مستوحاة من التشغيل التجاري الناجح للنظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) في الولايات المتحدة في أواخر الثمانينيات، قامت العديد من البلدان الأخرى في العالم أيضًا بتطوير وإطلاق إصداراتها الخاصة من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والمعروفة مجتمعة باسم النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS). لقد تطورت تكنولوجيا GNSS على مدى السنوات الخمس والعشرين الماضية ولعبت دورًا حاسمًا في العالم المترابط. واليوم، تشمل GNSS نظام غاليليو التابع للاتحاد الأوروبي، ونظام GLONASS الروسي، ونظام Beidou الصيني، ونظام IRNSS/NavIC الهندي، ونظام QZSS الياباني. بالمقارنة مع جهاز استقبال GPS التقليدي الذي يستخدم نظام الأقمار الصناعية GPS فقط، من أجل العمل مع مجموعات الأقمار الصناعية المتعددة، يستخدم نظام استقبال GNSS ترددًا متعدد النطاقات للحصول على دقة وموثوقية أعلى.
يعد الهوائي مكونًا رئيسيًا لجهاز الاستقبال ويلعب دورًا حاسمًا في التقاط إشارة الراديو الضعيفة من القمر الصناعي لتحديد الموقع الدقيق والملاحة والوقت للمستخدم. لذلك، يستخدم مستقبل GNSS نطاقات تردد متعددة، والتي تتوافق مع نطاقات التردد الراديوي (RF) المنخفضة والعليا المرسلة بواسطة أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية المختلفة في الفضاء. يتم تلخيص نطاقات التردد والترددات التي يغطيها مستقبل GNSS على النحو التالي:
نطاق التردد للنطاقات L1 وE1 وB1 هو 1559 ميجا هرتز إلى 1610 ميجا هرتز
النطاقات L2 وE6 وB3 وL6 لها نطاق تردد يتراوح بين 1217 ميجاهرتز إلى 1300 ميجاهرتز
نطاق التردد للنطاقات L5 وE5 وB2 وL3 هو 1164 ميجا هرتز إلى 1217 ميجا هرتز
لذلك، يستخدم جهاز استقبال GNSS هوائيات عريضة النطاق أو متعددة النطاقات ويمكنه التعامل مع مجموعة متنوعة من نطاقات التردد التي تستخدمها شبكات الأقمار الصناعية الفضائية المختلفة. يمكن للتردد متعدد النطاقات تحسين دقة تحديد المواقع وموثوقيتها لنظام استقبال GNSS، وتقليل خطأ الإشارة والتداخل، وتوفير أداء ممتاز لهوائي GNSS في بيئة واسعة وشديدة.
هوائي تصحيحي متداخل متعدد النطاقات
لقد كانت الحاجة إلى حلول مدمجة ومسطحة كبيرة في السنوات القليلة الماضية، حيث استخدم نظام استقبال GPS الأصلي هوائيات كبيرة وضخمة ومكدسة تشغل مساحة كبيرة. من أجل تلبية متطلبات الوحدات الأمامية الحديثة لـ GNSS RF بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة، قامت شركة Tailas Limited بتصميم وتطوير تقنية هوائي متميزة لتطبيقات الدقة المقيدة للغاية. سلسلة تأسيس الشركة HP5354. A عبارة عن هوائي تصحيحي سلبي متعدد النطاقات من 1160 ميجاهرتز إلى 1610 ميجاهرتز مصمم لتحسين دقة الموقع وقوته وموثوقيته. يستخدم تقنية هوائي التصحيح المتداخل السيراميكي المبتكر ويدمج هوائيين بنفس الأبعاد الإجمالية لهوائي GPS أحادي النطاق (الشكل 1). لذلك، يمكنه توفير كسب استقطاب محسّن لنطاقات Beidou (B1/2a) وGPS/QZSS (L1/L5) وGLONASS (G1) وGalileo (E1/E5a) (بما في ذلك IRNSS/NavIC (L5)). وهذا يضمن أيضًا التوافق مع مجموعة متنوعة من التطبيقات حيثما أمكن ذلك.
صورة لسلسلة دخول قناة دوغلاس HP5354. هوائي
الشكل 1: سلسلة البداية HP5354. A عبارة عن هوائي رقعة متداخل مسطح لنظام استقبال GNSS. مصدر الصورة: تاجلاس المحدودة)
HP5354. الأمثل لأداء النطاق المزدوج هو هوائي صغير الحجم ومسطح بحجم 35 مم × 35 مم وارتفاع 4 مم. يستخدم حزمة سيراميك مثبتة على السطح مكونة من 11 سنًا مع ثلاثة دبابيس لالتقاط إشارات الراديو المتعامدة في النطاقين L1 وL5. يتم استخدام اثنين من هذه الأطراف الثلاثة لاستقبال الإشارات من نطاق التردد L1 ويستخدم الطرف الثالث لاستقبال الإشارات من نطاق التردد L5. يتم تأريض المسامير الثمانية المتبقية.
