Küresel Konumlandırma Sisteminin (GPS) 1980'lerin sonlarında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki başarılı ticari işleyişinden ilham alan dünyadaki diğer birçok ülke de, toplu olarak Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) olarak bilinen kendi GPS versiyonlarını geliştirip piyasaya sürdü. GNSS teknolojisi son 25 yılda gelişti ve birbirine bağlı dünyada kritik bir rol oynadı. Bugün GNSS, Avrupa Birliği Galileo'yu, Rusya'nın GLONASS'ını, Çin'in Beidou'sunu, Hindistan'ın IRNSS/NavIC'sini ve Japonya'nın QZSS'sini içermektedir. Yalnızca GPS uydu sistemini kullanan geleneksel GPS alıcısıyla karşılaştırıldığında, çoklu uydu takımyıldızlarıyla çalışmak amacıyla GNSS alıcı sistemi, daha yüksek doğruluk ve güvenilirlik elde etmek için çok bantlı frekansı kullanır.
Anten, alıcının önemli bir bileşenidir ve kullanıcının kesin konumunu, navigasyonunu ve zamanını belirlemek için uydudan gelen zayıf radyo sinyalini yakalamada kritik bir rol oynar. Bu nedenle GNSS alıcısı, uzaydaki farklı uydu navigasyon sistemleri tarafından iletilen düşük ve yüksek radyo frekansı (RF) bantlarına karşılık gelen çoklu frekans bantlarını kullanır. GNSS alıcısının kapsadığı frekans bantları ve frekanslar şu şekilde özetlenmiştir:
L1, E1 ve B1 bantlarının frekans aralığı 1559 MHz ila 1610 MHz'dir
L2, E6, B3, L6 bantları 1217 MHz ila 1300 MHz frekans aralığına sahiptir
L5, E5, B2 ve L3 bantlarının frekans aralığı 1164 MHz ila 1217 MHz'dir
Bu nedenle, GNSS alıcısı geniş bantlı veya çok bantlı antenler kullanır ve çeşitli uzay uydu ağları tarafından kullanılan çeşitli frekans aralıklarını işleyebilir. Çok bantlı frekans, GNSS alıcı sisteminin konumlandırma doğruluğunu ve güvenilirliğini artırabilir, sinyal hatasını ve paraziti azaltabilir ve geniş ve zorlu ortamlarda GNSS anteninin mükemmel performansını sağlayabilir.
Çok bantlı iç içe yama anteni
Orijinal GPS alıcı sistemi değerli yer kaplayan büyük, hantal, istiflenmiş antenler kullandığından, son birkaç yıldır kompakt, düz çözümlere olan ihtiyaç oldukça yüksekti. Modern GNSS RF ön uç modüllerinin gereksinimlerini yüksek verimlilik ve düşük maliyetle karşılamak amacıyla Tailas Limited, son derece kısıtlı hassas uygulamalara yönelik olağanüstü bir anten teknolojisi tasarladı ve geliştirdi. Şirketin Inception serisi HP5354. A, konum doğruluğunu, sağlamlığını ve güvenilirliğini artırmak için tasarlanmış, 1160 MHz - 1610 MHz arasında çok bantlı bir pasif yama antenidir. Yenilikçi bir seramik iç içe yama anten teknolojisi kullanır ve tek bantlı GPS anteniyle aynı genel boyutlara iki anten yerleştirir (Şekil 1). Bu nedenle Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) ve Galileo (E1/E5a) bantları (IRNSS/NavIC (L5) dahil) için optimize edilmiş polarizasyon kazancı sağlayabilir. Bu aynı zamanda mümkün olan her yerde çeşitli uygulamalarla uyumluluğu da sağlar.
Douglas Kanalı giriş serisi HP5354'ün görüntüsü. Bir anten
Şekil 1: Başlangıç Serisi HP5354. A, GNSS alıcı sistemi için düz yuvalanmış bir yama antenidir. Resim Kaynağı: Taglas Limited)
HP5354. Çift bant performansı için optimize edilmiş, 35 mm x 35 mm boyutunda ve 4 mm yüksekliğinde kompakt, düz şekilli bir antendir. L1 ve L5 bantlarında ortogonal radyo sinyallerini yakalamak için üç pimli 11 pimli yüzeye monte seramik paketi kullanır. Bu üç pinden ikisi L1 frekans bandından sinyal almak için, üçüncü pin ise L5 frekans bandından sinyal almak için kullanılır. Kalan sekiz pin topraklanmıştır.
