با الهام از عملیات تجاری موفقیت آمیز سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) در ایالات متحده در اواخر دهه 1980، بسیاری از کشورهای دیگر در جهان نیز نسخه های خود را از GPS را توسعه داده و راه اندازی کردند که در مجموع به عنوان سیستم ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS) شناخته می شود. فناوری GNSS در 25 سال گذشته تکامل یافته و نقش مهمی در دنیای به هم پیوسته ایفا کرده است. امروزه GNSS شامل Galileo اتحادیه اروپا، GLONASS روسیه، Beidou چین، IRNSS/NavIC هند و QZSS ژاپن است. در مقایسه با گیرنده سنتی GPS که فقط از سیستم ماهواره ای GPS استفاده می کند، برای کار با چند صورت فلکی ماهواره ای، سیستم گیرنده GNSS از فرکانس چند باند برای به دست آوردن دقت و اطمینان بالاتر استفاده می کند.
آنتن یکی از اجزای کلیدی گیرنده است و نقش مهمی در گرفتن سیگنال رادیویی ضعیف از ماهواره برای تعیین مکان دقیق، ناوبری و زمان کاربر دارد. بنابراین، گیرنده GNSS از باندهای فرکانسی متعددی استفاده می کند که مربوط به باندهای فرکانس رادیویی پایین و بالاتر (RF) ارسال شده توسط سیستم های ناوبری ماهواره ای مختلف در فضا است. باندهای فرکانسی و فرکانس های تحت پوشش گیرنده GNSS به شرح زیر خلاصه می شود:
محدوده فرکانس باندهای L1، E1 و B1 1559 مگاهرتز تا 1610 مگاهرتز است.
باندهای L2، E6، B3، L6 دارای محدوده فرکانسی 1217 مگاهرتز تا 1300 مگاهرتز هستند.
محدوده فرکانس باندهای L5، E5، B2 و L3 1164 مگاهرتز تا 1217 مگاهرتز است.
بنابراین، گیرنده GNSS از آنتن های پهن باند یا چند باند استفاده می کند و می تواند طیف وسیعی از فرکانس های مورد استفاده توسط شبکه های ماهواره ای فضایی مختلف را مدیریت کند. فرکانس چند باند می تواند دقت موقعیت و قابلیت اطمینان سیستم گیرنده GNSS را بهبود بخشد، خطا و تداخل سیگنال را کاهش دهد و عملکرد عالی آنتن GNSS را در محیط گسترده و شدید ارائه دهد.
آنتن پچ تو در تو چند باند
نیاز به راه حل های فشرده و مسطح در چند سال گذشته زیاد بوده است، زیرا سیستم گیرنده GPS اصلی از آنتن های بزرگ، حجیم و انباشته استفاده می کرد که فضای ارزشمندی را اشغال می کرد. به منظور برآورده کردن الزامات ماژولهای جلویی GNSS RF مدرن با راندمان بالا و هزینه کم، Tailas Limited یک فناوری آنتن برجسته را برای کاربردهای با دقت بسیار محدود طراحی و توسعه داده است. سری Inception HP5354 این شرکت. A یک آنتن پچ غیرفعال با فرکانس 1160 تا 1610 مگاهرتز است که برای بهبود دقت مکان، استحکام و قابلیت اطمینان طراحی شده است. این دستگاه از فناوری نوآورانه وصله آنتن تو در تو سرامیکی استفاده می کند و دو آنتن را در ابعاد کلی مشابه آنتن GPS تک باند تعبیه می کند (شکل 1). بنابراین، می تواند بهره قطبی بهینه شده را برای باندهای Beidou (B1/2a)، GPS/QZSS (L1/L5)، GLONASS (G1) و Galileo (E1/E5a) (از جمله IRNSS/NavIC (L5)) ارائه دهد. این همچنین سازگاری با برنامه های مختلف را در هر کجا که ممکن است تضمین می کند.
تصویر سری ورودی داگلاس کانال HP5354. یک آنتن
شکل 1: سری Inception HP5354. A یک آنتن وصله تو در تو تخت برای سیستم گیرنده GNSS است. منبع تصویر: Taglas Limited)
HP5354. یک آنتن بهینه شده برای عملکرد دو باند، یک آنتن فشرده و مسطح با ابعاد 35 در 35 میلی متر و ارتفاع 4 میلی متر است. از یک بسته سرامیکی 11 پین روی سطح با سه پایه برای گرفتن سیگنال های رادیویی متعامد در باندهای L1 و L5 استفاده می کند. دو پایه از این سه پایه برای دریافت سیگنال از باند فرکانسی L1 و پایه سوم برای دریافت سیگنال از باند فرکانسی L5 استفاده می شود. هشت پین باقی مانده به زمین متصل هستند.
