为什么很多 GNSS天线(尤其是贴片天线、螺旋天线等)都要配接地平面?如果不加会带来哪些实际影响?要回答这个问题，需要从天线的工作原理、电磁波传播、实际应用效果等多个角度去理解。

一、什么是接地平面?

接地平面(Ground Plane)是指在天线安装时，在天线下方或周围设置一块金属导电体(如金属板、金属壳体、PCB 铜箔等)，用于影响和改善天线的电磁特性。它不一定真正“接地”，而是起到反射和导流作用。

二、为什么 GNSS 天线要配接地平面?

2.1 提高天线增益和方向性

电磁镜像原理：接地平面能对天线的辐射形成“镜像”，增强主瓣方向上的能量聚集，使天线向上(天空方向)的增益提升，抑制向下(地面方向)和侧向的泄漏。

定向性更好：天线有了接地平面后，辐射方向图向天空方向集中，信号接收能力增强。

2.2 抑制多路径干扰

屏蔽地面反射：地面、车辆、建筑等反射的多路径信号常从下方入射，接地平面能够物理阻挡这些干扰，提升定位稳定性和精度。

减少伪距误差：有效抑制从下方到来的杂散信号，减少伪距和相位的测量误差。

2.3 优化驻波比与天线阻抗匹配

提高匹配效率：接地平面使天线的输入阻抗更加稳定，易于和接收电路进行阻抗匹配，提升射频能量的有效接收。

2.4 抑制电磁干扰

金属屏蔽作用：对于低端天线，接地平面还能部分屏蔽下方来自电路、电池等电子元件的电磁干扰，保护天线接收纯净的天空信号。

三、不加接地平面会带来哪些影响?

3.1 天线增益和灵敏度下降

天线向天空方向的接收能力大幅降低，可能出现“盲区”。

实际接收的信号更弱，影响卫星捕获和跟踪。

3.2 天线方向图畸变

天线的主瓣变宽，副瓣增强，信号变得更加分散，容易接收到杂散信号。

对低仰角甚至地面方向的信号变得“敏感”，导致多路径干扰严重。

3.3 多路径和干扰增强

无法阻挡地面、金属外壳等产生的反射信号，定位误差增大。

受环境干扰的概率上升，定位稳定性变差。

3.4 阻抗匹配困难

天线在无接地平面的情况下输入阻抗不稳定，射频能量耦合效率低，影响整机性能。

四、实际应用案例分析

高精度测量型 GNSS 天线：大多配备大尺寸金属接地板，甚至底部有波纹、圆盘结构，极大抑制多路径，保证厘米级精度。

车载、无人机等嵌入式场景：如果空间有限，也会在 PCB 或壳体上开铜箔或嵌入金属片作为接地平面，哪怕尺寸有限，也比没有好。

无接地平面的小型 GNSS 天线：如某些便携设备、智能手表使用的微型陶瓷贴片天线，天线效率与性能通常有限，抗干扰和多路径能力较弱。

五、设计建议与优化

尽可能为天线提供足够尺寸的接地平面。尺寸越大，效果越好，推荐不少于天线尺寸的两倍。

接地平面与天线间应有良好电气连接，避免虚接或接触不良。

嵌入式设备空间有限时，可采用 PCB 铜箔、金属壳体等替代，并通过仿真优化布局。

对高精度需求场合，选用内置接地平面的大型专业天线更可靠。

六、结论

GNSS 天线配接地平面是提升接收性能、减少干扰、优化方向图和提高定位精度的关键措施。

没有接地平面时，天线性能会明显下降，易受多路径和干扰影响，定位精度与可靠性无法保证。

实际设计中，务必根据天线类型和应用环境合理选择和优化接地平面结构。

如有具体型号或应用场景，可进一步针对性分析设计优化建议。