A finales de la década de 1980, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) fue puesto con éxito en operación comercial en los Estados Unidos.Muchos otros países del mundo también desarrollaron y lanzaron sus propias versiones de GPSEn los últimos 25 años, la tecnología GNSS se ha desarrollado continuamente y ha desempeñado un papel crucial en el mundo interconectado.El GNSS incluye Galileo de la Unión Europea, GLONASS de Rusia, Beidou de China, IRNSS/NavIC de la India y QZSS de Japón.Los sistemas de receptores GNSS utilizan múltiples bandas de frecuencia para trabajar en coordinación con múltiples constelaciones de satélites, logrando una mayor precisión y fiabilidad.
La antena es un componente clave del receptor, desempeñando un papel crucial en la captura de las débiles señales de radio emitidas por los satélites para determinar la ubicación precisa, la navegación y el tiempo del usuario.Por lo tanto, los receptores GNSS deben utilizar múltiples bandas de frecuencia, que corresponden a las bandas de radio frecuencia (RF) más bajas y más altas transmitidas por diferentes sistemas de navegación por satélite en el espacio.Las bandas de frecuencia y las frecuencias cubiertas por los receptores GNSS se resumen como sigue::
El rango de frecuencia de las bandas de frecuencia L1, E1 y B1 es de 1559 MHz a 1610 MHz.
El rango de frecuencias de las bandas de frecuencias L2, E6, B3 y L6 es de 1217 MHz a 1300 MHz
El rango de frecuencia de las bandas de frecuencia L5, E5, B2 y L3 es de 1164 MHz a 1217 MHz.
Por lo tanto, los receptores GNSS utilizan antenas de banda ancha o multibanda que pueden manejar varios rangos de frecuencia utilizados por varias redes de satélites espaciales.El uso de frecuencias de múltiples bandas puede mejorar la precisión y fiabilidad del posicionamiento de los sistemas de recepción GNSS, reducir los errores de señal y las interferencias, y permitir que las antenas GNSS ofrezcan un excelente rendimiento en ambientes amplios y adversos.
Antenna de parche anidado de banda múltiple
Debido al uso de antenas apiladas grandes y voluminosas en los sistemas de receptores GPS iniciales, que ocupaban un espacio valioso, ha habido una gran demanda de soluciones compactas y planas en los últimos años.Con el fin de satisfacer de manera eficiente y rentable los requisitos de los modernos módulos de GNSS RF front-end, Taoglas Limited ha diseñado y desarrollado una excelente tecnología de antena para aplicaciones altamente restringidas y precisas.A es una antena de parche pasivo con múltiples bandas de frecuencia que van desde 1160 MHz hasta 1610 MHz, diseñado para mejorar la precisión de posicionamiento, robustez y fiabilidad.la inclusión de dos antenas dentro de las mismas dimensiones externas que la antena GPS de una sola frecuencia (figura 1)Por lo tanto, puede garantizar una ganancia de polarización optimizada para las bandas de frecuencia Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) y Galileo (E1/E5a) (incluyendo IRNSS/NavIC (L5).Esto también garantiza la compatibilidad con varias aplicaciones en cualquier lugar.
Imagen del HP5354. Una antena en la serie de nivel de entrada de Tao Glass Co., Ltd.
Figura 1: Serie de inicio HP5354. A es una antena de parche anidado plano utilizada para sistemas de receptores GNSS. (Fuente de imagen: Taoglas Limited)
HP5354. A ha sido optimizado para el rendimiento de banda doble y es una antena compacta y plana con dimensiones de 35 mm x 35 mm y una altura de 4 mm. Cuenta con un paquete cerámico de montaje de superficie de 11 pines,con tres pines utilizados para captar señales de radio ortogonales en las bandas de frecuencia L1 y L5Dos de estos tres pines se utilizan para recibir señales en la banda de frecuencia L1, y el tercer pin se utiliza para recibir señales en la banda de frecuencia L5.
Con el fin de obtener la relación axial óptima y la señal circularmente polarizada (RHCP) a la derecha en el extremo de salida,las dos señales de entrada en la banda de frecuencia L1 se combinan utilizando el acoplador híbrido recomendado HC125A (figura 2). El HC125A adopta un paquete de montaje de superficie plana (1,5 mm de altura), con baja pérdida de inserción y amplitud de salida equilibrada, adecuado para aplicaciones GNSS de banda múltiple.
Diagrama esquemático del uso del acoplador híbrido recomendado para combinar dos señales de entrada en la banda de frecuencia L1
Figura 2: Dos señales de entrada de la banda de frecuencia L1 se combinan en el acoplador híbrido HC125A para garantizar una relación de eje óptima mientras se genera la señal RHCP. (Fuente de imagen: Taoglas Limited)
Además, la antena puntual de doble alimentación ha sido afinada y probada en un plano de tierra de 70 mm x 70 mm, y ha mostrado excelentes patrones de radiación.Caracteriza de manera exhaustiva los parámetros clave relacionados con la frecuencia en dos bandas de frecuencia.Estos parámetros incluyen pérdida de retorno, relación de onda de tensión en pie (VSWR), eficiencia, ganancia promedio, ganancia de pico, relación axial, desplazamiento del centro de fase, variación del centro de fase y retraso del grupo.
La doble antena de punto de alimentación tiene una forma plana y se puede utilizar ampliamente en situaciones en las que los diseños tradicionales de parches apilados son demasiado voluminosos y altos.seguimiento industrial, vehículos autónomos y robótica, así como dispositivos portátiles, rastreadores de pequeños activos y agricultura de precisión.
Construcción de una cadena de señales RF front-end
Aunque la antena GNSS de banda múltiple puede combinarse con el propio front-end GNSS del usuario, Taoglas simplifica significativamente el diseño de la cadena de señales mediante el uso del TFM.Módulo front-end 100A GNSS diseñado específicamente para antenas de parche de puntos de alimentación múltiples.
Este módulo incluye un amplificador de bajo ruido (LNA) de dos etapas con una ganancia superior a 25 decibelios (dB) en todas las bandas de frecuencia y una cifra de ruido (NF) inferior a 3 dB.Utiliza un filtro de onda acústica de superficie (SAW) combinado con el LNA para formar una topología SAW/LNA/SAW/LNA, mientras se procesan las vías de señales de baja y alta frecuencia para suprimir las interferencias innecesarias fuera de banda (OOB) y evitar la sobrecarga de los amplificadores o receptores GNSS de bajo ruido.El filtro SAW en TFM.100A ha sido cuidadosamente seleccionado y colocado para realizar una excelente supresión de OOB manteniendo una baja cifra de ruido de 3 dB.Este dispositivo de montaje de superficie fácil de integrar mide 20 × 18 mm y es alimentado por una fuente de alimentación única que va desde 1.8 a 5.5 VDC. El amplio rango de voltaje de entrada permite que el módulo front-end se integre fácilmente en la mayoría de los receptores GNSS.