Inspirés par l'exploitation commerciale réussie du système de positionnement global (GPS) aux États-Unis à la fin des années 1980, de nombreux autres pays dans le monde ont également développé et lancé leurs propres versions du GPS, collectivement connues sous le nom de système mondial de navigation par satellite (GNSS). La technologie GNSS a évolué au cours des 25 dernières années et a joué un rôle essentiel dans le monde interconnecté. Aujourd'hui, le GNSS comprend Galileo de l'Union européenne, le GLONASS de Russie, le Beidou de Chine, l'IRNSS/NavIC de l'Inde et le QZSS du Japon. Comparé au récepteur GPS traditionnel utilisant uniquement le système satellite GPS, afin de fonctionner avec plusieurs constellations de satellites, le système récepteur GNSS utilise une fréquence multibande pour obtenir une précision et une fiabilité supérieures.
L'antenne est un élément clé du récepteur et joue un rôle essentiel dans la capture du faible signal radio du satellite afin de déterminer l'emplacement précis, la navigation et l'heure de l'utilisateur. Par conséquent, le récepteur GNSS utilise plusieurs bandes de fréquences, qui correspondent aux bandes de radiofréquences (RF) inférieures et supérieures transmises par différents systèmes de navigation par satellite dans l'espace. Les bandes de fréquences et fréquences couvertes par le récepteur GNSS sont résumées comme suit :
La gamme de fréquences des bandes L1, E1 et B1 est de 1 559 MHz à 1 610 MHz.
Les bandes L2, E6, B3, L6 ont une gamme de fréquences de 1 217 MHz à 1 300 MHz
La gamme de fréquences des bandes L5, E5, B2 et L3 est de 1 164 MHz à 1 217 MHz.
Par conséquent, le récepteur GNSS utilise des antennes à large bande ou multibandes et peut gérer diverses gammes de fréquences utilisées par divers réseaux de satellites spatiaux. La fréquence multibande peut améliorer la précision de positionnement et la fiabilité du système de réception GNSS, réduire les erreurs de signal et les interférences et fournir d'excellentes performances de l'antenne GNSS dans un environnement large et sévère.
Antenne patch emboîtée multibande
Le besoin de solutions compactes et plates s'est fait sentir ces dernières années, car le système de réception GPS d'origine utilisait de grandes antennes encombrantes et empilées qui occupaient un espace précieux. Afin de répondre aux exigences des modules frontaux GNSS RF modernes avec un rendement élevé et un faible coût, Tailas Limited a conçu et développé une technologie d'antenne exceptionnelle pour les applications de précision hautement contraintes. La série Inception HP5354 de la société. A est une antenne patch passive multibande de 1 160 MHz à 1 610 MHz conçue pour améliorer la précision, la robustesse et la fiabilité de la localisation. Il utilise une technologie innovante d'antenne patch emboîtée en céramique et intègre deux antennes dans les mêmes dimensions globales que l'antenne GPS monobande (Figure 1). Par conséquent, il peut fournir un gain de polarisation optimisé pour les bandes Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) et Galileo (E1/E5a) (y compris IRNSS/NavIC (L5)). Cela garantit également la compatibilité avec une variété d’applications dans la mesure du possible.
Image de la série d'entrée de Douglas Channel HP5354. Une antenne
Figure 1 : La série Inception HP5354. A est une antenne patch plate emboîtée pour le système de réception GNSS. Source de l'image : Taglas Limited)
HP5354. Une antenne optimisée pour les performances double bande est une antenne compacte et plate d'une taille de 35 mm x 35 mm et d'une hauteur de 4 mm. Il utilise un boîtier céramique à montage en surface à 11 broches avec trois broches pour capturer les signaux radio orthogonaux dans les bandes L1 et L5. Deux de ces trois broches sont utilisées pour recevoir les signaux de la bande de fréquence L1 et la troisième broche est utilisée pour recevoir les signaux de la bande de fréquence L5. Les huit broches restantes sont mises à la terre.
Afin d'obtenir un rapport axial optimal et des signaux de polarisation circulaire droite (RHCP) en sortie, les deux signaux d'alimentation de la bande L1 sont combinés à l'aide du coupleur hybride recommandé HC125A (Fig. 2). Le HC125A adopte un boîtier de montage en surface plat (1,5 mm de haut), avec une faible perte d'insertion et une amplitude de sortie équilibrée, adapté aux applications GNSS multibandes.
Diagramme schématique de la combinaison de deux signaux d'alimentation de la bande de fréquence L1 avec le coupleur hybride recommandé
Figure 2 : Les deux signaux d'alimentation de la bande L1 sont combinés dans le coupleur hybride HC125A pour garantir un rapport axial optimal tout en générant des signaux RHCP. Source de l'image : Taglas Limited)
De plus, l'antenne à double point d'alimentation a été réglée et testée sur un horizon de 70 mm x 70 mm et affiche une excellente carte radiométrique. De plus, il caractérise entièrement les paramètres clés liés à la fréquence dans deux bandes. Ces paramètres incluent la perte de réflexion, le rapport d'onde stationnaire de tension (VSWR), l'efficacité, le gain moyen, le gain de crête, le rapport axial, le déphasage du centre de phase, la variation du centre de phase et le retard de groupe.
L'antenne à double point d'alimentation a une forme plate, qui peut être largement utilisée dans les situations où la conception traditionnelle du patch laminé est trop lourde et trop haute. Les applications recommandées incluent la navigation, le suivi industriel, les véhicules autonomes et la robotique, ainsi que les appareils portables, les trackers de petits actifs et l'agriculture de précision.
Créer une liaison de signal RF frontale
Bien que l'antenne GNSS multibande puisse être combinée avec le propre frontal GNSS de l'utilisateur, Tal simplifie considérablement la conception de la liaison de signal en utilisant le module frontal GNSS TFM.100B spécialement conçu pour l'antenne patch à points d'alimentation multiples.
Ce module se compose d'un amplificateur à faible bruit (LNA) à deux niveaux avec un gain de plus de 25 dB dans toutes les bandes de fréquences et un facteur de bruit (NF) inférieur à 3 dB. Il utilise un filtre à ondes acoustiques de surface (SAW) pour se combiner avec le LNA pour former une topologie SAW/LNA/SWAW/LNA, et traite simultanément les chemins de signal des bandes basse et haute fréquence pour supprimer les interférences hors bande (OOB) inutiles et éviter la surcharge de l'amplificateur ou du récepteur GNSS à faible bruit. Les filtres SAW soigneusement sélectionnés et placés dans le TFM.100B offrent un excellent rejet OOB tout en maintenant un faible facteur de bruit de 3 dB. Ce dispositif à montage en surface facile à intégrer mesure 20 x 18 mm et utilise une seule alimentation de 1,8 à 5,5 V CC. La large plage de tension d'entrée permet au module frontal d'être facilement intégré dans la plupart des récepteurs GNSS.
Afin d'aider davantage l'utilisateur à comprendre l'intégration du module frontal complet du récepteur GNSS, l'ingénieur Taglas a préparé une carte d'évaluation AHPD5354A (Figure 3) comme conception de référence du chemin du signal frontal. Cette carte d'évaluation intègre un préamplificateur TFM.100B, un coupleur hybride plat haute performance HC125A 3 dB et HP5354. Une antenne patch multibande sur un seul PCB.