Çıkışta optimum eksenel oran ve sağ dairesel polarizasyon (RHCP) sinyallerini elde etmek için L1 bandının iki besleme sinyali, önerilen hibrit kuplör HC125A kullanılarak birleştirilir (Şekil 2). HC125A, çok bantlı GNSS uygulamasına uygun, düşük ekleme kaybı ve dengeli çıkış genliği ile düz (1,5 mm yüksekliğinde) yüzeye montaj paketini benimser.
L1 frekans bandındaki iki besleme sinyalini önerilen hibrit kuplörle birleştirmenin şematik diyagramı
Şekil 2: L1 bandından gelen iki besleme sinyali, RHCP sinyalleri üretilirken optimum eksenel oranın sağlanması için HC125A hibrit bağlayıcıda birleştirilir. Resim Kaynağı: Taglas Limited)
Ayrıca çift besleme noktalı anten 70 mm x 70 mm ufukta ayarlanıp test edilmiştir ve mükemmel bir radyometrik harita göstermektedir. Ek olarak, frekansla ilgili anahtar parametreleri iki bantta tam olarak karakterize eder. Bu parametreler arasında geri dönüş kaybı, gerilim duran dalga oranı (VSWR), verimlilik, ortalama kazanç, tepe kazancı, eksenel oran, faz merkezi kayması, faz merkezi değişimi ve grup gecikmesi bulunur.
Çift besleme noktalı anten, geleneksel lamine yama tasarımının çok ağır ve uzun olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılabilen düz bir şekle sahiptir. Önerilen uygulamalar arasında navigasyon, endüstriyel takip, otonom araçlar ve robot teknolojisinin yanı sıra giyilebilir cihazlar, küçük varlık takip cihazları ve hassas tarım yer alıyor.
Ön uç RF sinyal bağlantısı oluşturun
Çok bantlı GNSS anteni kullanıcının kendi GNSS ön ucuyla birleştirilebilmesine rağmen Tal, çoklu besleme noktalı yama anteni için özel olarak tasarlanmış TFM.100B GNSS ön uç modülünü kullanarak sinyal hattı tasarımını önemli ölçüde basitleştirir.
Bu modül, tüm frekans bantlarında kazancı 25 dB'den fazla ve gürültü değeri (NF) 3 dB'den düşük olan iki seviyeli bir düşük gürültülü amplifikatörden (LNA) oluşur. Bir SAW/LNA/SWAW/LNA topolojisi oluşturmak üzere LNA ile birleştirmek için bir yüzey akustik dalga (SAW) filtresi kullanır ve gereksiz bant dışı (OOB) girişimi bastırmak ve GNSS düşük gürültülü amplifikatörün veya alıcının aşırı yüklenmesini önlemek için aynı anda düşük ve yüksek frekanslı bant sinyal yollarını işler. TFM.100B'deki özenle seçilmiş ve yerleştirilmiş SAW filtreleri, 3 dB'lik düşük gürültü rakamını korurken mükemmel OOB reddi sağlar. Bu entegrasyonu kolay, yüzeye monte cihaz 20 x 18 mm boyutundadır ve 1,8 ila 5,5 VDC'lik tek bir güç kaynağı kullanır. Geniş giriş voltajı aralığı, ön uç modülün çoğu GNSS alıcısına kolayca entegre edilmesini sağlar.
Kullanıcının tüm GNSS alıcı ön uç modülünün entegrasyonunu daha iyi anlamasına yardımcı olmak için Taglas mühendisi, ön uç sinyal yolunun referans tasarımı olarak bir değerlendirme kartı AHPD5354A (Şekil 3) hazırladı. Bu değerlendirme panosu, TFM.100B ön amplifikatörü, düz yüksek performanslı HC125A 3 dB hibrit bağlayıcıyı ve HP5354'ü entegre eder. Tek bir PCB üzerinde çok bantlı bir yama anteni.