در اواخر دهه ۱۹۸۰، سیستم موقعیت مکانی جهانی (GPS) با موفقیت در ایالات متحده به کار گرفته شد.بسیاری از کشورهای دیگر در جهان نیز نسخه های خود از GPS را توسعه داده و راه اندازی کرده انددر طول 25 سال گذشته، فناوری GNSS به طور مداوم توسعه یافته و نقش مهمی در جهان متصل به هم ایفا کرده است. امروزه،GNSS شامل گالیلو از اتحادیه اروپا است، GLONASS از روسیه، Beidou از چین، IRNSS / NavIC از هند و QZSS از ژاپن. در مقایسه با گیرنده های سنتی GPS که فقط از سیستم های ماهواره ای GPS استفاده می کنند،سیستم های گیرنده GNSS از باند های فرکانس متعدد برای کار در هماهنگی با چند ستاره ماهواره ای استفاده می کنند، به دست آوردن دقت و قابلیت اطمینان بیشتر.
آنتن یکی از اجزای کلیدی گیرنده است و نقش مهمی در ضبط سیگنال های رادیویی ضعیف منتشر شده توسط ماهواره ها برای تعیین مکان دقیق، ناوبری و زمان کاربر دارد.بنابراین، گیرنده های GNSS نیاز به استفاده از باند های فرکانسی متعدد دارند که با باند های فرکانس رادیویی پایین تر و بالاتر (RF) که توسط سیستم های ناوبری ماهواره ای مختلف در فضا منتقل می شوند، مطابقت دارند.باند های فرکانسی و فرکانس های پوشش داده شده توسط گیرنده های GNSS به شرح زیر خلاصه شده اند::
محدوده فرکانس باند های L1، E1 و B1 1559 تا 1610 مگاهرتز است.
محدوده فرکانس باند های L2، E6، B3 و L6 1217 MHz تا 1300 MHz است.
محدوده فرکانس باند های L5، E5، B2 و L3 1164 تا 1217 مگاهرتز است.
بنابراین، گیرنده های GNSS از آنتن های پهن باند یا چند باند استفاده می کنند که می توانند طیف فرکانسی متعدد را که توسط شبکه های مختلف ماهواره ای فضایی استفاده می شود، اداره کنند.استفاده از فرکانس های چند باند می تواند دقت موقعیت و قابلیت اطمینان سیستم های گیرنده GNSS را بهبود بخشد، خطاهای سیگنال و تداخل را کاهش می دهد و آنتن های GNSS را قادر می سازد تا عملکرد عالی را در محیط های گسترده و خشن ارائه دهند.
آنتن پیچ چند باند
به دلیل استفاده از آنتن های بزرگ و سنگین در سیستم های گیرنده GPS اولیه، که فضای ارزشمندی را اشغال می کردند، در سال های اخیر تقاضای زیادی برای راه حل های جمع و جور و مسطح وجود داشته است.به منظور پاسخگویی موثر و مقرون به صرفه به الزامات ماژول های پیشرفته GNSS RF، Taoglas محدود طراحی و توسعه یک فن آوری آنتن عالی برای برنامه های کاربردی بسیار محدود و دقیق. سری آغاز شرکت HP5354.A یک آنتن پیچ منفعل با چند باند فرکانس از 1160 MHz تا 1610 MHz است، طراحی شده برای بهبود دقت موقعیت، پایداری و قابلیت اطمینان. این فناوری نوآورانه آنتن پیچ سرامیکی را اتخاذ می کند،قرار دادن دو آنتن در همان ابعاد خارجی آنتن GPS تک فرکانس (شکل 1)بنابراین، می تواند سود قطبی بهینه برای باند فرکانس های Beidou (B1/B2a) ، GPS/QZSS (L1/L5) ، GLONASS (G1) و Galileo (E1/E5a) (از جمله IRNSS/NavIC (L5)) را تضمین کند.این همچنین اطمینان از سازگاری با برنامه های مختلف در هر مکان.
