منذ تطويره تحت قيادة وزارة الدفاع الأمريكية (DoD) في أواخر السبعينيات وامتد إلى الثمانينيات، نما دور وتطبيق نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل كبير. تم استخدام النظام في البداية فقط للملاحة وتوجيه الصواريخ، ولكن تم دمجه الآن في تتبع الأصول ومراقبتها، والقيادة الذاتية في السيارات، والزراعة، والأجهزة القابلة للارتداء، والعديد من الاستخدامات النهائية الأخرى التي لم يتخيلها مؤسسوها أبدًا.
بعد النشر الناجح لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الولايات المتحدة، قامت بلدان ومناطق أخرى أيضًا بتطوير وإطلاق أنظمة نظام تحديد المواقع (GPS) المقابلة، والمعروفة مجتمعة باسم الأنظمة العالمية للملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS). يتضمن نظام GNSS نظام GLONASS الروسي، ونظام Galileo التابع للاتحاد الأوروبي، ونظام Beidou الصيني، بالإضافة إلى نظامين إقليميين GNSS: نظام QZSS الياباني ونظام IRNSS/NavIC الهندي.
على الرغم من أن نظام استقبال GPS الأولي كان ضخمًا ويكاد يكون من المستحيل وضعه في صندوق السيارة، إلا أن التكنولوجيا الحديثة قامت بتبسيط محرك GNSS الأساسي في دائرة متكاملة واحدة (IC). بغض النظر عن نوع GNSS، تتطلب جميع هذه الأنظمة هوائيًا محسنًا لاستقبال إشارات التردد اللاسلكي الضعيفة للغاية من صفائف الأقمار الصناعية GNSS. ومع تقلص حجم أجهزة استقبال GNSS وانخفاض متطلبات الطاقة، يجب أيضًا تقليل حجم الهوائيات بشكل مماثل.
ومع ذلك، يمثل هذا تحديًا لأجهزة الاستقبال التي يجب أن تتعامل مع أنظمة GNSS أو نطاقات تردد متعددة. يتطلب جهاز الاستقبال هوائيًا يمكنه التعامل مع نطاقات التردد اللاسلكي الدنيا والعليا للأنظمة المختلفة المستخدمة (الشكل 1).
الشكل 1: في الوقت الحالي، فإن تخصيص ترددات GNSS ونطاقات التردد المخططة بواسطة أنظمة مختلفة قيد الاستخدام لها تعايش متداخل وانفصال متقاطع. (مصدر الصورة: شركة تاوغلاس المحدودة)
تخصيص نطاقات وترددات GNSS هو كما يلي:
1559 إلى 1610 ميجاهرتز، المعروف بنطاق التردد L1، E1، B1
1215 إلى 1300 ميجا هرتز، يشار إليها بنطاقات التردد L2 وE6 وB3 وL6
1164 إلى 1215 ميجا هرتز، والمعروفة بنطاقات التردد L5 وE5 وB2 وL3
يرجى ملاحظة أن النطاق L يشير إلى نطاق التردد من 1525 إلى 1559 ميجاهرتز، والذي تنقل من خلاله الأقمار الصناعية المختلفة إشارات المعايرة.
يمكن إرجاع الطلب على الهوائيات ذات النطاق العريض أو الهوائيات متعددة النطاق إلى الاتصالات اللاسلكية المبكرة في أوائل القرن العشرين، وكانت هناك طريقتان شائعتان في ذلك الوقت. تتمثل إحدى الطرق في استخدام "مرشحات الحز" المادية أو الملفات المحملة لتسبب رنين هوائي ضيق النطاق واحد عند ترددين مركزيين مختلفين. هناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام هوائي واحد مصمم لأداء النطاق العريض.
كلا هذين الحلين ليسا مثاليين لهوائيات GNSS في تصميمات الأنظمة المدمجة اليوم. تتطلب طريقة مرشح الحز محاثات ومكثفات منفصلة كبيرة نسبيًا، في حين أن هوائيات النطاق العريض يمكن أن تؤثر على خصائص الأداء الحرجة مثل الكسب والكفاءة.
