Zainspirowane sukcesem komercyjnym funkcjonowania Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS) w Stanach Zjednoczonych pod koniec lat 80. XX wieku, wiele innych krajów na świecie również opracowało i wprowadziło na rynek własne wersje GPS, zwane łącznie Globalnym Systemem Nawigacji Satelitarnej (GNSS). Technologia GNSS ewoluowała przez ostatnie 25 lat i odegrała kluczową rolę w połączonym świecie. Obecnie GNSS obejmuje system Galileo w Unii Europejskiej, system GLONASS w Rosji, system Beidou w Chinach, system IRNSS/NavIC w Indiach i system QZSS w Japonii. W porównaniu z tradycyjnym odbiornikiem GPS wykorzystującym wyłącznie system satelitarny GPS, do pracy z wieloma konstelacjami satelitów, system odbiornika GNSS wykorzystuje częstotliwość wielopasmową, aby uzyskać większą dokładność i niezawodność.
Antena jest kluczowym elementem odbiornika i odgrywa kluczową rolę w przechwytywaniu słabego sygnału radiowego z satelity w celu określenia dokładnej lokalizacji, nawigacji i czasu użytkownika. Dlatego odbiornik GNSS wykorzystuje wiele pasm częstotliwości, które odpowiadają niższym i wyższym pasmom częstotliwości radiowej (RF) transmitowanym przez różne systemy nawigacji satelitarnej w przestrzeni kosmicznej. Pasma częstotliwości i częstotliwości obsługiwane przez odbiornik GNSS podsumowano w następujący sposób:
Zakres częstotliwości pasm L1, E1 i B1 wynosi od 1559 MHz do 1610 MHz
Pasma L2, E6, B3, L6 mają zakres częstotliwości od 1217 MHz do 1300 MHz
Zakres częstotliwości pasm L5, E5, B2 i L3 wynosi od 1164 MHz do 1217 MHz
Dlatego odbiornik GNSS wykorzystuje anteny szerokopasmowe lub wielopasmowe i może obsługiwać różne zakresy częstotliwości wykorzystywane przez różne kosmiczne sieci satelitarne. Częstotliwość wielopasmowa może poprawić dokładność pozycjonowania i niezawodność systemu odbiornika GNSS, zmniejszyć błędy sygnału i zakłócenia oraz zapewnić doskonałą wydajność anteny GNSS w szerokim i trudnym środowisku.
Wielopasmowa antena gniazdowa
Zapotrzebowanie na kompaktowe, płaskie rozwiązania było duże przez ostatnie kilka lat, ponieważ oryginalny system odbiornika GPS wykorzystywał duże, nieporęczne, ułożone jedna na drugiej anteny, które zajmowały cenną przestrzeń. Aby spełnić wymagania nowoczesnych modułów czołowych GNSS RF przy wysokiej wydajności i niskich kosztach, firma Tailas Limited zaprojektowała i opracowała wyjątkową technologię antenową do zastosowań o bardzo ograniczonej precyzji. Firmowa seria Inception HP5354. A to wielopasmowa pasywna antena krosowa o częstotliwości od 1160 MHz do 1610 MHz, zaprojektowana w celu poprawy dokładności lokalizacji, solidności i niezawodności. Wykorzystuje innowacyjną technologię ceramicznej anteny zagnieżdżonej i zawiera dwie anteny o takich samych wymiarach całkowitych jak jednopasmowa antena GPS (rysunek 1). Dlatego może zapewnić zoptymalizowane wzmocnienie polaryzacji dla pasm Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) i Galileo (E1/E5a) (w tym IRNSS/NavIC (L5)). Zapewnia to również kompatybilność z różnorodnymi aplikacjami, tam gdzie to możliwe.
Zdjęcie serii wpisów Douglas Channel HP5354. Antena
Rysunek 1: Seria Inception HP5354. A to płaska antena gniazdowa przeznaczona do systemu odbiorników GNSS. Źródło obrazu: Taglas Limited)
HP5354. Zoptymalizowana pod kątem wydajności dwuzakresowej to kompaktowa, płaska antena o wymiarach 35 mm x 35 mm i wysokości 4 mm. Wykorzystuje 11-pinową obudowę ceramiczną do montażu powierzchniowego z trzema pinami do przechwytywania ortogonalnych sygnałów radiowych w pasmach L1 i L5. Dwa z tych trzech pinów służą do odbioru sygnałów z pasma częstotliwości L1, a trzeci pin służy do odbierania sygnałów z pasma częstotliwości L5. Pozostałe osiem pinów jest uziemionych.
