Inspirados por la exitosa operación comercial del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en los Estados Unidos a fines de la década de 1980, muchos otros países del mundo también han desarrollado y lanzado sus propias versiones de GPS, conocidas colectivamente como Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). La tecnología GNSS ha evolucionado durante los últimos 25 años y ha desempeñado un papel fundamental en el mundo interconectado. Hoy en día, el GNSS incluye Galileo de la Unión Europea, GLONASS de Rusia, Beidou de China, IRNSS/NavIC de India y QZSS de Japón. En comparación con el receptor GPS tradicional que sólo utiliza el sistema satelital GPS, para trabajar con múltiples constelaciones de satélites, el sistema receptor GNSS utiliza frecuencia multibanda para obtener mayor precisión y confiabilidad.
La antena es un componente clave del receptor y desempeña un papel fundamental en la captura de la débil señal de radio del satélite para determinar la ubicación, la navegación y la hora precisas del usuario. Por lo tanto, el receptor GNSS utiliza múltiples bandas de frecuencia, que corresponden a las bandas de radiofrecuencia (RF) inferiores y superiores transmitidas por diferentes sistemas de navegación por satélite en el espacio. Las bandas de frecuencias y frecuencias cubiertas por el receptor GNSS se resumen a continuación:
El rango de frecuencia de las bandas L1, E1 y B1 es de 1559 MHz a 1610 MHz.
Las bandas L2, E6, B3, L6 tienen un rango de frecuencia de 1217 MHz a 1300 MHz
El rango de frecuencia de las bandas L5, E5, B2 y L3 es de 1164 MHz a 1217 MHz.
Por lo tanto, el receptor GNSS utiliza antenas de banda ancha o multibanda y puede manejar una variedad de rangos de frecuencia utilizados por varias redes de satélites espaciales. La frecuencia multibanda puede mejorar la precisión del posicionamiento y la confiabilidad del sistema receptor GNSS, reducir los errores de señal y las interferencias y proporcionar un excelente rendimiento de la antena GNSS en entornos amplios y severos.
Antena de parche anidada multibanda
La necesidad de soluciones compactas y planas ha sido alta en los últimos años, ya que el sistema receptor GPS original utilizaba antenas grandes, voluminosas y apiladas que ocupaban un espacio valioso. Para cumplir con los requisitos de los módulos frontales de RF GNSS modernos con alta eficiencia y bajo costo, Tailas Limited ha diseñado y desarrollado una excelente tecnología de antena para aplicaciones de precisión altamente restringidas. La serie Inception HP5354 de la empresa. A es una antena de parche pasiva multibanda de 1160 MHz a 1610 MHz diseñada para mejorar la precisión, robustez y confiabilidad de la ubicación. Utiliza una innovadora tecnología de antena de parche anidada de cerámica e incorpora dos antenas en las mismas dimensiones generales que la antena GPS de banda única (Figura 1). Por lo tanto, puede proporcionar una ganancia de polarización optimizada para las bandas Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) y Galileo (E1/E5a) (incluido IRNSS/NavIC (L5)). Esto también garantiza la compatibilidad con una variedad de aplicaciones siempre que sea posible.
Imagen de la serie de entrada HP5354 de Douglas Channel. una antena
Figura 1: Serie Inception HP5354. A es una antena de parche anidada plana para el sistema receptor GNSS. Fuente de la imagen: Taglas Limited)
HP5354. Una antena optimizada para el rendimiento de doble banda es una antena compacta y de forma plana con un tamaño de 35 mm x 35 mm y una altura de 4 mm. Utiliza un paquete cerámico de montaje superficial de 11 pines con tres pines para capturar señales de radio ortogonales en las bandas L1 y L5. Dos de estos tres pines se utilizan para recibir señales de la banda de frecuencia L1 y el tercer pin se utiliza para recibir señales de la banda de frecuencia L5. Los ocho pines restantes están conectados a tierra.
Para obtener una relación axial óptima y señales de polarización circular derecha (RHCP) en la salida, las dos señales de alimentación de la banda L1 se combinan utilizando el acoplador híbrido recomendado HC125A (Fig. 2). El HC125A adopta un paquete de montaje en superficie plano (1,5 mm de alto), con baja pérdida de inserción y amplitud de salida equilibrada, adecuado para aplicaciones GNSS multibanda.
Diagrama esquemático de combinación de dos señales de alimentación de la banda de frecuencia L1 con el acoplador híbrido recomendado
Figura 2: Las dos señales de alimentación de la banda L1 se combinan en el acoplador híbrido HC125A para garantizar una relación axial óptima mientras se generan señales RHCP. Fuente de la imagen: Taglas Limited)
Además, la antena de doble punto de alimentación ha sido sintonizada y probada en un horizonte de 70 mm x 70 mm y muestra un excelente mapa radiométrico. Además, caracteriza completamente los parámetros clave relacionados con la frecuencia en dos bandas. Estos parámetros incluyen pérdida de retorno, relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR), eficiencia, ganancia promedio, ganancia máxima, relación axial, desplazamiento del centro de fase, variación del centro de fase y retardo de grupo.
La antena de punto de doble alimentación tiene una forma plana, que puede usarse ampliamente en situaciones donde el diseño de parche laminado tradicional es demasiado pesado y alto. Las aplicaciones recomendadas incluyen navegación, seguimiento industrial, vehículos autónomos y robótica, así como dispositivos portátiles, rastreadores de pequeños activos y agricultura de precisión.
Construir un enlace de señal RF frontal
Aunque la antena GNSS multibanda se puede combinar con la interfaz GNSS del propio usuario, Tal simplifica significativamente el diseño del enlace de señal mediante el uso del módulo frontal GNSS TFM.100B especialmente diseñado para la antena de parche de punto de alimentación múltiple.
Este módulo consta de un amplificador de bajo ruido (LNA) de dos niveles con una ganancia superior a 25 dB en todas las bandas de frecuencia y un factor de ruido (NF) inferior a 3 dB. Utiliza un filtro de onda acústica de superficie (SAW) para combinar con el LNA para formar una topología SAW/LNA/SWAW/LNA y procesa simultáneamente rutas de señal de banda de baja y alta frecuencia para suprimir interferencias fuera de banda (OOB) innecesarias y evitar la sobrecarga del amplificador o receptor de bajo ruido GNSS. Los filtros SAW cuidadosamente seleccionados y colocados en el TFM.100B brindan un excelente rechazo OOB al tiempo que mantienen una figura de ruido baja de 3 dB. Este dispositivo de montaje en superficie, fácil de integrar, tiene un tamaño de 20 x 18 mm y utiliza una única fuente de alimentación de 1,8 a 5,5 VCC. El amplio rango de voltaje de entrada permite que el módulo frontal se integre fácilmente en la mayoría de los receptores GNSS.
Para ayudar aún más al usuario a comprender la integración del módulo frontal del receptor GNSS completo, el ingeniero de Taglas preparó una placa de evaluación AHPD5354A (Figura 3) como diseño de referencia de la ruta de la señal frontal. Esta placa de evaluación integra un preamplificador TFM.100B, un acoplador híbrido plano HC125A de 3 dB de alto rendimiento y HP5354. Una antena patch multibanda en una única PCB.