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接收機與測量方法——頻寬與近半球覆蓋

132.頻寬

天線應具有與其應用相適應的頻寬,一般而言,頻寬越大,效能越好。但也有不利的一面,增加頻寬同時也會增加干擾,反而降低信噪比(Signal-to-Noise Ratio)。GPS微帶天線的工作頻率通常在2-20兆赫之間,這與新GPS訊號和傳統GPS訊號的零對零頻寬相一致。例如,C/A碼的L2C訊號和中心波瓣的頻寬為2。046 MHz,而L5訊號和P(Y)碼的頻寬為20。46 MHz。C/A碼和P(Y)碼的寬度,見圖1所示。

圖1 L1載波

因此,設計接收機天線和前端使用20。46 MHz頻寬,採集L1和L2載波的P(Y)碼訊號,但系統跟蹤C/A碼或L2C碼的頻寬可能更窄。C/A碼的中心波瓣是2。046 MHz。如果需要跟蹤L1C訊號,則需要4。092 MHz的頻寬。雙頻微帶天線的工作頻寬在10-20兆赫之間。

近半球覆蓋

GPS天線被設計成全方向,天線的增益模式(即在一個方位角和仰角範圍內的增益變化)應該接近完整的半球,而不是完全地半球。例如,大多數測量應用剔除來自低高度角的訊號,以減少多路徑誤差和大氣延遲的影響。換句話說,部分GPS訊號來自衛星截止角度以下,因此,天線的增益模式是專門來拒絕這些的訊號。同時,天線的電子中心周圍等相位的等值線(相位中心)本身並不是完美的球形,見圖2所示。

圖2 TRIMBLE ZEPHYR

增益或增益模式,其描述GPS天線成功地從衛星截止角度以上收集更多的能量,而從衛星截止角度以下收集更少的能量。GPS天線增益約3至5分貝(dB),分貝無量綱,並不能表示天線的功率。它指的是比值,即透過將實際GPS天線與理論各向同性天線進行比較來測量其增益。各向同性天線是一種理想的無損耗天線,其在所有方向上具有完全相等的訊號接收能力。因為分貝是相對功率的度量單位,增加3分貝表示訊號強度增加了一倍,減少3分貝表示訊號強度減少了一半。也就是說典型GPS全向天線的增益約為3分貝(dB),其效能約為各向同性天線的50%。從GPS衛星接收到訊號的功率很低,為此,GPS接收天線和前置放大器要儘可能的高效。從L1上C/A碼接收到的最小功率約為-160 dBW,而從L2上P碼接收到的最小功率更小為-166 dBW。