W celu uzyskania optymalnego stosunku osiowego oraz sygnałów o prawostronnej polaryzacji kołowej (RHCP) na wyjściu, dwa sygnały zasilające pasma L1 łączone są za pomocą zalecanego sprzęgacza hybrydowego HC125A (rys. 2). W modelu HC125A zastosowano płaski pakiet do montażu powierzchniowego (wysokość 1,5 mm), charakteryzujący się niską tłumiennością wtrąceniową i zrównoważoną amplitudą wyjściową, odpowiedni do zastosowań wielopasmowego GNSS.
Schemat ideowy połączenia dwóch sygnałów zasilających pasma częstotliwości L1 z zalecanym sprzęgaczem hybrydowym
Rysunek 2: Dwa sygnały zasilające z pasma L1 są łączone w sprzęgaczu hybrydowym HC125A, aby zapewnić optymalny stosunek osiowy podczas generowania sygnałów RHCP. Źródło obrazu: Taglas Limited)
Ponadto antena punktowa z podwójnym zasilaniem została dostrojona i przetestowana na horyzoncie 70 mm x 70 mm i pokazuje doskonałą mapę radiometryczną. Dodatkowo w pełni charakteryzuje kluczowe parametry częstotliwościowe w dwóch pasmach. Parametry te obejmują stratę na powrocie, współczynnik fali stojącej napięcia (VSWR), sprawność, średnie wzmocnienie, wzmocnienie szczytowe, stosunek osiowy, przesunięcie środka fazy, zmienność środka fazy i opóźnienie grupowe.
Antena punktowa z podwójnym zasilaniem ma płaski kształt, który może być szeroko stosowany w sytuacjach, gdy tradycyjna laminowana konstrukcja łatki jest zbyt ciężka i wysoka. Zalecane zastosowania obejmują nawigację, śledzenie obiektów przemysłowych, pojazdy autonomiczne i robotykę, a także urządzenia do noszenia, urządzenia do śledzenia małych zasobów i rolnictwo precyzyjne.
Zbuduj front-endowe łącze sygnałowe RF
Chociaż wielopasmową antenę GNSS można połączyć z własnym interfejsem GNSS użytkownika, Talsignificantly upraszcza konstrukcję łącza sygnałowego poprzez zastosowanie modułu czołowego GNSS TFM.100B specjalnie zaprojektowanego dla anteny punktowej z wieloma źródłami zasilania.
Moduł ten składa się z dwupoziomowego wzmacniacza niskoszumowego (LNA) o wzmocnieniu większym niż 25 dB we wszystkich pasmach częstotliwości i współczynniku szumów (NF) mniejszym niż 3 dB. Wykorzystuje filtr powierzchniowych fal akustycznych (SAW) do połączenia z LNA w celu utworzenia topologii SAW/LNA/SWAW/LNA i jednocześnie przetwarza ścieżki sygnału pasma niskiej i wysokiej częstotliwości, aby stłumić niepotrzebne zakłócenia pozapasmowe (OOB) i zapobiec przeciążeniu niskoszumowego wzmacniacza lub odbiornika GNSS. Starannie dobrane i umieszczone filtry SAW w TFM.100B zapewniają doskonałe tłumienie OOB przy jednoczesnym zachowaniu niskiego współczynnika szumów wynoszącego 3 dB. To łatwe w integracji urządzenie do montażu powierzchniowego ma wymiary 20 x 18 mm i wykorzystuje pojedynczy zasilacz o napięciu od 1,8 do 5,5 VDC. Szeroki zakres napięcia wejściowego umożliwia łatwą integrację modułu czołowego z większością odbiorników GNSS.
Aby jeszcze bardziej pomóc użytkownikowi zrozumieć integrację kompletnego modułu czołowego odbiornika GNSS, inżynier Taglas przygotował płytkę ewaluacyjną AHPD5354A (rysunek 3) jako projekt referencyjny ścieżki sygnału front-end. Ta płytka ewaluacyjna integruje przedwzmacniacz TFM.100B, płaski, wysokowydajny łącznik hybrydowy HC125A 3 dB i HP5354. Wielopasmowa antena krosowa na pojedynczej płytce PCB.