به منظور به دست آوردن سیگنال های نسبت محوری بهینه و قطبش دایره ای سمت راست (RHCP) در خروجی، دو سیگنال تغذیه باند L1 با استفاده از جفت کننده هیبریدی توصیه شده HC125A ترکیب می شوند (شکل 2). HC125A بسته نصب سطحی مسطح (1.5 میلی متر ارتفاع) را با تلفات درج کم و دامنه خروجی متعادل، مناسب برای کاربرد GNSS چند باندی می پذیرد.
نمودار شماتیک ترکیب دو سیگنال تغذیه باند فرکانسی L1 با کوپلر هیبریدی توصیه شده
شکل 2: دو سیگنال تغذیه از باند L1 در کوپلر هیبریدی HC125A برای اطمینان از نسبت محوری بهینه در حین تولید سیگنالهای RHCP ترکیب شدهاند. منبع تصویر: Taglas Limited)
علاوه بر این، آنتن نقطه تغذیه دوگانه در افق 70 میلی متر در 70 میلی متر تنظیم و آزمایش شده است و یک نقشه رادیومتری عالی را نشان می دهد. علاوه بر این، پارامترهای کلیدی مرتبط با فرکانس را به طور کامل در دو باند مشخص می کند. این پارامترها شامل تلفات برگشتی، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR)، راندمان، بهره متوسط، بهره پیک، نسبت محوری، تغییر مرکز فاز، تغییرات مرکز فاز و تاخیر گروهی است.
آنتن نقطه تغذیه دوبل دارای شکل مسطح است که می تواند به طور گسترده در شرایطی استفاده شود که طرح سنتی وصله چند لایه بیش از حد سنگین و بلند است. برنامه های کاربردی توصیه شده عبارتند از ناوبری، ردیابی صنعتی، وسایل نقلیه خودران و روباتیک، و همچنین دستگاه های پوشیدنی، ردیاب دارایی های کوچک و کشاورزی دقیق.
ساخت لینک سیگنال RF جلویی
اگرچه آنتن GNSS چند بانده را می توان با GNSS جلویی کاربر ترکیب کرد، Talsignificantly طراحی پیوند سیگنال را با استفاده از ماژول جلویی TFM.100B GNSS که مخصوص آنتن پچ نقطه تغذیه چندگانه طراحی شده است، ساده می کند.
این ماژول از یک تقویت کننده دو سطحی کم نویز (LNA) با بهره بیشتر از 25 دسی بل در تمام باندهای فرکانسی و رقم نویز (NF) کمتر از 3 دسی بل تشکیل شده است. از یک فیلتر موج صوتی سطحی (SAW) برای ترکیب با LNA برای تشکیل یک توپولوژی SAW/LNA/SWAW/LNA استفاده میکند و به طور همزمان مسیرهای سیگنال باند فرکانس پایین و بالا را برای سرکوب تداخل غیرضروری خارج از باند (OOB) و جلوگیری از بارگذاری بیش از حد تقویتکننده یا گیرنده GNSS کم نویز پردازش میکند. فیلترهای SAW با دقت انتخاب شده و قرار داده شده در TFM.100B رد OOB عالی را ارائه میکنند و در عین حال نویز 3 دسیبل پایینی را حفظ میکنند. این دستگاه نصب روی سطح با قابلیت ادغام آسان، دارای ابعاد 20×18 میلی متر است و از یک منبع تغذیه 1.8 تا 5.5 VDC استفاده می کند. محدوده وسیع ولتاژ ورودی به ماژول جلویی اجازه می دهد تا به راحتی در اکثر گیرنده های GNSS ادغام شود.
به منظور کمک بیشتر به کاربر در درک ادغام کامل ماژول جلویی گیرنده GNSS، مهندس Taglas یک تابلوی ارزیابی AHPD5354A (شکل 3) را به عنوان طراحی مرجع مسیر سیگنال جلویی تهیه کرد. این برد ارزیابی از پیش تقویت کننده TFM.100B، کوپلر هیبریدی 3 دسی بل HC125A با کارایی بالا و HP5354 یکپارچه می شود. یک آنتن پچ چند بانده روی یک PCB.