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  GPS天线—GPS天线原理解析

  在GPS天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱GPS天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响;在GPS天线原理中利用GPS实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间(PVT)等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。   

目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，本文在分析GPS信号组成的基础上，东莞收音机天线工厂，给出了射频前端GP2010的原理及应用。

一、GPS信号的组成

GPS信号采用典型的码分多址(CDMA)调制技术进行合成，其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即：

fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

其波长λ1=19.03cm;信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即：

fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

二、GPS天线原理解析

其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码(PRN)即测距码主要有精测距码(P码)和粗测距码(C/A码)两种。其中P码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，东莞收音机天线，又叫导航电文或D码，它主要包括历、钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部的概略星历;总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。

 射频连接器的电气性能

实际的电性能取决于电缆的性能、电缆的接触、连接器的几何尺寸、内导体的接触等等。同轴线的极限频率必须是传输线中***薄弱的元件的极限使用频率，因为它取决于所有元件而不是某个元件。举个例子，某个射频连接器的使用频率是10GHZ，与它相连接的电缆的使用频率是5GHZ，此组件的极限使用频率是5GHZ。所有因素的综合决定了整个传输线的使用频率。

射频连接器的机械性能

制造过程中的各种元件的加工方法决定了射频连接器的机械性能和电气性能。在考虑机械性能的同时也要考虑到生产的数量和规模。研究特定性能达不到要求的原因是十分重要的，这种分析有助于避免下一次错误的发生。另一方面，射频连接器越小，制造越困难，东莞收音机天线研发，制造成本越高，精度和误差越差。以后的工业应用之中对，小型，优异，东莞收音机天线厂，便宜的电子元件的需求还会越来越大

1、小型化：随着整机系统的小型化，RF连接器的体积愈来愈小，如SSMB、MMCX等系列，体积非常小。

2、高频率:美国HP早在几年前就已推出频率已达110GHz 的RF连接器。国内通用产品使用频率不超过 40GHz。软电缆使用频率不超过10GHz，半刚电缆不超过20GHz。

3、多功能：除起桥梁作用外，兼有处理信号的功能，如滤波、调相位、混频、衰减、检波、限幅等。

4、低驻波、低损耗：满足精密测量的需要。

5、大容量、大功率：大容量、大功率主要适应信息高速公路的发展需要。

6、表面贴装：主要适应SMT技术（表面贴装技术）的发展需要，并有利于简化多层印制板的布线结构设计。

解析在极坐标系统中作出了天线振子垂直的方向图

电波从天线辐射出来之后，很快散布到周围。对于距离天线发射机较远的接收天线，接收到的信号电波波阵面可以看成一个面。所以发射天线就是一副向空间平面均匀辐射电波的天线。

射频接头厂家给出了半波振子在与振子垂直的平面内的方向图，这个方向图是一个圆。 在极坐标系统中，当将电动势取为1的时候，表示感应电动势与信号传来方向的关系的图形称为方向图。在这个图中，振子轴线沿垂直方向。示出了半波振子在通过振子轴线的任何平面内的方向图。如果来波方向在轴截面内与振子轴线成45°角，这时在天线接线端上感应的电动势是电动势的0.62。

当电波传来的方向与振子轴线重合时，感应电动势为零。当电波从垂直于振子方向到来时，在振子的接线端感应出电动势，图中取这个电动势值为l。这就是接收天线的方向图表示电磁场在天线中所感应的电动势与信号传来的方向之间的关系。因此，窄波束天线有較強的抗干扰作用。窄方向圖天线能夠更集中地接收电台方向傳來的信号，而減弱其它方向上傳來的信号。天线的方向圖取決於天线的結構，例如，多元天线的方向圖要比半波振子的方向圖窄。

方向图的宽度通常用角度来表明。在这个角度范围内，电磁场在2.4G天线中感应出的电动势不小于电平的0.7。

对于高增益定向天线，除了主瓣之外，一般还有后瓣和旁瓣，统称为副瓣，一般来说，我们总是希望副瓣越小越好。