如何衡量一個(gè)天線的性能優(yōu)劣、是否能滿足應(yīng)用要求，需要有一系列的規(guī)格參數(shù)及其所對應(yīng)的指標(biāo)數(shù)值來衡量。通常，將天線的規(guī)格參數(shù)分成三部分：無源天線指標(biāo)、有源電路指標(biāo)、結(jié)構(gòu)和環(huán)境要求等物理指標(biāo)。

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(gè)頻率選擇器件，接收（或者發(fā)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(gè)天線都只能工作在有限的頻段內(nèi)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了一家獨(dú)大的美國GPS，中國的北斗系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐洲的GALILEO系統(tǒng)，還有日本、印度等國的區(qū)域系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)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(shí)首先要確定自己要接收哪些系統(tǒng)的哪些頻率。為了適應(yīng)導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，天線的工作頻率已由之前的支持單系統(tǒng)向支持多系統(tǒng)發(fā)展，單一頻率向多個(gè)頻率兼容發(fā)展。

 b  天線帶寬就是保證天線在整個(gè)需要的頻率范圍內(nèi)，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(biāo)稱可以支持多系統(tǒng)多頻段的天線，需要確認(rèn)一下每一個(gè)頻段內(nèi)對應(yīng)的具體指標(biāo)是否也達(dá)標(biāo)，比如某個(gè)頻段增益太低，那么即使能接收到該頻段的信號，其強(qiáng)度也會(huì)很弱，在實(shí)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(biāo)。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(gè)方面。增益指標(biāo)要怎么提，是根據(jù)使用環(huán)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(diǎn)，因?yàn)榇谒匣蝿?dòng)厲害，天線在水平放置時(shí)定義的低仰角，在實(shí)際中可能變成了高仰角，若增益太低，就不能穩(wěn)定捕獲跟蹤衛(wèi)星了。

3 天線軸比

 d  衛(wèi)星導(dǎo)航天線與普通通信天線的區(qū)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(yōu)劣的指標(biāo)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(guān)資料，在此就不展開了。

 e  這里說幾點(diǎn)關(guān)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(wèi)星發(fā)射出來的，而衛(wèi)星發(fā)射的信號就是右旋圓極化，為了盡可能減小發(fā)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(dāng)戶對”。

第二，一般同一個(gè)天線高仰角的軸比值優(yōu)于低仰角的軸比值，天線軸比差，也會(huì)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(shè)計(jì)需要重點(diǎn)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(wèi)星信號，但是和圓極化天線相比，就“先天不足”的會(huì)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(qiáng)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(wèi)星信號，收發(fā)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(wǎng)絡(luò)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(shí)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(biāo)。

5 天線不圓度

 g  不圓度為啥要單獨(dú)提出來說，因?yàn)閷πl(wèi)星天線來說，要求增益盡量均勻，如果某個(gè)方向增益明顯高于其他方向，那收星能力就會(huì)大打折扣，具體體現(xiàn)在收星數(shù)量變少。以天線中心為旋轉(zhuǎn)中心軸，在水平面360度旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)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(huì)比較小，即是說各個(gè)方向的收星能力差不多。不圓度和天線的設(shè)計(jì)、天線的安裝結(jié)構(gòu)、天線周圍是否有其他物理結(jié)構(gòu)的東西遮擋等都有關(guān)系，特別在設(shè)計(jì)內(nèi)置天線時(shí)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(nèi)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(biāo)特別重要，因?yàn)楦呔忍炀€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(diǎn)的前后比會(huì)優(yōu)于邊帶頻點(diǎn)的前后比，因此要特別留意天線所有支持的工作頻點(diǎn)的前后比。

7 天線相位中心

 I   高精度天線與普通導(dǎo)航定位天線最大的差別在于前者必須具有穩(wěn)定的相位中心，因?yàn)樽罱K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(dòng)太大，本身就會(huì)引入誤差導(dǎo)致最終定位結(jié)果不準(zhǔn)，達(dá)不到高精度的效果。關(guān)于相位中心的定義、計(jì)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(wěn)定性比搜星信噪比的高低更重要，國外的天線實(shí)測信噪比很少有高于國產(chǎn)天線的，有的甚至?xí)筒簧?，但在相位中心穩(wěn)定性方面，確實(shí)做得很出色，不只在設(shè)計(jì)，還體現(xiàn)在工藝、材料等很多方面。

