Εμπνευσμένες από την επιτυχημένη εμπορική λειτουργία του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) στις Ηνωμένες Πολιτείες στα τέλη της δεκαετίας του 1980, πολλές άλλες χώρες στον κόσμο έχουν επίσης αναπτύξει και λανσάρει τις δικές τους εκδόσεις GPS, γνωστά συλλογικά ως Παγκόσμιο Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης (GNSS). Η τεχνολογία GNSS έχει εξελιχθεί τα τελευταία 25 χρόνια και έχει διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στον διασυνδεδεμένο κόσμο. Σήμερα, το GNSS περιλαμβάνει το Galileo της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το GLONASS της Ρωσίας, το Beidou της Κίνας, το IRNSS/NavIC της Ινδίας και το QZSS της Ιαπωνίας. Σε σύγκριση με τον παραδοσιακό δέκτη GPS που χρησιμοποιεί μόνο δορυφορικό σύστημα GPS, προκειμένου να λειτουργήσει με πολλαπλούς δορυφορικούς αστερισμούς, το σύστημα δέκτη GNSS χρησιμοποιεί συχνότητα πολλαπλών ζωνών για να αποκτήσει μεγαλύτερη ακρίβεια και αξιοπιστία.
Η κεραία είναι ένα βασικό στοιχείο του δέκτη και παίζει κρίσιμο ρόλο στη λήψη του ασθενούς ραδιοφωνικού σήματος από τον δορυφόρο για τον προσδιορισμό της ακριβούς τοποθεσίας, της πλοήγησης και του χρόνου του χρήστη. Επομένως, ο δέκτης GNSS χρησιμοποιεί πολλαπλές ζώνες συχνοτήτων, οι οποίες αντιστοιχούν στις χαμηλότερες και υψηλότερες ζώνες ραδιοσυχνοτήτων (RF) που μεταδίδονται από διαφορετικά συστήματα δορυφορικής πλοήγησης στο διάστημα. Οι ζώνες συχνοτήτων και οι συχνότητες που καλύπτονται από τον δέκτη GNSS συνοψίζονται ως εξής:
Το εύρος συχνοτήτων των ζωνών L1, E1 και B1 είναι 1559 MHz έως 1610 MHz
Οι ζώνες L2, E6, B3, L6 έχουν εύρος συχνοτήτων από 1217 MHz έως 1300 MHz
Το εύρος συχνοτήτων των ζωνών L5, E5, B2 και L3 είναι 1164 MHz έως 1217 MHz
Επομένως, ο δέκτης GNSS χρησιμοποιεί κεραίες ευρείας ζώνης ή πολλαπλών ζωνών και μπορεί να χειριστεί μια ποικιλία περιοχών συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται από διάφορα διαστημικά δορυφορικά δίκτυα. Η συχνότητα πολλαπλών ζωνών μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια τοποθέτησης και την αξιοπιστία του συστήματος δέκτη GNSS, να μειώσει τα σφάλματα και τις παρεμβολές σήματος και να παρέχει εξαιρετική απόδοση της κεραίας GNSS σε ευρύ και σοβαρό περιβάλλον.
Ένθετη κεραία patch πολλαπλών ζωνών
Η ανάγκη για συμπαγείς, επίπεδες λύσεις ήταν μεγάλη τα τελευταία χρόνια, καθώς το αρχικό σύστημα δέκτη GPS χρησιμοποιούσε μεγάλες, ογκώδεις, στοιβαγμένες κεραίες που καταλάμβαναν πολύτιμο χώρο. Προκειμένου να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις των σύγχρονων μπροστινών μονάδων GNSS RF με υψηλή απόδοση και χαμηλό κόστος, η Tailas Limited έχει σχεδιάσει και αναπτύξει μια εξαιρετική τεχνολογία κεραίας για εφαρμογές ακριβείας με υψηλούς περιορισμούς. Η σειρά Inception HP5354 της εταιρείας. Το A είναι μια παθητική ενημερωμένη έκδοση κεραίας πολλαπλών ζωνών, 1160 MHz έως 1610 MHz, σχεδιασμένη να βελτιώνει την ακρίβεια τοποθεσίας, την ευρωστία και την αξιοπιστία. Χρησιμοποιεί μια καινοτόμο τεχνολογία κεραμικής ένθετης patch κεραίας και ενσωματώνει δύο κεραίες στις ίδιες συνολικές διαστάσεις με την κεραία GPS μονής ζώνης (Εικόνα 1). Επομένως, μπορεί να παρέχει βελτιστοποιημένο κέρδος πόλωσης για ζώνες Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) και Galileo (E1/E5a) (συμπεριλαμβανομένου του IRNSS/NavIC (L5)). Αυτό εξασφαλίζει επίσης συμβατότητα με μια ποικιλία εφαρμογών όπου είναι δυνατόν.
Εικόνα της σειράς εισόδου του Douglas Channel HP5354. Μια κεραία
Εικόνα 1: Η σειρά Inception HP5354. Το A είναι μια επίπεδη ένθετη κεραία patch για το σύστημα δέκτη GNSS. Πηγή εικόνας:Taglas Limited)
HP5354. Μια βελτιστοποιημένη για απόδοση διπλής ζώνης είναι μια συμπαγής, επίπεδου σχήματος κεραία με μέγεθος 35 mm x 35 mm και ύψος 4 mm. Χρησιμοποιεί μια κεραμική συσκευασία επιφανειακής τοποθέτησης 11 ακίδων με τρεις ακίδες για τη λήψη ορθογώνιων ραδιοφωνικών σημάτων σε ζώνες L1 και L5. Δύο από αυτές τις τρεις ακίδες χρησιμοποιούνται για τη λήψη σημάτων από τη ζώνη συχνοτήτων L1 και η τρίτη ακίδα χρησιμοποιείται για τη λήψη σημάτων από τη ζώνη συχνοτήτων L5. Οι υπόλοιπες οκτώ ακίδες είναι γειωμένες.
