这是一个非常好的问题,也是无人机用户和开发者经常需要了解的关键点。
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绝大多数消费级和工业级无人机都使用全向GPS天线。
下面我将从多个角度详细解释为什么,以及两种天线的区别和应用场景。
核心结论：为什么无人机用全向天线？
无人机在飞行过程中姿态是不断变化的，机身会进行俯仰、横滚、偏航等动作，为了确保在任何姿态下都能稳定地接收到来自天空各个方向的GPS卫星信号，就必须使用全向天线。
全向天线就像一个360度的“耳朵”，它可以均匀地接收来自水平面以上所有方向的信号，无论无人机机头朝向哪个方向，或者机身如何倾斜，只要天线没有被机身结构（如机臂、云台）完全遮挡,它都能持续工作。
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定向天线则像一个“聚光灯”，它只对准一个特定方向接收信号，信号强度和接收效率在那个方向上最高，但偏离这个方向后性能会急剧下降，如果给无人机装上定向天线，一旦机头转动，天线就“背对”了卫星，信号就会丢失,这是绝对不能接受的。
全向天线 vs. 定向天线：详细对比
| 特性 | 全向天线 | 定向天线 |
|---|---|---|
| 信号覆盖范围 | 360度水平面覆盖，形成一个“甜甜圈”状的波束。 | 覆盖范围窄，通常呈一个“锥形”或“扇形”波束，指向性极强。 |
| 信号增益 | 增益较低（如 2-5 dBi），增益是牺牲方向性换来的。 | 增益较高（如 8-15 dBi或更高），通过集中能量来增强特定方向的信号。 |
| 安装方式 | 安装在无人机顶部或顶部中央，以获得最佳的天空视野，避免遮挡。 | 必须精确对准信号源（GPS卫星集群所在的天空区域）。 |
| 优点 | 姿态宽容度高：飞行姿态变化不影响信号接收。 安装简单：无需对准，放在开阔处即可。 可靠性高：不易因姿态变化而失锁。 |
信号强度强：增益高，能接收到更微弱的信号。 抗干扰能力强：只接收来自前方的信号，有效过滤掉侧面和后方的干扰源。 首次定位时间快：信号强，搜星和解算速度更快。 |
| 缺点 | 信号强度相对较弱：增益低，在信号弱的区域（如高楼峡谷、峡谷）表现可能不如定向天线。 易受干扰：对来自任何方向的干扰都比较敏感。 |
姿态敏感：无人机一旦转动，天线偏离卫星，信号会立刻丢失或变差。 安装复杂：需要精确对准，且在飞行中无法动态调整。 |
| 无人机应用 | 绝对主流，几乎所有多旋翼无人机（如大疆Mavic, Phantom, Inspire系列）和固定翼无人机都使用。 | 非常罕见，通常只用于地面站或地面控制站，用于增强与无人机的数传图传信号，或用于RTK/PPK地面基准站。 |
特殊情况：无人机上的“准定向”天线
你可能听说过一些无人机（特别是支持RTK高精度定位的无人机）在顶部有两个并排的天线，这并不是一个全向加一个定向,而是一种更高级的技术：
RTK (Real-Time Kinematic) 双天线系统
- 工作原理：这两个天线相隔一段精确的距离（例如10厘米），当无人机飞行时,这两个天线接收到同一组卫星信号的微小时间差。
- 作用：通过这个时间差和已知的基线距离，可以解算出无人机机头的精确航向角，这相当于在无人机上实现了一个“电子罗盘”,但精度远高于普通磁力计。
- 天线类型：这两个天线本身仍然是全向天线，它们只是被巧妙地组合在一起，用来测量相位差，而不是为了接收不同方向的信号，它们依然是全向的,但协同工作实现了定向测量的效果。
| 场景 | 推荐天线类型 | 原因 |
|---|---|---|
| 无人机本体（GPS/RTK接收） | 全向天线 (或RTK双天线系统) | 必须保证在任意飞行姿态下都能稳定接收来自天空的卫星信号。 这是飞行的安全基础。 |
| 地面站/地面基准站 | 定向天线 | 地面站位置固定，可以精确对准天空中的卫星或远方的无人机，使用定向天线可以获得更强的信号、更快的定位速度和更强的抗干扰能力。 |
下次当你看到无人机顶部的那个小“蘑菇头”或小“鳍片”时，就可以确定它是一个全向GPS天线,是确保无人机能够稳定飞行的关键部件之一。
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