GNSS 天线在基于卫星的定位系统中发挥着核心作用，它充当 GNSS 接收器与绕地球运行的导航卫星星座之间的主要接口。这些天线捕获从 GNSS 卫星（如 GPS、Galileo、GLONASS 和 BeiDou）传输的微弱无线电信号，并将它们传送到接收器进行处理。如果没有高质量的 GNSS 天线，即使是最先进的导航系统也无法有效运行。定位数据的性能、准确性和可靠性在很大程度上取决于天线的质量和特性，这使其成为从航空和农业到测量和国防等各种应用中的重要组成部分。
GNSS 天线必须检测来自位于天空不同部分的多个卫星的信号。这些信号在 L 波段频率范围内传输，到达地球时的功率非常低，通常约为 -130 dBm。由于这些信号的性质较弱，GNSS 天线需要高灵敏度、低噪声和精确的滤波，以确保干净的信号接收。此阶段的任何失真或损失都会直接影响位置和授时解决方案的准确性。
有几个关键特性定义了 GNSS 天线的性能。首先，它必须支持所需的卫星星座和频段。双频天线接收来自 L1 和 L2 或 L1 和 L5 频段的信号，具体取决于系统设计。多星座支持使天线可以跟踪更多卫星。这提高了信号可用性并减少了城市峡谷和森林中的定位误差。
另一个关键特性是相位中心稳定性。相位中心是天线内信号看起来发出的点。在高精度应用（如大地测量或参考站）中，即使相位中心的微小变化也会引入显著的位置误差。高质量的 GNSS 天线可在所有频率和到达角度上保持稳定的相位中心，从而确保长期一致且可靠的测量。
增益和辐射方向图
天线增益和辐射方向图也在性能中起着重要作用。天线必须在整个天空提供足够的增益，尤其是在低仰角处，因为信号通过大气层传输的路径更长，并且会受到更多的衰减。理想的 GNSS 天线具有全向半球形方向图，可确保从天空穹顶上的卫星均匀接收信号。它还包括内置滤波和低噪声放大，以提高数据到达接收器之前的信噪比。
GNSS 天线还必须抑制不需要的信号，例如多径和射频干扰 (RFI)。当 GNSS 信号在到达天线之前从建筑物、车辆或水等表面反射时，会发生多径。这些反射会产生信号延迟和失真，从而降低定位精度。先进的天线设计使用接地平面、扼流圈或信号处理技术来抑制多径效应。此外，许多天线还包括窄带滤波器和低噪声放大器 (LNA)，以防止来自附近发射器的 RFI，从而确保干净可靠的信号采集。
GNSS 天线及其应用
不同的 GNSS 应用需要不同类型的天线。测量和测绘专业人员通常使用带有扼流圈或多频段功能的高精度大地测量天线，以实现厘米级的精度。这些天线通常安装在三脚架或固定站上，并具有强大的屏蔽功能以消除多径。相比之下，汽车和 UAV 应用优先考虑尺寸、重量和功率效率。这些平台使用紧凑型贴片或螺旋天线，可在性能和外形尺寸之间实现良好的平衡。船舶和航空环境需要坚固耐用的天线，这些天线可以承受振动、潮湿和极端温度，通常安装在船舶或飞机外部。
在国防和航空航天应用中，GNSS 天线必须在具有挑战性和竞争性的环境中运行。军用级天线通常包括抗干扰或反欺骗功能，例如可以控制零点转向干扰源的受控接收方向图天线 (CRPA)。即使在恶劣的环境中，这些先进的天线也有助于确保不间断的定位和授时。
安装和放置也会影响天线性能。为了获得最佳效果，天线应具有清晰的天空视野，没有可能阻挡或反射信号的障碍物。在移动平台中，还必须考虑隔振、牢固安装和电磁兼容性 (EMC)，以防止性能下降。电缆长度和连接器质量也会影响信号完整性，因此正确的选择和维护至关重要。
随着 GNSS 技术的不断发展，天线的功能也在不断发展。像Galileo E5和 GPS L5 这样的新信号扩展了现代天线支持的频率范围。这些天线现在提供更好的信号隔离。对 RTK、PPP 和 GNSS+INS 融合的需求不断增长，提高了对天线精度的需求。用户现在期望 GNSS 天线具有更高的稳定性和准确性。