Προκειμένου να ληφθούν βέλτιστα σήματα αξονικής αναλογίας και δεξιάς κυκλικής πόλωσης (RHCP) στην έξοδο, τα δύο σήματα τροφοδοσίας της ζώνης L1 συνδυάζονται χρησιμοποιώντας τον προτεινόμενο υβριδικό συζεύκτη HC125A (Εικ. 2). Το HC125A υιοθετεί επίπεδη (1,5 mm ύψος) πακέτο επιφανειακής τοποθέτησης, με χαμηλή απώλεια εισαγωγής και ισορροπημένο πλάτος εξόδου, κατάλληλο για εφαρμογή GNSS πολλαπλών ζωνών.
Σχηματικό διάγραμμα συνδυασμού δύο σημάτων τροφοδοσίας της ζώνης συχνοτήτων L1 με προτεινόμενο υβριδικό ζεύκτη
Εικόνα 2: Τα δύο σήματα τροφοδοσίας από τη ζώνη L1 συνδυάζονται στον υβριδικό συζεύκτη HC125A για να διασφαλιστεί η βέλτιστη αξονική αναλογία ενώ παράγονται σήματα RHCP. Πηγή εικόνας:Taglas Limited)
Επιπλέον, η κεραία σημείου διπλής τροφοδοσίας έχει συντονιστεί και δοκιμαστεί σε ορίζοντα 70 mm x 70 mm και δείχνει έναν εξαιρετικό ραδιομετρικό χάρτη. Επιπλέον, χαρακτηρίζει πλήρως βασικές παραμέτρους που σχετίζονται με τη συχνότητα σε δύο ζώνες. Αυτές οι παράμετροι περιλαμβάνουν απώλεια επιστροφής, λόγο στάσιμου κύματος τάσης (VSWR), απόδοση, μέσο κέρδος, κέρδος αιχμής, αξονικό λόγο, μετατόπιση κέντρου φάσης, διακύμανση κέντρου φάσης και καθυστέρηση ομάδας.
Η κεραία διπλού σημείου τροφοδοσίας έχει επίπεδο σχήμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε περιπτώσεις όπου ο παραδοσιακός σχεδιασμός πλαστικοποιημένου μπαλώματος είναι πολύ βαρύς και ψηλός. Οι προτεινόμενες εφαρμογές περιλαμβάνουν πλοήγηση, βιομηχανική παρακολούθηση, αυτόνομα οχήματα και ρομποτική, καθώς και φορητές συσκευές, ανιχνευτές μικρών περιουσιακών στοιχείων και γεωργία ακριβείας.
Δημιουργία μπροστινής σύνδεσης σήματος RF
Παρόλο που η κεραία GNSS πολλαπλών ζωνών μπορεί να συνδυαστεί με τη μπροστινή πλευρά GNSS του χρήστη, το Talsignificantly απλοποιεί τη σχεδίαση της σύνδεσης σήματος χρησιμοποιώντας τη μπροστινή μονάδα TFM.100B GNSS που έχει σχεδιαστεί ειδικά για την κεραία ενημέρωσης σημείων πολλαπλής τροφοδοσίας.
Αυτή η μονάδα αποτελείται από έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου δύο επιπέδων (LNA) με κέρδος άνω των 25 dB σε όλες τις ζώνες συχνοτήτων και ψηφίο θορύβου (NF) μικρότερο από 3 dB. Χρησιμοποιεί ένα φίλτρο επιφανειακών ακουστικών κυμάτων (SAW) για να συνδυαστεί με το LNA για να σχηματίσει μια τοπολογία SAW/LNA/SWAW/LNA και ταυτόχρονα επεξεργάζεται διαδρομές σήματος ζώνης χαμηλής και υψηλής συχνότητας για να καταστείλει περιττές παρεμβολές εκτός ζώνης (OOB) και να αποτρέψει την υπερφόρτωση του ενισχυτή χαμηλού θορύβου GNSS ή του δέκτη. Τα προσεκτικά επιλεγμένα και τοποθετημένα φίλτρα SAW στο TFM.100B παρέχουν εξαιρετική απόρριψη OOB διατηρώντας παράλληλα χαμηλό θόρυβο 3 dB. Αυτή η εύκολη στην ενσωμάτωση συσκευή επιφανειακής τοποθέτησης έχει μέγεθος 20 x 18 mm και χρησιμοποιεί ένα μόνο τροφοδοτικό 1,8 έως 5,5 VDC. Το μεγάλο εύρος τάσης εισόδου επιτρέπει στην μπροστινή μονάδα να ενσωματώνεται εύκολα στους περισσότερους δέκτες GNSS.
Προκειμένου να βοηθήσει περαιτέρω τον χρήστη να κατανοήσει την ενσωμάτωση της πλήρους μπροστινής μονάδας δέκτη GNSS, ο μηχανικός της Taglas ετοίμασε έναν πίνακα αξιολόγησης AHPD5354A (Εικόνα 3) ως το σχέδιο αναφοράς της διαδρομής σήματος στο μπροστινό μέρος. Αυτή η πλακέτα αξιολόγησης ενσωματώνει προενισχυτή TFM.100B, επίπεδο υβριδικό ζεύκτη υψηλής απόδοσης HC125A 3 dB και HP5354. Μια κεραία ενημέρωσης κώδικα πολλαπλών ζωνών σε ένα μόνο PCB.