8 天線多徑效應(yīng)值

 J  多徑效應(yīng)是信號在傳播信道中的多路徑傳輸現(xiàn)象所引起的干涉延時(shí)效應(yīng)。一般通過多徑效應(yīng)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(zhǔn)站天線，如果有較強(qiáng)的多徑信號進(jìn)入后端參與到信號解算，會(huì)導(dǎo)致解算出的位置信息與實(shí)際位置信息有較大偏差，同時(shí)也會(huì)影響到整個(gè)數(shù)據(jù)的有效率。目前有多種設(shè)計(jì)方法可達(dá)到抑制多徑信號的目的，如扼流圈結(jié)構(gòu)、EBG結(jié)構(gòu)等，各有優(yōu)點(diǎn)和使用的環(huán)境限制?？苟鄰侥芰Σ钜矔?huì)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(lián)組成，主要是低噪聲放大器和濾波器的組合使用，根據(jù)天線類型的不同，會(huì)有多級濾波、多級放大等不同方案，若是多系統(tǒng)多頻段信號，還會(huì)有信號合路器。當(dāng)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(yīng)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(xiàn)在大多數(shù)天線都將無源饋電網(wǎng)絡(luò)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(shù)，根據(jù)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(jìn)入非正常工作狀態(tài)。匹配才是關(guān)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(dǎo)航天線上，首先需要足夠低的噪聲系數(shù)，后面再詳細(xì)說明。第二是要有較好的線性度，保證天線在一定強(qiáng)度的信號范圍內(nèi)可以正常工作。第三是低噪放的穩(wěn)定性，包括高低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，這對于天線的可靠性很重要。

11 有源天線的噪聲系數(shù)

 N  天線有源電路的噪聲會(huì)累加到整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)噪聲中，噪聲增加，會(huì)降低系統(tǒng)的信噪比，進(jìn)而影響接收靈敏度。如何降低電路的噪聲系數(shù)？第一，選擇本身噪聲系數(shù)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(huì)增加鏈路的總體噪聲，由噪聲系數(shù)級聯(lián)公式可知，第一級放大器增益盡量高一點(diǎn)，這樣可降低后面器件對總體噪聲的貢獻(xiàn)。第三，濾波器的插入損耗也會(huì)提高電路的噪聲，有時(shí)為了提高天線的抗干擾能力，會(huì)設(shè)計(jì)前置濾波器，這時(shí)應(yīng)選擇插入損耗小一點(diǎn)的濾波器。

12 天線的帶外抑制

 O  衛(wèi)星信號到達(dá)地面接收端時(shí)已經(jīng)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(jìn)行濾波，只讓需要的信號進(jìn)入后端進(jìn)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(huì)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(nèi)的干擾信號只能通過其他手段來減弱或消除。將導(dǎo)航天線與其他大功率發(fā)射模塊靠近使用時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)性能明顯下降的現(xiàn)象，這時(shí)可定制濾除特定頻點(diǎn)的濾波器，或者盡可能使天線遠(yuǎn)離大功率信號發(fā)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(shè)計(jì)，不能將其拆解后每個(gè)模塊逐一測量，如何評估一個(gè)有源天線性能優(yōu)劣，就有了載噪比這個(gè)指標(biāo)。天線無源部分的增益、軸比、駐波，有源部分的增益、噪聲系數(shù)、帶外抑制等性能，都會(huì)體現(xiàn)在最終的載噪比數(shù)據(jù)上。如何衡量一個(gè)天線的載噪比數(shù)據(jù)？第一，看搜星數(shù)量多少。第二，看可用衛(wèi)星載噪比值的高低。第三，看搜星速度快慢。第四，看載噪比數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。一般情況下，搜星數(shù)量多、天線載噪比高、搜星速度快、載噪比跳動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，相位中心、抗多徑能力、天線穩(wěn)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(jìn)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(dú)的電源模塊，主要作用是穩(wěn)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(dǎo)航設(shè)備或無人機(jī)導(dǎo)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(jī)的工作時(shí)間。

15 天線電路的防靜電、抗燒毀與防雷設(shè)計(jì)

 R   天線作為一個(gè)電子產(chǎn)品，常規(guī)的防護(hù)設(shè)計(jì)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(fā)的大功率信號壓制損壞元器件，保護(hù)電路不會(huì)燒壞，待大功率信號消失后天線可恢復(fù)正常工作。由于部分外置天線長期置于室外高處，難免會(huì)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(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

天線的所有指標(biāo)都是相互關(guān)聯(lián)，互相影響的，要想提高某個(gè)指標(biāo)，一般都會(huì)對另外的某個(gè)指標(biāo)有一定影響，理解并認(rèn)可這一點(diǎn)很重要。天線的設(shè)計(jì)就是一門平衡和取舍的藝術(shù)，好的天線設(shè)計(jì)師會(huì)懂得如何取舍，達(dá)到系統(tǒng)整體的最優(yōu)。把天線當(dāng)成一門藝術(shù)來研究，還是挺有意思的。