一種改進的天線傾角設計方法

摘 要本文提出了一種使用衛星信號模擬源進行天線傾角設計的方法，改進了以往天線傾角僅能依靠經驗進行設計的現狀。全文以具體項目為例，描述了天線傾角的完整設計過程，并對設計結果進行了仿真驗證。

【關鍵詞】信號模擬源 天線傾角 仿真

為了獲得較大的天線增益，捕獲更多的衛星，衛星信號接收天線普遍以陣面水平的方式固定在載體上。但當載體在運動過程中，俯仰角發生較大的變化時，為滿足載體運行全程衛星定位可用，需要設計天線陣面相對載體水平面具有一定的傾斜角。在以往的方法中，天線傾角僅依靠設計人員的經驗進行設計，沒有太多可供參考的數據。

本文以某導航產品的天線傾角設計為例，提出了一種基于衛星信號模擬源的天線傾角設計方法。

1 衛星信號模擬源簡介

隨著全球各大衛星導航系統的成熟和完善，各式各樣的導航產品也應運而生，對各類導航產品的性能和質量進行快速、準確的評估成了導航產品設計過程中的關鍵一環。

對導航產品的性能評估主要有兩種方式，一種是接收空中的實際衛星信號，但這種方式受到鐘差、電離層、衛星分布等多種不可控誤差的影響，不具備可重復性，不利于導航產品的性能比對和持續改進，另一種方式是使用衛星信號模擬源，各類誤差、信號強度等均由仿真產生，完全可控和可重復，在導航產品的測試中使用的比重越來越高。

除了用做導航產品的測試儀器外，衛星信號模擬源也可用來對導航產品的一些關鍵指標進行設計。

2 天線傾角的設計過程

2.1 載體俯仰角變化規律

當載體運動過程中俯仰角發生改變時，固定在載體上的天線陣面對天的角度也會發生改變，所以要設計天線陣面相對載體水平面的傾角，需首先明確載體運行全程俯仰角的變化規律。

2.2 信號源仿真條件設置

實際應用中，載體在運行過程中俯仰角在不斷發生變化，載體天線相對于水平傾斜角也隨之不斷變化，如圖1所示。載體俯仰角為θ1，天線與載體夾角為θ2，則天線相對于水平方向夾角為θ=θ1+θ2。

不考慮其他因素，在理想的情況下，天線與載體夾角為θ2時，統計在載體運動過程中天線的最少收星數量，對應不同的夾角θ2得到不同的采樣點，最終給出測試曲線。根據統計結果選取合適的傾斜角度θ2，滿足載體運行過程中天線收星最佳。

仿真條件如下：

（1）仿真應用區域：考慮到天線在整個亞太地區的使用情況，分別選擇了以下5個地點進行仿真，經緯度分別是（73°E，19°N）、（86°E，41°N）、（98°E，39°N）、（112°E，28°E）和（124°E，26°N）；

（2）仿真應用時間：分別在本地時間2016年1月6日的整點時間1時、6時、11時、16時和21時；

（3）仿真天線相對載體傾斜角范圍：天線與載體夾角0°到45°范圍內，每5°統計一個采樣。

2.3 仿真分析過程

在各區域，根據仿真條件進行各種狀態下接收機收星數的仿真，當天線最少收星數不少于6顆時，統計仿真結果中天線的傾斜角度，得到的天線傾角最佳角度范圍如表1所示。

對天線最佳傾斜角度進行統計，結果如圖2所示，由圖中可知，本項目中天線陣面相對于載體的最佳傾斜角度為25°。

2.4 仿真結果驗證

將天線相對于載體的傾斜角度固定為25°，在各測試區域對天線傾角進行仿真驗證，取當地全天本地時間0時至24時，根據載體的俯仰角變化進行天線收星數分析。

仿真結果顯示，在各測試區域，當設計天線傾角為25°時，24小時內任何時段，天線在載體運行全程收星均不少于6顆，滿足天線傾角設計要求。

3 結束語

隨著衛星導航系統的不斷發展，衛星信號模擬源在衛星導航領域發揮的作用也越來越大。文章中使用衛星信號模擬源進行天線傾角設計就是對模擬源應用的一次創新嘗試。

參考文獻

[1]謝金石.北斗導航信號源發展現狀分析[J].全球定位系統，2016（05）：52-55.

作者簡介

趙晶（1980-），男，陜西省西安市人。在中國電科第二十研究所導航事業部任職。主要研究方向為衛星導航接收機總體技術。

作者單位

中國電子科技集團公司第二十研究所 陜西省西安市 710068