Desde su desarrollo bajo el liderazgo del Departamento de Defensa de Estados Unidos (DoD) a finales de los años 1970 y extendido hasta los años 1980, el papel y la aplicación del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) han crecido exponencialmente. Inicialmente, el sistema solo se usaba para navegación y guía de misiles, pero ahora se ha integrado en el seguimiento y monitoreo de activos, la conducción autónoma en automóviles, la agricultura, los dispositivos portátiles y muchos otros usos finales que sus fundadores nunca imaginaron.
Después del exitoso despliegue del GPS en los Estados Unidos, otros países y regiones también han desarrollado y lanzado los sistemas GPS correspondientes, conocidos colectivamente como Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS). El GNSS incluye el GLONASS de Rusia, el Galileo de la Unión Europea y el Beidou de China, así como dos sistemas GNSS regionales: el QZSS del Japón y el IRNSS/NavIC de la India.
Aunque el sistema receptor GPS inicial era voluminoso y casi imposible de caber en el maletero de un automóvil, la tecnología moderna ha simplificado el motor central GNSS en un solo circuito integrado (IC). Independientemente del tipo de GNSS, todos estos sistemas requieren una antena optimizada para recibir señales de RF ultradébiles de conjuntos de satélites GNSS. A medida que el tamaño de los receptores GNSS se reduce y los requisitos de energía disminuyen, el tamaño de las antenas también debe reducirse en consecuencia.
Sin embargo, esto es un desafío para los receptores que deben manejar múltiples sistemas GNSS o bandas de frecuencia. El receptor requiere una antena que pueda manejar las bandas de RF más bajas y más altas de los diferentes sistemas utilizados (Figura 1).
Figura 1: Actualmente, la asignación de frecuencias GNSS y las bandas de frecuencia planificadas por varios sistemas en uso tienen coexistencia superpuesta y separación cruzada. (Fuente de la imagen: Taoglas Limited)
La asignación de bandas de frecuencias y frecuencias GNSS es la siguiente:
1559 a 1610 megahercios (MHz), conocida como banda de frecuencia L1, E1, B1
1215 a 1300 MHz, denominadas bandas de frecuencia L2, E6, B3, L6
1164 a 1215 MHz, conocidas como bandas de frecuencia L5, E5, B2, L3
Tenga en cuenta que la banda L se refiere al rango de frecuencia de 1525 a 1559 MHz, dentro del cual varios satélites transmiten señales de calibración.
La demanda de antenas de banda ancha o multibanda se remonta a las primeras comunicaciones inalámbricas a principios del siglo XX, y en ese momento había dos métodos comunes. Un método consiste en utilizar "filtros de muesca" físicos o bobinas cargadas para hacer que una única antena de banda estrecha resuene en dos frecuencias centrales diferentes. Otro enfoque es utilizar una única antena diseñada para rendimiento de banda ancha.
Ambas soluciones no son ideales para antenas GNSS en los diseños de sistemas compactos actuales. El método de filtro de muesca requiere inductores y condensadores discretos relativamente grandes, mientras que las antenas de banda ancha pueden comprometer propiedades críticas de rendimiento, como la ganancia y la eficiencia.
Mejores métodos de antena
Ahora se puede lograr una mejor solución a través de las antenas de la serie Inception de Taoglas Limited. Por ejemplo, HP5354. A (Figura 2) es una antena de parche GNSS pasiva multibanda de 1160 a 1610 MHz diseñada para mejorar la precisión del posicionamiento. Esta innovadora antena de parche compuesta con base cerámica tiene ganancias optimizadas para las bandas de frecuencia Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) y Galileo (E1/E5a).
Figura 2: HP5354. A es una antena plana compacta optimizada para rendimiento GNSS de doble banda (L1 y L5). (Fuente de la imagen: Taoglas Limited)
El tamaño de HP5354. A mide 35 × 35 milímetros (mm) y la altura es de 4 mm, lo que resulta muy adecuado para diseños compactos y planos. El paquete de 11 pines utiliza tres pines como interfaz de recepción de señal (dos para la banda de frecuencia L1 y uno para la banda de frecuencia L5), y los pines restantes se usan para conexión a tierra.
Después del ajuste y la verificación, el HP5354. Una antena de alimentación múltiple equipada con un plano de puesta a tierra de 70 × 70 mm tiene excelentes características de radiación. Esta antena puede cubrir las bandas de frecuencia requeridas por el sistema GNSS L1/L5 de nueva generación y caracterizar completamente los parámetros clave relacionados con la frecuencia en estas dos bandas de frecuencia, incluida la pérdida de retorno, la relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR), la eficiencia de radiación, la ganancia promedio, la ganancia máxima, la relación de eje, el desplazamiento del centro de fase, la deriva del centro de fase y el retardo de grupo.
Utilizando Taoglas HP5354. una antena
Aunque el HP5354. Se puede emparejar una antena con módulos frontales proporcionados por el usuario; el uso por parte de Taoglas del módulo RF GNSS TFM.100A simplifica el proceso de desarrollo de la cadena de señal subyacente. Este módulo de alto rendimiento cubre bandas de frecuencia dual L1/L5 y está diseñado específicamente para sistemas de antenas de parche de alimentación múltiple.
TFM.100A tiene un amplificador de bajo ruido (LNA) de dos etapas que puede proporcionar una ganancia de más de 25 decibelios (dB) en todas las bandas de frecuencia, mientras que la figura de ruido es inferior a 3 dB. El módulo utiliza topología de onda acústica de superficie (SAW)/LNA/SAW/LNA en rutas de señal de baja y alta frecuencia para evitar interferencias innecesarias fuera de banda (OOB) causadas por la sobreexcitación de receptores o LNA GNSS.
El filtro SAW en TFM.100A ha sido cuidadosamente seleccionado y colocado para realizar una excelente supresión OOB manteniendo una figura de ruido baja de 3 dB. Este dispositivo de montaje en superficie fácil de integrar mide 20 × 18 mm y funciona con una única fuente de alimentación que oscila entre 1,8 y 5,5 VCC.
Taoglas también proporciona una placa de evaluación AHPD5354A correspondiente (Figura 3), lo que simplifica aún más la integración de HP5354. A con el sistema completo. La placa de evaluación adopta el preamplificador RF TFM.100A y Taoglas HC125A, que es un acoplador híbrido plano de 3 dB de alto rendimiento diseñado para aplicaciones GNSS de múltiples frecuencias y alimentación múltiple. HP5354. A, TFM.100A y HC125A funcionan juntos como una cadena de señal integrada.