如何衡量一個天線的性能優劣、是否能滿足應用要求，需要有一系列的規格參數及其所對應的指標數值來衡量。通常，將天線的規格參數分成三部分：無源天線指標、有源電路指標、結構和環境要求等物理指標。

1 工作頻率與帶寬

 a  工作頻率決定了天線可以接收什么樣的信號。天線就是一個頻率選擇器件，接收（或者發射）某些頻率的信號，濾掉其他不需要的頻率信號，理論上任何一個天線都只能工作在有限的頻段內。衛星導航系統除了一家獨大的美國GPS，中國的北斗系統、俄羅斯的GLONASS系統、歐洲的GALILEO系統，還有日本、印度等國的區域系統，每個系統都有各自工作的中心頻率及其覆蓋的頻帶資源，所以在選擇天線時首先要確定自己要接收哪些系統的哪些頻率。為了適應導航定位技術的發展，天線的工作頻率已由之前的支持單系統向支持多系統發展，單一頻率向多個頻率兼容發展。

 b  天線帶寬就是保證天線在整個需要的頻率范圍內，其增益值、回波損耗、軸比等特性都要滿足一定的要求。所以某些標稱可以支持多系統多頻段的天線，需要確認一下每一個頻段內對應的具體指標是否也達標，比如某個頻段增益太低，那么即使能接收到該頻段的信號，其強度也會很弱，在實踐中的意義就大打折扣了。

2 天線增益

 c  增益在之前的文章中專題講過，也是很重要的指標。影響增益的因素很多，要提高天線的增益也涉及到方案、材料、工藝等各個方面。增益指標要怎么提，是根據使用環境來的。比如用在船上的定位天線，就要求低仰角增益盡量高一點，因為船在水上晃動厲害，天線在水平放置時定義的低仰角，在實際中可能變成了高仰角，若增益太低，就不能穩定捕獲跟蹤衛星了。

3 天線軸比

 d  衛星導航天線與普通通信天線的區別之一在于前者的極化方式大多是圓極化，而衡量極化特性優劣的指標就是軸比值。至于什么是天線的極化方式，什么又是圓極化，有興趣可以去查閱相關資料，在此就不展開了。

 e  這里說幾點關于天線極化需要注意的地方。

第一，地面終端接收的信號都是天上的衛星發射出來的，而衛星發射的信號就是右旋圓極化，為了盡可能減小發射和接收極化不匹配造成的極化損耗，需要接收天線的右旋圓極化特性盡量的好，也就是要求天線有盡可能低的軸比，這就是所謂“門當戶對”。

第二，一般同一個天線高仰角的軸比值優于低仰角的軸比值，天線軸比差，也會降低天線的右旋增益，給低仰角本身就不高的增益“雪上加霜”，所以盡量降低低仰角的軸比值，也是天線設計需要重點考慮的。

第三，除了右旋圓極化，用線極化的天線，只要頻率對，也能接收到衛星信號，但是和圓極化天線相比，就“先天不足”的會損失掉3dB，很多地方由于條件受限不得不使用線極化的方案，在信號強度要求不高的情況下，也是可以接受的，但切記不能用左旋圓極化來接收衛星信號，收發信號極化方式完全正交沒有交集，只能干瞪眼了。

4 天線阻抗與駐波

 f   天線的阻抗和駐波是衡量天線將信號傳送到后端的能力，天線饋電網絡下來直接接射頻前端電路，如果天線的阻抗和電路的輸入阻抗匹配，理論上完全匹配時能量百分之百流向后端，如果存在失配，部分能量就被卡在這里倒流回去，造成能量的損失。就像兩段水管拼在一起，只有匹配了水流才能順利的流向后端，如果堵了水就得倒流。駐波值的大小是衡量阻抗匹配的程度，駐波越小，說明匹配越好，所以天線駐波值也是很重要的指標。

5 天線不圓度

 g  不圓度為啥要單獨提出來說，因為對衛星天線來說，要求增益盡量均勻，如果某個方向增益明顯高于其他方向，那收星能力就會大打折扣，具體體現在收星數量變少。以天線中心為旋轉中心軸，在水平面360度旋轉一周，每個角度的增益和軸比值是不一樣的。性能好的天線不圓度的值會比較小，即是說各個方向的收星能力差不多。不圓度和天線的設計、天線的安裝結構、天線周圍是否有其他物理結構的東西遮擋等都有關系，特別在設計內置天線時需著重考慮。

6 天線極化增益前后比

 h  前后比的定義是天線法向極化增益與背向±30°內的極化增益最大值之差，表征天線對后瓣抑制的好壞。特別在高精度天線中該指標特別重要，因為高精度天線為了盡可能的接收有用的信號，阻隔無用的干擾信號，需要很低的背瓣增益。對于寬帶天線而言，其中心頻點的前后比會優于邊帶頻點的前后比，因此要特別留意天線所有支持的工作頻點的前后比。

7 天線相位中心

 I   高精度天線與普通導航定位天線最大的差別在于前者必須具有穩定的相位中心，因為最終解算出的位置信息就是天線相位中心所在的位置，如果相位中心波動太大，本身就會引入誤差導致最終定位結果不準，達不到高精度的效果。關于相位中心的定義、計算和測量方法有很多種，以后再專題來講。這里就特別說明一下，相位中心的穩定性比搜星信噪比的高低更重要，國外的天線實測信噪比很少有高于國產天線的，有的甚至會低不少，但在相位中心穩定性方面，確實做得很出色，不只在設計，還體現在工藝、材料等很多方面。

