С момента ее разработки под руководством Министерства обороны США (DoD) в конце 1970-х годов и до 1980-х годов роль и применение системы глобального позиционирования (GPS) выросли в геометрической прогрессии. Первоначально система использовалась только для навигации и наведения ракет, но теперь она интегрирована в отслеживание и мониторинг активов, автономное вождение автомобилей, сельское хозяйство, носимые устройства и многие другие конечные применения, о которых ее основатели даже не догадывались.
После успешного внедрения GPS в США другие страны и регионы также разработали и запустили соответствующие системы GPS, известные под общим названием «Глобальные навигационные спутниковые системы» (GNSS). GNSS включает российскую ГЛОНАСС, европейскую систему Galileo и китайскую Beidou, а также две региональные системы GNSS: японскую QZSS и индийскую IRNSS/NavIC.
Хотя первоначальная система приемника GPS была громоздкой и ее практически невозможно было поместить в багажник автомобиля, современные технологии упростили основной механизм GNSS до единой интегральной схемы (ИС). Независимо от типа ГНСС, всем этим системам требуется оптимизированная антенна для приема сверхслабых радиочастотных сигналов от спутниковых группировок ГНСС. Поскольку размер приемников GNSS уменьшается, а требования к мощности уменьшаются, размер антенн также должен быть соответственно уменьшен.
Однако это проблема для приемников, которым приходится работать с несколькими системами GNSS или частотными диапазонами. Для приемника требуется антенна, способная обрабатывать нижние и верхние радиочастотные диапазоны различных используемых систем (рис. 1).
Рисунок 1. В настоящее время распределение частот ГНСС и полосы частот, запланированные различными используемыми системами, имеют как перекрытие, так и взаимное разделение. (Источник изображения: Taoglas Limited)
Распределение полос частот и частот ГНСС следующее:
От 1559 до 1610 мегагерц (МГц), известный как диапазон частот L1, E1, B1.
От 1215 до 1300 МГц, называемые полосами частот L2, E6, B3, L6.
От 1164 до 1215 МГц, известные как диапазоны частот L5, E5, B2, L3.
Обратите внимание, что под L-диапазоном понимается диапазон частот от 1525 до 1559 МГц, в котором различные спутники передают калибровочные сигналы.
Потребность в широкополосных или многодиапазонных антеннах восходит к ранней беспроводной связи в начале 20-го века, и в то время существовало два распространенных метода. Один из методов заключается в использовании физических «фильтров» или нагруженных катушек, чтобы заставить одну узкополосную антенну резонировать на двух разных центральных частотах. Другой подход заключается в использовании одной антенны, предназначенной для работы в широкополосном режиме.
Оба эти решения не идеальны для антенн GNSS в современных компактных конструкциях систем. Метод режекторного фильтра требует относительно больших дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, в то время как широкополосные антенны могут ухудшить критические характеристики производительности, такие как усиление и эффективность.
Лучшие методы антенны
Теперь лучшее решение может быть достигнуто с помощью антенн серии Inception компании Taoglas Limited. Например, HP5354. A (рис. 2) — многодиапазонная пассивная патч-антенна GNSS с диапазоном частот от 1160 до 1610 МГц, предназначенная для повышения точности позиционирования. Эта инновационная композитная патч-антенна на основе керамики оптимизирована для диапазонов частот Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), ГЛОНАСС (G1) и Galileo (E1/E5a).
Рисунок 2: HP5354. A — компактная плоская антенна, оптимизированная для работы в двух диапазонах (L1 и L5) GNSS. (Источник изображения: Taoglas Limited)
Размер HP5354. Размер A составляет 35 × 35 миллиметров (мм), а высота — 4 мм, что очень подходит для компактных и плоских конструкций. В 11-контактном корпусе три контакта используются в качестве интерфейса приема сигнала (два для диапазона частот L1 и один для диапазона частот L5), а остальные контакты используются для заземления.
После настройки и проверки HP5354. Многофидерная антенна, оснащенная заземляющей плоскостью 70×70 мм, имеет отличные характеристики излучения. Эта антенна может охватывать диапазоны частот, необходимые для системы GNSS нового поколения L1/L5, и полностью характеризовать ключевые параметры, связанные с частотой в этих двух диапазонах частот, включая обратные потери, коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН), эффективность излучения, среднее усиление, пиковое усиление, соотношение осей, смещение фазового центра, дрейф фазового центра и групповую задержку.
Использую Таоглас HP5354. Антенна
Хотя HP5354. Антенна может быть сопряжена с предоставленными пользователем внешними модулями. Использование Taoglas RF-модуля GNSS TFM.100A упрощает процесс разработки базовой цепочки сигналов. Этот высокопроизводительный модуль охватывает два диапазона частот L1/L5 и разработан специально для систем с несколькими патч-антеннами.
TFM.100A имеет двухкаскадный малошумящий усилитель (МШУ), способный обеспечить усиление более 25 децибел (дБ) во всех диапазонах частот, при этом коэффициент шума не превышает 3 дБ. Модуль использует топологию поверхностных акустических волн (SAW)/LNA/SAW/LNA как в низкочастотных, так и в высокочастотных трактах прохождения сигнала, чтобы предотвратить ненужные внеполосные (OOB) помехи, вызывающие перегрузку GNSS LNA или приемников.
ПАВ-фильтр в TFM.100A был тщательно выбран и размещен для обеспечения превосходного подавления внеполосных помех при сохранении низкого коэффициента шума в 3 дБ. Это простое в интеграции устройство для поверхностного монтажа имеет размеры 20 × 18 мм и питается от одного источника питания с напряжением от 1,8 до 5,5 В постоянного тока.
Taoglas также предлагает соответствующую оценочную плату AHPD5354A (рис. 3), что еще больше упрощает интеграцию HP5354. А с полной системой. В оценочной плате используется радиочастотный предусилитель TFM.100A и Taoglas HC125A, который представляет собой плоский высокопроизводительный гибридный соединитель с уровнем шума 3 дБ, предназначенный для многочастотных приложений GNSS с несколькими подачами. ХП5354. A, TFM.100A и HC125A работают вместе как интегрированная сигнальная цепь.