Από την ανάπτυξή του υπό την ηγεσία του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ (DoD) στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και επεκτάθηκε στη δεκαετία του 1980, ο ρόλος και η εφαρμογή του Global Positioning System (GPS) έχουν αυξηθεί εκθετικά. Το σύστημα αρχικά χρησιμοποιήθηκε μόνο για πλοήγηση και καθοδήγηση πυραύλων, αλλά τώρα έχει ενσωματωθεί στην παρακολούθηση και παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων, στην αυτόνομη οδήγηση σε αυτοκίνητα, στη γεωργία, στις φορητές συσκευές και σε πολλές άλλες τελικές χρήσεις που οι ιδρυτές του δεν φαντάζονταν ποτέ.
Μετά την επιτυχή ανάπτυξη του GPS στις Ηνωμένες Πολιτείες, άλλες χώρες και περιοχές έχουν επίσης αναπτύξει και λανσάρει αντίστοιχα συστήματα GPS, συλλογικά γνωστά ως Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Το GNSS περιλαμβάνει το ρωσικό GLONASS, το Galileo της Ευρωπαϊκής Ένωσης και το Beidou της Κίνας, καθώς και δύο περιφερειακά συστήματα GNSS: το QZSS της Ιαπωνίας και το IRNSS/NavIC της Ινδίας.
Αν και το αρχικό σύστημα δέκτη GPS ήταν ογκώδες και σχεδόν αδύνατο να χωρέσει σε πορτμπαγκάζ αυτοκινήτου, η σύγχρονη τεχνολογία έχει απλοποιήσει τον πυρήνα κινητήρα GNSS σε ένα ενιαίο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC). Ανεξάρτητα από τον τύπο του GNSS, όλα αυτά τα συστήματα απαιτούν μια βελτιστοποιημένη κεραία για τη λήψη εξαιρετικά αδύναμων σημάτων ραδιοσυχνοτήτων από δορυφορικές συστοιχίες GNSS. Καθώς το μέγεθος των δεκτών GNSS συρρικνώνεται και οι απαιτήσεις ισχύος μειώνονται, το μέγεθος των κεραιών πρέπει επίσης να μειωθεί αντίστοιχα.
Ωστόσο, αυτό είναι μια πρόκληση για δέκτες που πρέπει να χειρίζονται πολλαπλά συστήματα GNSS ή ζώνες συχνοτήτων. Ο δέκτης απαιτεί μια κεραία που μπορεί να χειριστεί τις χαμηλότερες και υψηλότερες ζώνες ραδιοσυχνοτήτων διαφορετικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται (Εικόνα 1).
Σχήμα 1: Επί του παρόντος, η κατανομή συχνοτήτων GNSS και οι ζώνες συχνοτήτων που σχεδιάζονται από διάφορα σε χρήση συστήματα έχουν τόσο αλληλοεπικαλυπτόμενη συνύπαρξη όσο και διασταυρούμενο διαχωρισμό. (Πηγή εικόνας: Taoglas Limited)
Η κατανομή των ζωνών και συχνοτήτων συχνοτήτων GNSS έχει ως εξής:
1559 έως 1610 megahertz (MHz), γνωστή ως ζώνη συχνοτήτων L1, E1, B1
1215 έως 1300 MHz, που αναφέρονται ως ζώνες συχνοτήτων L2, E6, B3, L6
1164 έως 1215 MHz, γνωστές ως ζώνες συχνοτήτων L5, E5, B2, L3
Λάβετε υπόψη ότι η ζώνη L αναφέρεται στην περιοχή συχνοτήτων από 1525 έως 1559 MHz, εντός της οποίας διάφοροι δορυφόροι μεταδίδουν σήματα βαθμονόμησης.
Η ζήτηση για κεραίες ευρυζωνικών ή πολλαπλών ζωνών μπορεί να αναχθεί στην πρώιμη ασύρματη επικοινωνία στις αρχές του 20ου αιώνα, και υπήρχαν δύο κοινές μέθοδοι εκείνη την εποχή. Μια μέθοδος είναι η χρήση φυσικών "φίλτρων εγκοπής" ή φορτωμένων πηνίων για να προκαλέσει μια ενιαία κεραία στενής ζώνης να αντηχεί σε δύο διαφορετικές κεντρικές συχνότητες. Μια άλλη προσέγγιση είναι η χρήση μιας ενιαίας κεραίας σχεδιασμένης για ευρυζωνική απόδοση.
Και οι δύο αυτές λύσεις δεν είναι ιδανικές για κεραίες GNSS στα σημερινά σχέδια συμπαγών συστημάτων. Η μέθοδος φίλτρου εγκοπής απαιτεί σχετικά μεγάλους διακριτούς επαγωγείς και πυκνωτές, ενώ οι κεραίες ευρείας ζώνης μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τις κρίσιμες ιδιότητες απόδοσης, όπως το κέρδος και την απόδοση.
