隨著科學的發展，GPS天線應用越來越廣泛，GPS天線的作用是將衛星來的無線電信號的電磁波能量變換成接收機電子器件可攝取應用的電流，GPS天線的大小和形狀十分重要，因為這些特征影響天線能接收微弱的GPS信號的能力。但這些都要按照GPS天線的原理來設計，下面就讓我們來學習一下GPS天線原理。

1.GPS天線簡介

GPS就是通過接受衛星信號，進行定位或者導航的終端。而接受信號就需要用到天線。GPS天線分為內置天線和外置天線。早期GPS手持機多采用外翻式天線，此時天線與整機內部基本隔離，EMI幾乎不對其造成影響，收星效果很好。GPS天線有增益、駐波、噪聲系數、軸比四個重要參數。絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質，其組成部分為陶瓷天線、低噪音信號模塊、線纜、接頭。

2.GPS天線構造

GPS主要由三部分組成，包括GPS衛星星座、地面監控系統以及GPS信號接收機。

空間部分——GPS衛星星座。目前共有32顆衛星分布于6個軌道面，高度約為20183公里。軌道高，信號差、飛得慢、誤差大，但是單星覆蓋廣、壽命長、所需衛星少。軌道低，信號好、飛得快、誤差小，但是單星覆蓋小、壽命短、所需衛星多。從理論上可以確保地面上任意時間任意地點至少收到4顆衛星信號。

地面控制部分——地面監控系統。地面監控系統由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監測站、一個主控站和三個注入站構成。該系統的功能是：追蹤及預測GPS衛星軌道，控制GPS衛星狀態及軌道偏差。

用戶設備部分——GPS信號接收機。GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS信號接收機的核心部件是GPS芯片，GPS芯片可以集成在手機中、專業GPS導航設備中。

3.GPS天線原理

在GPS天線單元設計中采用了高頻、低噪聲放大器，以減弱GPS天線熱噪聲及前面幾級單元電路對接收機性能的影響;在GPS天線原理中利用GPS衛星實現導航定位時，用戶接收機的主要任務是提取衛星信號中的偽隨機噪聲碼和數據碼，以進一步解算得到接收機載體的位置、速度和時間(PVT)等導航信息。信號載波處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2。衛星信號參考時鐘頻率f0為10.23MHz，信號載波L1的中心頻率為f0的154倍頻，即：

　　fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

　　其波長λ1=475.75px;信號載波L2的中心頻率為f0的120倍頻，即：

　　fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

　　其波長λ2=610.5px。

兩載波的頻率差為347.82MHz，大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測得或消除導航信號從GPS衛星傳播至接收機時由于電離層效應而引起的傳播延遲誤差。偽隨機噪聲碼(PRN)即測距碼主要有精測距碼(P碼)和粗測距碼(C/A碼)兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。數據碼是GPS衛星以二進制形式發送給用戶接收機的導航定位數據，又叫導航電文或D碼，它主要包括衛星歷、衛星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態信息、C/A碼轉換到捕獲P碼的信息和全部衛星的概略星歷;總電文由1500位組成，分為5個子幀，每個子幀在6s內發射10個字，每個字30位，共計300位，因此數據碼的波特率為50bps。

4、GPS天線選購及GPS安裝注意事項

針對不同的應用領域，應該選擇不同類型的GPS天線，對一般的GPS用戶應該考慮一下因素。一方面考慮天線類型，既是考慮所選擇的天線是否滿足系統設計中電波覆蓋的要求，從全向和定向天線等天線中選擇所需要的天線。另一方面考慮天線的電氣性能，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。

安裝時，GPS天線安裝位置應盡量避開山坡、樹林、高層建筑物、鐵塔、高壓輸電線等以防阻擋。天線主波束方向上應有足夠的視界，天線正前方應有盡可能寬的視角。一般要求以天線基點為參考，對障礙物最高點所成的夾角小于10度。GPS天線的架設位置應避開風口，以減小天線的風載。在多雷雨地區，天線的架設位置應避開雷擊多發地點，天線頭應放在架有避雷針避雷范圍內。