整體設計時，要做得比較充分，結構設計、PCB布局以及設計等等，同時在天線調配下功夫，一般都會取得成功。結構設計、PCB設計、時間、屏等元器件、等相關因素的影響，要有充分的認識。
GPS信號影響的幾個因素
GPS信號是一個非常微弱的信號，稍微有一點外界因素的干擾，就會影響GPS的天線性能。
（1）PCB布局、走線設計
GPS的民用信號在1.575GHz，而在PCB上的屏、攝像頭、系統總線等信號，都是高速信號，它們的諧波成分很容易倍頻到GPS信號的頻率范圍內，從而干擾GPS信號的性能，另外電源、控制回路等開關電平存在高頻成分很多，很容易影響GPS。
從調配天線的情況來看，影響GPS的最大的因素不在屏，因為屏影響的頻點是可以校正回來的，電池也是一樣的。
（2）結構設計
結構設計至關重要，因為結構的設計之間關系到整個產品的成敗，所以結構設計時應該充分考慮GPS內置天線的位置，原則是遠離PCB、遠離顯示屏。另外，在結構內部盡量不要出現連接線，即使出現應該遠離GPS內置天線。
三、影響GPS天線的性能的4大因素及參數
影響GPS天線性能的主要是以下幾個方面：
1、陶瓷片：陶瓷粉末的好壞以及燒結工藝直接影響它的性能。現市面使用的陶瓷片主要是25×25、18×18、15×15、12×12。陶瓷片面積越大，介電常數越大，其共振頻率越高，接受效果越好。陶瓷片大多是正方形設計，是為了保證在XY方向上共振基本一致，從而達到均勻收星的效果。
2、銀層：陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率。理想的GPS陶瓷片頻點準確落在1575.42MHz，但天線頻點非常容易受到周邊環境影響，特別是裝配在整機內，必須通過調整銀面涂層外形，來調節頻點重新保持在1575.42MHz。因此GPS整機廠家在采購天線時一定要配合天線廠家，提供整機樣品進行測試。
3、饋點：陶瓷天線通過饋點收集共振信號并發送至后端。由于天線阻抗匹配的原因，饋點一般不是在天線的正中央
而是在XY方向上做微小調整。這樣的阻抗匹配方法簡單而且沒有增加成本。僅在單軸方向上移動稱為單偏天線，在兩軸均做移動稱為雙偏。
4、放大電路：承載陶瓷天線的PCB形狀及面積。由于GPS有觸地反彈的特性，當背景是7cm×7cm無間斷大地時，patch天線的效能可以發揮到極致。雖然受外觀結構等因素制約，但盡量保持相當的面積且形狀均勻。放大電路增益的選擇必須配合后端LNA增益。Sirf的GSC3F要求信號輸入前總增益不得超過29dB，否則信號過飽和會產生自激。
GPS天線有四個重要參數：增益（Gain）、駐波（VSWR）、噪聲系數（Noisefigure）、軸比（Axialratio）。其中特別強調軸比，它是衡量整機對不同方向的信號增益差異性的重要指標。由于衛星是隨機分布在半球天空上，所以保證天線在各個方向均有相近的敏感度是非常重要的。軸比受到天線性能、外觀結構、整機內部電路及EMI等影響。
四、GPS定位知識
按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。
在GPS觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。
在定位觀測時，若接收機相對于地球表面運動，則稱為動態定位，如用于車船等概略導航定位的精度為30一100米的偽距單點定位，或用于城市車輛導航定位的米級精度的偽距差分定位，或用于測量放樣等的厘米級的相位差分定位（RTK），實時差分定位需要數據鏈將兩個或多個站的觀測數據實時傳輸到一起計算。在定位觀測時，若接收機相對于地球表面靜止，則稱為靜態定位，在進行控制網觀測時，一般均采用這種方式由幾臺接收機同時觀測，它能最太限度地發揮GPS的定位精度，專用于這種目的的接收機被稱為大地型接收機，是接收機中性能最好的一類。目前，GPS已經能夠達到地殼形變觀測的精度要求，IGS的常年觀測臺站已經能構成毫米級的全球坐標框架。
五、淺析GPS的組成部分
GPS由三部分組成：空間段、控制段和用戶段。
空間段由分布在6個軌道面上的24顆衛星組成。衛星軌道高度20200km，傾角55度，周期12小時。衛星的軌道分布保證在世界各地任何時間可見到至少6顆衛星，衛星連續向用戶提供位置和時間信息。
控制段由一個主控站、5個監測站、三個注入站組成。主控站位于Colorado。監測站跟蹤視野內所有GPS衛星、收集衛星測距信息，并把收集的信息送到主站。主站計算衛星精密軌道，并產生每顆衛星的導航信息，通過注入站傳送到衛星。
用戶段由接收機、處理器和天線組成。通過接收衛星廣播信息計算出用戶的位置速度和時間。
GPS的概念是基于衛星測距，用戶通過測量他們到衛星的距離來計算自己的位置。衛星的位置當已知值，每個GPS衛星發送位置和時間信號，用戶接收機測量信號到達接收機的時間延遲，相當于測量用戶到衛星的距離。同時測量四顆衛星就可以解出位置、速度和時間。
六、GPS測量與GPS衛星有關的誤差
與GPS衛星有關的誤差主要包括衛星的軌道誤差和衛星鐘的誤差
1. 衛星鐘差
由于衛星的位置是時間的函數，因此，GPS的觀測量均發精密測時為依據，而與衛星位置相對應的信息，是通過衛星信號的編碼信息傳送給接收機的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上，以盡管GPS衛星均設有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內。
對于衛星鐘的這種偏差，一般可由衛星的主控站，通過對衛星鐘運行狀態的連續監測確定，并通過衛星的導航電文提供給接收機。經鐘差改正后，各衛星之間的同步差，即可保持在20ns以內。
在相對定位中，衛星鐘差可通過觀測量求差（或差分）的方法消除。
2. 衛星軌道偏差
估計與處理衛星的軌道偏差較為困難，其主要原因是，衛星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監測站，以難以充分可靠的測定這作用力，并掌握它們的作用規律，目前，衛星軌道信息是通過導航電文等到的。
應該說，衛星軌道誤差是當前GPS測量的主要誤差來源之一。測量的基線長度越長，此項誤差的影響就越大。
在GPS定位測量中，處理衛星軌道誤差有以下直種方法:
（1） 忽略軌道誤差
這種方法以從導航電文中所獲得的衛星軌道信息為準，不再考慮衛星軌道實際存在的誤差，所以廣泛的用于精度較低的實時單點定位工作中。
（2） 采用軌道改進法處理觀測數據
這種方法是在數據處理中，引入表征衛星軌道偏差的改正參數，并假設在短時間內這些參數為常量，將其與其它求知數一并求解。
（3） 同步觀測值求差
這一方法是利用在兩個或多個觀測站一同，對同一衛星的同步觀測值求差。以減弱衛星軌道誤差的影響。由于同一衛星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影響，具有系統誤差性質，所以通過上述求差的方法，可以明顯的減弱衛星軌道誤差的影響，尤其當基線較短時，其效用更不明顯。
這種方法對于精度相對定位，具有極其重要的意義。