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北斗B3四阵元抗干扰天线的实现

news 2025/10/18 19:27:06

北斗B3四阵元抗干扰天线的实现

我们在GNSS抗干扰天线的选型、测试方法以及为什么不能做RTK？（抗干扰内容全集）中我们介绍了

抗干扰天线的选型，如何根据应用场景选择合适的抗干扰天线；
抗干扰性能的测试与评估方法；
为什么抗干扰天线不能用于RTK高精度差分定位？

今天我们聚焦在抗干扰天线的内部结构和设计原理，以目前市场上比较主流的一种抗干扰天线：北斗B3四阵元抗干扰天线为例例，说明抗干扰天线的技术实现。

一、主要功能

北斗B3四阵元抗干扰天线是针对北斗-B3频段设计的抗干扰天线，具备以下核心功能：

可抑制不少于3个方向的压制式干扰；
支持抗宽带、窄带、脉冲、扫频、跳频及混合干扰；
同时兼容接收GPS L1与北斗B1频段信号；
提供自适应/固定模式切换，实现智能抗干扰策略

二、主要性能指标

工作频段：

北斗B3：1268.52±10.23MHz；

北斗B1/GPS L1：1575.42±16.368MHz

干扰来向范围：方位0～360°，俯仰-10°～90°，在多干扰源时，干扰源彼此之间夹角≥30°；
抗干扰数量：不少于3个北斗B3频段内的压制式干扰；
抗干扰类型：宽带、窄带、脉冲、跳频、扫频及混合干扰；
在无干扰情况下，抗干扰模式相对非抗干扰模式载噪比损失不大于1.5dB；
输出信号功率：-60dBm~-70dBm，输出功率可与卫星导航接收机匹配，天线可以跟常规卫星导航接收机直接连接；
抗干扰能力：

当卫星信号功率按照-130dBm计算时，

- 可抑制1个超过卫星信号电平100dB的干扰；

- 可抑制3个超过卫星信号90dB的干扰；

抗烧毁能力：天线口面的干扰信号功率为1W时，设备不损坏，干扰信号关闭后，天线能恢复正常
工作电压范围：DC18～36V；功耗：≤8W；
尺寸：
外形尺寸：≤130mm130mm35mm（长宽高）（不含连接器）;
重量：≤650g；

三、工作模式

天线支持三种工作模式，可通过外部串口指令切换：

固定抗干扰模式

天线在北斗B3频点具有抗多个压制干扰信号功能，输出经过抗干扰处理后的北斗B3频点信号；

北斗B1和GPSL1频点信号不经过抗干扰处理，直通输出；；

固定非抗干扰模式

所有频点都跳过抗干扰处理，天线将接收的GPSL1/北斗 B1/北斗B3频点的卫星导航信号，进行低噪声放大滤波后直接输出射频信号；

自适应工作模式

天线根据是否存在干扰信号自动进行抗干扰模式或非抗干扰模式的切换；

四、组成和工作原理

抗干扰天线由抗干扰天线阵列、低噪放、射频通道、抗干扰处理模块、上变频模块、接口模块和合路及电源模块组成。系统组成如下图所示：

抗干扰天线的组成

4.1 天线阵列

天线阵列有5个天线单元组成：

1个高精度天线单元（用于接收北斗B1/GPS L1和北斗B3信号），放置在天线的中心位置
4个B3频点天线阵元，分布在四周。

天线阵列的分布示意图如下所示：

抗干扰天线阵列分布

4.2 信号处理流程

低噪声放大

每个天线单元后端连接低噪放，将天线收到的微弱信号进行低噪声放大，总计有5个低噪放。

2. 射频下变频

射频通道将低噪放的输出信号进行下变频，放大，滤波，变为适合AD采样的中频信号。

3.抗干扰处理

抗干扰处理模块将射频通道的输出信号进行AD采样后变为数字信号，在FPGA中进行抗干扰处理，输出干扰抑制后的中频信号。

4.上变频

由于现有的常规卫星导航接收机要求输入的是射频信号（频段1268.52MHz），所以经过抗干扰处理之后的中频信号必须上变频到L频段（1268.52MHz）才能被卫星导航接收机正常接收在抗干扰处理模块的后端增加了上变频模块，用来将抗干扰处理模块输出的中频信号进行上变频，变频到北斗B3频点。

5.合路输出

合路模块将景观抗干扰处理之后的北斗B3 频点信号与没有经过抗干扰处理的GPSL1/北斗 B1频点信号进行合路对外输出。

五、射频模块设计

北斗B3频段的射频处理模块主要B3下变频单元、本振生成、频率综合单元、射频滤波器、中频滤波器，多级放大器等组成。过去传统的抗干扰天线的射频模块用分立元器件设计而成，目前抗干扰技术相对成熟，有专门的射频集成芯片能够实现4路北斗B3频段的射频信号处理功能，只需要一个集成芯片就可以完成之前分立器件的所有功能，显著提升系统稳定性与一致性。

基于集成芯片设计的抗干扰天线B3频段的射频模块的原理示意图如下：