Καλύτερες μέθοδοι κεραίας
Τώρα μια καλύτερη λύση μπορεί να επιτευχθεί μέσω των κεραιών της σειράς Inception της Taoglas Limited. Για παράδειγμα, HP5354. Το A (Εικόνα 2) είναι μια κεραία παθητικής ενημερωμένης έκδοσης GNSS πολλαπλών ζωνών, 1160 έως 1610 MHz, σχεδιασμένη να βελτιώνει την ακρίβεια εντοπισμού θέσης. Αυτή η καινοτόμος κεραμική σύνθετη κεραία patch έχει βελτιστοποιήσει τα κέρδη για τις ζώνες συχνοτήτων Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) και Galileo (E1/E5a).
Εικόνα 2: HP5354. Η A είναι μια συμπαγής επίπεδη κεραία βελτιστοποιημένη για απόδοση GNSS διπλής ζώνης (L1 και L5). (Πηγή εικόνας: Taoglas Limited)
Μέγεθος HP5354. Το A είναι 35 × 35 χιλιοστά (mm) και το ύψος είναι 4 mm, το οποίο είναι πολύ κατάλληλο για συμπαγή και επίπεδα σχέδια. Το πακέτο 11 ακίδων χρησιμοποιεί τρεις ακίδες ως διεπαφή σήματος λήψης (δύο για τη ζώνη συχνοτήτων L1 και μία για τη ζώνη συχνοτήτων L5) και οι υπόλοιπες ακίδες χρησιμοποιούνται για γείωση.
Μετά από συντονισμό και επαλήθευση, το HP5354. Μια κεραία πολλαπλής τροφοδοσίας εξοπλισμένη με επίπεδο γείωσης 70 × 70 mm έχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά ακτινοβολίας. Αυτή η κεραία μπορεί να καλύψει τις ζώνες συχνοτήτων που απαιτούνται από το σύστημα GNSS νέας γενιάς L1/L5 και να χαρακτηρίσει πλήρως τις βασικές παραμέτρους που σχετίζονται με τη συχνότητα σε αυτές τις δύο ζώνες συχνοτήτων, όπως απώλεια επιστροφής, λόγο στάσιμου κύματος τάσης (VSWR), απόδοση ακτινοβολίας, μέσο κέρδος, κέρδος αιχμής, λόγος άξονα, μετατόπιση κέντρου φάσης, μετατόπιση κέντρου φάσης.
Χρήση Taoglas HP5354. Μια κεραία
Αν και το HP5354. Μια κεραία μπορεί να συνδυαστεί με μπροστινές μονάδες που παρέχονται από το χρήστη, η χρήση της μονάδας TFM.100A GNSS RF από την Taoglas απλοποιεί τη διαδικασία ανάπτυξης της υποκείμενης αλυσίδας σήματος. Αυτή η μονάδα υψηλής απόδοσης καλύπτει ζώνες διπλής συχνότητας L1/L5 και έχει σχεδιαστεί ειδικά για συστήματα κεραίας patch πολλαπλής τροφοδοσίας.
Το TFM.100A διαθέτει έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου δύο σταδίων (LNA) που μπορεί να παρέχει κέρδος άνω των 25 ντεσιμπέλ (dB) σε όλες τις ζώνες συχνοτήτων, ενώ το ποσοστό θορύβου είναι κάτω από 3 dB. Η μονάδα χρησιμοποιεί τοπολογία ακουστικών κυμάτων επιφάνειας (SAW)/LNA/SAW/LNA τόσο σε διαδρομές σήματος χαμηλής όσο και υψηλής συχνότητας για την αποφυγή περιττών παρεμβολών εκτός ζώνης (OOB) από την οδήγηση GNSS LNA ή δεκτών.
Το φίλτρο SAW στο TFM.100A έχει επιλεγεί προσεκτικά και έχει τοποθετηθεί ώστε να εκτελεί εξαιρετική καταστολή OOB διατηρώντας παράλληλα χαμηλό θόρυβο 3 dB. Αυτή η εύκολη στην ενσωμάτωση συσκευή επιφανειακής τοποθέτησης έχει διαστάσεις 20 × 18 mm και τροφοδοτείται από ένα μόνο τροφοδοτικό που κυμαίνεται από 1,8 έως 5,5 VDC.
Η Taoglas παρέχει επίσης έναν αντίστοιχο πίνακα αξιολόγησης AHPD5354A (Εικόνα 3), απλοποιώντας περαιτέρω την ενσωμάτωση του HP5354. Α με το πλήρες σύστημα. Η επιτροπή αξιολόγησης υιοθετεί τον προενισχυτή ραδιοσυχνοτήτων TFM.100A και τον προενισχυτή ραδιοσυχνοτήτων Taoglas HC125A, ο οποίος είναι ένας επίπεδος υβριδικός ζεύκτης 3 dB υψηλής απόδοσης, σχεδιασμένος για εφαρμογές GNSS πολλαπλών συχνοτήτων πολλαπλών τροφοδοσίας. HP5354. Τα A, TFM.100A και HC125A συνεργάζονται ως μια ολοκληρωμένη αλυσίδα σήματος.