Depuis son développement sous la direction du Département américain de la Défense (DoD) à la fin des années 1970 et jusqu’aux années 1980, le rôle et l’application du système de positionnement global (GPS) ont connu une croissance exponentielle. Le système n'était initialement utilisé que pour la navigation et le guidage des missiles, mais il a désormais été intégré au suivi et à la surveillance des actifs, à la conduite autonome des voitures, à l'agriculture, aux appareils portables et à de nombreuses autres utilisations finales que ses fondateurs n'auraient jamais imaginées.
Après le déploiement réussi du GPS aux États-Unis, d'autres pays et régions ont également développé et lancé des systèmes GPS correspondants, collectivement connus sous le nom de Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Le GNSS comprend le GLONASS de Russie, le Galileo de l'Union européenne et le Beidou de Chine, ainsi que deux systèmes GNSS régionaux : le QZSS du Japon et l'IRNSS/NavIC de l'Inde.
Même si le système de réception GPS initial était encombrant et presque impossible à installer dans le coffre d'une voiture, la technologie moderne a simplifié le moteur principal du GNSS en un seul circuit intégré (IC). Quel que soit le type de GNSS, tous ces systèmes nécessitent une antenne optimisée pour recevoir les signaux RF ultra faibles des réseaux de satellites GNSS. À mesure que la taille des récepteurs GNSS diminue et que les besoins en énergie diminuent, la taille des antennes doit également être réduite en conséquence.
Cependant, cela constitue un défi pour les récepteurs qui doivent gérer plusieurs systèmes GNSS ou bandes de fréquences. Le récepteur nécessite une antenne capable de gérer les bandes RF inférieures et supérieures des différents systèmes utilisés (Figure 1).
Figure 1 : Actuellement, l'attribution des fréquences GNSS et les bandes de fréquences prévues par divers systèmes utilisés présentent à la fois une coexistence qui se chevauche et une séparation croisée. (Source de l'image : Taoglas Limitée)
L'attribution des bandes de fréquences et des fréquences GNSS est la suivante :
1 559 à 1 610 mégahertz (MHz), connue sous le nom de bande de fréquences L1, E1, B1
1 215 à 1 300 MHz, appelées bandes de fréquences L2, E6, B3, L6
1 164 à 1 215 MHz, dites bandes de fréquences L5, E5, B2, L3
Veuillez noter que la bande L fait référence à la gamme de fréquences de 1 525 à 1 559 MHz, dans laquelle divers satellites transmettent des signaux d'étalonnage.
La demande d'antennes à large bande ou multibandes remonte aux débuts des communications sans fil au début du 20e siècle, et il existait à cette époque deux méthodes courantes. Une méthode consiste à utiliser des « filtres coupe-bande » physiques ou des bobines chargées pour faire résonner une seule antenne à bande étroite à deux fréquences centrales différentes. Une autre approche consiste à utiliser une seule antenne conçue pour les performances du haut débit.
Ces deux solutions ne sont pas idéales pour les antennes GNSS dans les conceptions de systèmes compacts d'aujourd'hui. La méthode du filtre coupe-bande nécessite des inductances et des condensateurs discrets relativement grands, tandis que les antennes à large bande peuvent compromettre les propriétés critiques en termes de performances telles que le gain et l'efficacité.
De meilleures méthodes d'antenne
Désormais, une meilleure solution peut être obtenue grâce aux antennes de la série Inception de Taoglas Limited. Par exemple, HP5354. A (Figure 2) est une antenne patch GNSS passive multibande de 1 160 à 1 610 MHz conçue pour améliorer la précision du positionnement. Cette antenne patch composite innovante à base de céramique a optimisé les gains pour les bandes de fréquences Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) et Galileo (E1/E5a).
Figure 2 : HP5354. A est une antenne plate compacte optimisée pour les performances GNSS double bande (L1 et L5). (Source de l'image : Taoglas Limitée)
La taille du HP5354. A mesure 35 × 35 millimètres (mm) et la hauteur est de 4 mm, ce qui convient parfaitement aux conceptions compactes et plates. Le boîtier à 11 broches utilise trois broches comme interface de réception du signal (deux pour la bande de fréquence L1 et une pour la bande de fréquence L5), et les broches restantes sont utilisées pour la mise à la terre.
Après réglage et vérification, le HP5354. Une antenne multi-alimentations équipée d'un plan de mise à la terre de 70 × 70 mm présente d'excellentes caractéristiques de rayonnement. Cette antenne peut couvrir les bandes de fréquences requises par le système GNSS L1/L5 de nouvelle génération et caractériser entièrement les paramètres clés liés à la fréquence dans ces deux bandes de fréquences, notamment la perte de réflexion, le rapport d'onde stationnaire de tension (VSWR), l'efficacité du rayonnement, le gain moyen, le gain de crête, le rapport d'axe, le décalage du centre de phase, la dérive du centre de phase et le retard de groupe.
Utilisation de Taoglas HP5354. Une antenne
Bien que le HP5354. Une antenne peut être associée à des modules frontaux fournis par l'utilisateur. L'utilisation par Taoglas du module RF GNSS TFM.100A simplifie le processus de développement de la chaîne de signaux sous-jacente. Ce module hautes performances couvre les doubles bandes de fréquences L1/L5 et est conçu spécifiquement pour les systèmes d'antennes patch à alimentations multiples.
Le TFM.100A dispose d'un amplificateur à faible bruit (LNA) à deux étages qui peut fournir un gain supérieur à 25 décibels (dB) dans toutes les bandes de fréquences, tandis que le facteur de bruit est inférieur à 3 dB. Le module utilise la topologie d'ondes acoustiques de surface (SAW)/LNA/SAW/LNA dans les chemins de signaux basse et haute fréquence pour empêcher les interférences hors bande (OOB) inutiles de surcharger les LNA ou les récepteurs GNSS.
Le filtre SAW du TFM.100A a été soigneusement sélectionné et placé pour effectuer une excellente suppression OOB tout en maintenant un faible facteur de bruit de 3 dB. Ce dispositif à montage en surface facile à intégrer mesure 20 × 18 mm et est alimenté par une seule alimentation allant de 1,8 à 5,5 VDC.
Taoglas fournit également une carte d'évaluation AHPD5354A correspondante (Figure 3), simplifiant encore davantage l'intégration du HP5354. A avec le système complet. La carte d'évaluation adopte le préamplificateur RF TFM.100A et Taoglas HC125A, qui est un coupleur hybride plat haute performance de 3 dB conçu pour les applications GNSS multi-alimentations et multi-fréquences. HP5354. A, TFM.100A et HC125A fonctionnent ensemble comme une chaîne de signaux intégrée.