8 天線多徑效應值

 J  多徑效應是信號在傳播信道中的多路徑傳輸現象所引起的干涉延時效應。一般通過多徑效應值的大小來衡量天線對于多徑信號的抑制程度。一般要求高精度天線都具有一定的抗多徑能力，特別是作為參考站信號來源的基準站天線，如果有較強的多徑信號進入后端參與到信號解算，會導致解算出的位置信息與實際位置信息有較大偏差，同時也會影響到整個數據的有效率。目前有多種設計方法可達到抑制多徑信號的目的，如扼流圈結構、EBG結構等，各有優點和使用的環境限制。抗多徑能力差也會影響天線最后的相位中心解算。

9 有源電路的基本鏈路

 k  天線有源電路是由一系列雙端口器件依次級聯組成，主要是低噪聲放大器和濾波器的組合使用，根據天線類型的不同，會有多級濾波、多級放大等不同方案，若是多系統多頻段信號，還會有信號合路器。當然天線還包括電源管理模塊，直流偏置電路等。無源天線信號下來應用最短的路徑與有源電路連接，這樣可減小無源增益的損耗，這也是為什么現在大多數天線都將無源饋電網絡與有源電路板做到同一塊電路板上。

10 天線的有源增益

 L  有源增益表征了低噪聲放大器對微小信號的放大倍數，根據天線所配套定位模塊的不同，需要的增益值是不一樣的。增益太小，信號太弱后端無法提取有用信號，增益太高容易引起后端器件飽和進入非正常工作狀態。匹配才是關鍵。

 M  低噪放是非常成熟的元器件，但不是所有的型號都適合用在導航天線上，首先需要足夠低的噪聲系數，后面再詳細說明。第二是要有較好的線性度，保證天線在一定強度的信號范圍內可以正常工作。第三是低噪放的穩定性，包括高低溫環境下的穩定性，這對于天線的可靠性很重要。

11 有源天線的噪聲系數

 N  天線有源電路的噪聲會累加到整個接收機系統噪聲中，噪聲增加，會降低系統的信噪比，進而影響接收靈敏度。如何降低電路的噪聲系數？第一，選擇本身噪聲系數低的低噪放管子，這雖然是一句廢話，但很重要。第二，電路中所有的低噪放、濾波器或其他器件都會增加鏈路的總體噪聲，由噪聲系數級聯公式可知，第一級放大器增益盡量高一點，這樣可降低后面器件對總體噪聲的貢獻。第三，濾波器的[敏感詞]損耗也會提高電路的噪聲，有時為了提高天線的抗干擾能力，會設計前置濾波器，這時應選擇[敏感詞]損耗小一點的濾波器。

12 天線的帶外抑制

 O  衛星信號到達地面接收端時已經很弱了，而且夾雜在各種干擾信號中，所以一般需要先將接收到的信號進行濾波，只讓需要的信號進入后端進行信號處理。濾波器的選擇很重要，為了提高天線的抗干擾能力，一般會采用多級濾波。值得注意的是濾波器只能濾除工作頻帶以外的干擾信號，帶內的干擾信號只能通過其他手段來減弱或消除。將導航天線與其他大功率發射模塊靠近使用時經常會出現性能明顯下降的現象，這時可定制濾除特定頻點的濾波器，或者盡可能使天線遠離大功率信號發射源。

13 天線的載噪比

 P  不同于無源天線可通過微波暗室等方法測量評估其性能，有源天線由于其集成化和一體化設計，不能將其拆解后每個模塊逐一測量，如何評估一個有源天線性能優劣，就有了載噪比這個指標。天線無源部分的增益、軸比、駐波，有源部分的增益、噪聲系數、帶外抑制等性能，都會體現在最終的載噪比數據上。如何衡量一個天線的載噪比數據？第一，看搜星數量多少。第二，看可用衛星載噪比值的高低。第三，看搜星速度快慢。第四，看載噪比數據的穩定性。一般情況下，搜星數量多、天線載噪比高、搜星速度快、載噪比跳動小的天線更好，但切記載噪比不是衡量天線性能好壞的唯一標準，相位中心、抗多徑能力、天線穩定性等重要性能需綜合考量。

14 天線的工作電壓與電流

 Q  天線的低噪放需要通過偏置電路進行饋電和匹配，直流電一般通過天線射頻接頭饋入，天線中一般需要單獨的電源模塊，主要作用是穩壓和去除一些雜波干擾信號。天線的工作電流因所選管子的不同而有所差別，在一些手持導航設備或無人機導航終端上使用，盡量選用電流低的管子來減小功耗，延長整機的工作時間。

15 天線電路的防靜電、抗燒毀與防雷設計

 R   天線作為一個電子產品，常規的防護設計還是有必要的，防靜電處理防止天線里面的元器件被靜電損壞。抗燒毀處理是避免天線被突發的大功率信號壓制損壞元器件，保護電路不會燒壞，待大功率信號消失后天線可恢復正常工作。由于部分外置天線長期置于室外高處，難免會遇到雷電天氣，讓天線具有一定的防雷能力，也是其可靠性設計的重要內容。

天線的所有指標都是相互關聯，互相影響的，要想提高某個指標，一般都會對另外的某個指標有一定影響，理解并認可這一點很重要。天線的設計就是一門平衡和取舍的藝術，好的天線設計師會懂得如何取舍，達到系統整體的最優。把天線當成一門藝術來研究，還是挺有意思的。

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