تصویر HP5354 یک آنتن در سری ورودی از تاو شیشه شرکت لمیتد
شکل 1: سری آغاز HP5354. A یک آنتن پچ تخت است که برای سیستم های گیرنده GNSS استفاده می شود. (منبع تصویر: Taoglas Limited)
HP5354 A برای عملکرد دو باند بهینه شده است و یک آنتن فشرده و مسطح با ابعاد 35 میلی متر × 35 میلی متر و ارتفاع 4 میلی متر است.با سه پین که برای گرفتن سیگنال های رادیویی ارتگونال در باند های فرکانس L1 و L5 استفاده می شوددو تا از این سه پین برای دریافت سیگنال ها در باند فرکانس L1 استفاده می شود و پین سوم برای دریافت سیگنال ها در باند فرکانس L5 استفاده می شود. هشت پین باقی مانده زمین هستند.
برای به دست آوردن نسبت محوری بهینه و سیگنال قطب گردی راست دست (RHCP) در انتهای خروجی،دو سیگنال ورودی در باند فرکانس L1 با استفاده از کوپلر هیبریدی توصیه شده HC125A ترکیب می شوند (شکل 2)HC125A یک بسته نصب سطح مسطح (1.5 میلی متر) را با از دست دادن ورودی کم و دامنه خروجی متعادل، مناسب برای برنامه های کاربردی GNSS چند باند، اتخاذ می کند.
نمودار طرحی از استفاده از کوپلر هیبریدی توصیه شده برای ترکیب دو سیگنال ورودی در باند فرکانس L1
شکل 2: دو سیگنال ورودی از باند فرکانس L1 در کوپلر هیبریدی HC125A ترکیب شده است تا نسبت محور مطلوب را در هنگام تولید سیگنال RHCP تضمین کند. (منبع تصویر: Taoglas Limited)
علاوه بر این، آنتن نقطه ای که دو بار تغذیه می شود، بر روی یک صفحه زمین 70 میلی متر × 70 میلی متر تنظیم و آزمایش شده است و الگوهای تابش عالی را نشان داده است.این به طور جامع پارامترهای کلیدی مربوط به فرکانس را در دو باند فرکانس مشخص می کند.این پارامترها شامل از دست دادن بازگشت، نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) ، بهره وری، متوسط افزایش، افزایش اوج، نسبت محوری، تغییر مرکز فاز، تغییرات مرکز فاز و تاخیر گروه است.
آنتن نقطه تغذیه دوگانه دارای شکل مسطح است و می تواند به طور گسترده ای در شرایطی استفاده شود که طراحی های سنتی بسته بندی شده بسیار بزرگ و بلند هستند. کاربردهای توصیه شده شامل ناوبری،ردیابی صنعتی، خودروهای مستقل و رباتیک، و همچنین دستگاه های پوشیدنی، ردیاب دارایی های کوچک و کشاورزی دقیق.
ساخت یک زنجیره سیگنال RF
اگرچه آنتن چند باند GNSS را می توان با فرنت اِند GNSS خود کاربر ترکیب کرد، Taoglas طراحی زنجیره سیگنال را با استفاده از TFM به طور قابل توجهی ساده می کند.100A ماژول جلو GNSS طراحی شده به طور خاص برای آنتن های پیچ چند نقطه تغذیه.
این ماژول شامل یک تقویت کننده کم سر و صدا (LNA) دو مرحله ای با افزایش بیش از 25 دسیبل (dB) در تمام باند های فرکانس و یک رقم سر و صدا (NF) کمتر از 3 dB است.از فیلتر امواج صوتی سطحی (SAW) در ترکیب با LNA برای تشکیل توپولوژی SAW / LNA / SAW / LNA استفاده می کند، در حالی که مسیرهای سیگنال فرکانس پایین و فرکانس بالا را پردازش می کند تا تداخلات غیر ضروری خارج از باند (OOB) را سرکوب کند و از بیش از حد بارگذاری تقویت کننده ها یا گیرنده های کم سر و صدا GNSS جلوگیری کند.فیلتر SAW در TFM.100A با دقت انتخاب شده و قرار داده شده است تا با حفظ یک مقدار کم سر و صدا 3 دی سی بی، سرکوب OOB را انجام دهد.این آسان برای ادغام سطح نصب دستگاه اندازه 20 × 18 میلی متر و توسط یک منبع تغذیه واحد از 1.8 تا 5.5 VDC. محدوده ولتاژ ورودی وسیع ماژول جلوی را قادر می سازد که به راحتی در اکثر گیرنده های GNSS ادغام شود.