من أجل الحصول على النسبة المحورية المثلى وإشارات الاستقطاب الدائري الأيمن (RHCP) عند الخرج، يتم دمج إشارتي التغذية للنطاق L1 باستخدام المقرنة الهجينة الموصى بها HC125A (الشكل 2). يعتمد HC125A حزمة تركيب سطحية مسطحة (ارتفاع 1.5 مم)، مع فقدان إدخال منخفض وسعة إخراج متوازنة، ومناسبة لتطبيق GNSS متعدد النطاقات.
رسم تخطيطي للجمع بين إشارتي تغذية لنطاق التردد L1 مع قارنة التوصيل الهجين الموصى بها
الشكل 2: يتم دمج إشارتي التغذية من النطاق L1 في قارنة التوصيل الهجين HC125A لضمان النسبة المحورية المثلى أثناء توليد إشارات RHCP. مصدر الصورة: تاجلاس المحدودة)
بالإضافة إلى ذلك، تم ضبط الهوائي ذو نقطة التغذية المزدوجة واختباره على أفق 70 مم × 70 مم ويظهر خريطة قياس إشعاعي ممتازة. وبالإضافة إلى ذلك، فهو يصف بشكل كامل المعلمات الرئيسية المتعلقة بالتردد في نطاقين. تتضمن هذه المعلمات خسارة العودة، ونسبة موجة الجهد الدائمة (VSWR)، والكفاءة، ومتوسط الكسب، وكسب الذروة، والنسبة المحورية، وتحول مركز الطور، وتغير مركز الطور، وتأخير المجموعة.
يتميز هوائي نقطة التغذية المزدوجة بشكل مسطح، ويمكن استخدامه على نطاق واسع في المواقف التي يكون فيها تصميم التصحيح الرقائقي التقليدي ثقيلًا وطويلًا للغاية. وتشمل التطبيقات الموصى بها الملاحة والتتبع الصناعي والمركبات ذاتية القيادة والروبوتات، بالإضافة إلى الأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة تتبع الأصول الصغيرة والزراعة الدقيقة.
بناء وصلة إشارة الترددات اللاسلكية الأمامية
على الرغم من أنه يمكن دمج هوائي GNSS متعدد النطاقات مع واجهة GNSS الأمامية الخاصة بالمستخدم، إلا أن Talsignable يبسط تصميم رابط الإشارة باستخدام وحدة الواجهة الأمامية TFM.100B GNSS المصممة خصيصًا لهوائي تصحيح نقاط التغذية المتعددة.
تتكون هذه الوحدة من مضخم صوت منخفض الضوضاء (LNA) ذي مستويين مع كسب يزيد عن 25 ديسيبل في جميع نطاقات التردد ورقم ضوضاء (NF) أقل من 3 ديسيبل. يستخدم مرشح موجة صوتية سطحية (SAW) للدمج مع LNA لتشكيل طوبولوجيا SAW/LNA/SWAW/LNA، ويعالج في الوقت نفسه مسارات إشارة النطاق الترددي المنخفض والعالي لقمع التداخل غير الضروري خارج النطاق (OOB) ومنع التحميل الزائد لمضخم أو جهاز استقبال GNSS منخفض الضوضاء. توفر مرشحات SAW المختارة والموضعة بعناية في TFM.100B رفضًا ممتازًا لـ OOB مع الحفاظ على مستوى ضوضاء منخفض قدره 3 ديسيبل. يبلغ حجم هذا الجهاز سهل الدمج والتثبيت على السطح 20 × 18 مم ويستخدم مصدر طاقة واحدًا يتراوح من 1.8 إلى 5.5 فولت تيار مستمر. يسمح نطاق جهد الإدخال الواسع بدمج الوحدة الأمامية بسهولة في معظم أجهزة استقبال GNSS.
من أجل مساعدة المستخدم بشكل أكبر على فهم تكامل الوحدة الأمامية الكاملة لمستقبل GNSS، قام مهندس Taglas بإعداد لوحة تقييم AHPD5354A (الشكل 3) كتصميم مرجعي لمسار الإشارة الأمامية. تدمج لوحة التقييم هذه مضخم الصوت TFM.100B، وقارنة التوصيل الهجين المسطحة عالية الأداء HC125A 3 ديسيبل وHP5354. هوائي التصحيح متعدد النطاقات على ثنائي الفينيل متعدد الكلور واحد.