一、开篇

“卫星导航能否没有天线就正常工作?”——当我们依赖车载导航避开拥堵、操控无人机巡航田野、使用测绘装备丈量桥梁位移时，答案显而易见：没有精准耐用的 GNSS 天线，一切定位都会失准。GNSS 天线虽外形低调，却是整套卫星定位系统捕捉信号、保障精度的首要环节。

二、概念与工作原理

基本定义 GNSS (Global Navigation Satellite System) 天线能同时接收 GPS、北斗、GLONASS、Galileo 等卫星信号并输出射频。

信号路径 卫星发射的 L 波段电磁波到达地面仅 -160 dBW，天线完成信号捕获与极化匹配，随后由 LNA 放大，经馈线送往接收机。

三、分类方法

按工作频段 单频成本低;双频 L1/L2 兼顾精度与价格;多频全系统支撑厘米级 RTK。

按辐射单元 微带贴片轻薄易量产;螺旋圆极化一致性好;四臂螺旋多频性能佳;扼流圈极致抑制近端多径。

按应用领域 消费级内置、车规外置、测绘基准站、海事高增益等对性能权重各异。

四、关键指标拆解

增益与波束宽度 决定低仰角可用卫星数量。

相位中心偏移 (PCO/PCV) 毫米级控制才能支撑高精度基线解算。

前后比 (F/B) 高 F/B 可抑制地面反射多径。

驻波比 VSWR <1.5 保证功率匹配;>2 说明天线或馈线存在故障。

环境指标 IP 等级、抗紫外、耐盐雾及工作温度决定寿命。

五、设计与制造要点

辐射结构 陶瓷谐振腔+金属反射板决定带宽;螺旋线径、节距调节圆极化纯度。

有源方案 在天线罩内集成 LNA、SAW 滤波器与静电保护，让整体噪声系数趋近 1 dB。

外壳与接头 玻纤增强 PC、铝合金底座与 TNC、SMA 等接头须通过防水与跌落测试。

六、典型应用解析

车载 ADAS 双频宽波束天线减轻城市峡谷断星。

无人机测绘 轻量贴片满足续航，配合基站 RTK 实现 2 cm 高程精度。

精准农业 全频螺旋抗泥水、防腐蚀，保障自动直行。

桥梁形变监测 扼流圈将多径误差降至 2 mm。

船舶航迹 高增益四臂螺旋配合 SBAS 差分维持公海作业安全。

七、选型与集成指南

(1) 明确动态性能：高速场景优先多频;静态监测可单/双频。

(2) 评估电磁环境：机场、通信塔附近需选带外抑制 >45 dB 型号。

(3) 考虑机械约束：车顶高度 ≤55 mm、耐振动 ≥5 g。

(4) 预算与生命周期：工业级≈消费级 3 倍价差，但十年免维护。

(5) 系统级标定：安装后做 PCO/PCV、群延迟校准，才能发挥硬件潜力。

八、安装细节与维护

基座 ≥天线直径 1.5 倍的金属地板可提升垂直增益 0.8 dB。

走线 避开发动机与 UPS 电缆，90° 交叉减耦合。

防水 每年检查 O 形圈并涂硅脂;盐雾环境半年清洗一次。

故障排查 VSWR 突升多因接头受潮，噪声电流异常提示 LNA 老化。

九、未来趋势

全系统全频 民用正迈向 L1/L2/L5/B3/E5 多频融合。

智能化 BLE、CAN 接口上报温度、电流、驻波，实现远程诊断。

模组化 SoC+天线一体化降低体积与 EMC 难度。

新材料 陶瓷+碳纤维复合兼顾刚度与轻量。

十、案例分享

◎ 城市智能公交 深圳某公交集团车顶装备双频 GNSS 天线与 IMU 融合，峰时平均误差由 3.5 m 降至 45 cm。

◎ 西南滑坡监测 地质队在海拔 3800 m 的边坡布设12套扼流圈天线，全年风雪中保持毫米级位移预警。

◎ 粮田自动播种 黑龙江农场借助四臂螺旋+RTK，拖拉机行距误差控制在 ±2 cm，即使夜间雾霾仍能闭环导航。

读懂 GNSS 天线，就是读懂精准时空服务的起点。随着低轨增强星座、6G、车路协同等新技术叠加，这枚看似普通的“小圆片”将继续隐藏在各类智能终端之内，为人类提供随时随地、毫秒级、厘米级的可靠位置基准。掌握天线选型与运维方法，将帮助工程师在未来竞争中抢占先机。