طرق هوائي أفضل
الآن يمكن تحقيق حل أفضل من خلال هوائيات سلسلة Inception الخاصة بشركة Taoglas Limited. على سبيل المثال، HP5354. A (الشكل 2) عبارة عن هوائي تصحيحي سلبي متعدد النطاقات يتراوح من 1160 إلى 1610 ميجاهرتز مصمم لتحسين دقة تحديد المواقع. لقد أدى هذا الهوائي المركب المبتكر المصنوع من السيراميك إلى تحسين مكاسب نطاقات التردد Beidou (B1/B2a)، وGPS/QZSS (L1/L5)، وGLONASS (G1)، وGalileo (E1/E5a).
الشكل 2: HP5354. A عبارة عن هوائي مسطح مدمج مُحسّن لأداء GNSS مزدوج النطاق (L1 وL5). (مصدر الصورة: شركة تاوغلاس المحدودة)
حجم HP5354. A هو 35 × 35 ملم (مم) والارتفاع 4 ملم، وهو مناسب جدًا للتصميمات المدمجة والمسطحة. تستخدم الحزمة ذات 11 سنًا ثلاثة دبابيس كواجهة استقبال للإشارة (اثنان لنطاق التردد L1 وواحد لنطاق التردد L5)، ويتم استخدام المسامير المتبقية للتأريض.
بعد الضبط والتحقق، تم تثبيت HP5354. هوائي متعدد التغذية مزود بسطح تأريض 70 × 70 مم يتميز بخصائص إشعاعية ممتازة. يمكن لهذا الهوائي أن يغطي نطاقات التردد التي يتطلبها الجيل الجديد من نظام L1/L5 GNSS ويحدد بشكل كامل المعلمات المتعلقة بالتردد الرئيسي في نطاقي التردد هذين، بما في ذلك فقدان العودة، ونسبة موجة الجهد الدائمة (VSWR)، وكفاءة الإشعاع، ومتوسط الكسب، وكسب الذروة، ونسبة المحور، وإزاحة مركز الطور، وانحراف مركز الطور، وتأخير المجموعة.
باستخدام تاوغلاس HP5354. هوائي
على الرغم من أن HP5354. يمكن إقران الهوائي بوحدات الواجهة الأمامية المقدمة من المستخدم، كما أن استخدام Taoglas لوحدة TFM.100A GNSS RF يبسط عملية تطوير سلسلة الإشارة الأساسية. تغطي هذه الوحدة عالية الأداء نطاقات التردد المزدوجة L1/L5 وهي مصممة خصيصًا لأنظمة هوائي تصحيح التغذية المتعددة.
يحتوي TFM.100A على مضخم صوت منخفض الضوضاء (LNA) على مرحلتين يمكنه توفير كسب يزيد عن 25 ديسيبل (ديسيبل) في جميع نطاقات التردد، بينما يكون رقم الضوضاء أقل من 3 ديسيبل. تستخدم الوحدة طوبولوجيا الموجات الصوتية السطحية (SAW)/LNA/SAW/LNA في كل من مسارات الإشارة ذات التردد المنخفض والعالي لمنع التداخل غير الضروري خارج النطاق (OOB) من الإفراط في تشغيل LNAs أو أجهزة الاستقبال الخاصة بنظام GNSS.
تم اختيار مرشح SAW في TFM.100A بعناية ووضعه لأداء قمع ممتاز لـ OOB مع الحفاظ على مستوى ضوضاء منخفض يبلغ 3 ديسيبل. يبلغ حجم جهاز التثبيت السطحي سهل الدمج 20 × 18 مم ويتم تشغيله بواسطة مصدر طاقة واحد يتراوح من 1.8 إلى 5.5 فولت تيار مستمر.
توفر Taoglas أيضًا لوحة تقييم AHPD5354A مطابقة (الشكل 3)، مما يزيد من تبسيط تكامل HP5354. أ مع النظام الكامل. يعتمد مجلس التقييم مضخم الترددات اللاسلكية TFM.100A وTaoglas HC125A، وهو عبارة عن قارنة توصيل هجينة مسطحة عالية الأداء تبلغ 3 ديسيبل مصممة لتطبيقات GNSS متعددة التغذية والترددات. HP5354. تعمل A وTFM.100A وHC125A معًا كسلسلة إشارة متكاملة.