منذ تطويرها تحت قيادة وزارة الدفاع الأمريكية في أواخر السبعينيات وتمتد إلى الثمانينيات،لقد ازداد دور وتطبيق نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل كبيرفي البداية، كان يستخدم النظام 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 يتخيل مؤسسوها أبدا.
بعد النجاح في نشر نظام تحديد المواقع العالمي في الولايات المتحدة، طورت دول ومناطق أخرى وأطلقت أيضا أنظمة تحديد المواقع العالمية المقابلة.المعروفة مجتمعة باسم أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية (GNSS). يتضمن نظام GNSS نظام GLONASS الروسي ، و Galileo للاتحاد الأوروبي ، و Beidou للصين ، بالإضافة إلى نظامين GNSS إقليميين: نظام QZSS الياباني و IRNSS / NavIC الهندي.
على الرغم من أن نظام استقبال GPS الأولي كان ضخمًا ومن المستحيل تقريبًا أن يتناسب مع صندوق السيارة ، إلا أن التكنولوجيا الحديثة قد أبسطت محرك GNSS الأساسي إلى دائرة متكاملة واحدة (IC).بغض النظر عن نوع نظام GNSS، كل هذه الأنظمة تتطلب هوائيًا محسّنًا لاستقبال إشارات RF ضعيفة للغاية من صفوف الأقمار الصناعية GNSS. مع تقلص حجم مستقبلات GNSS وانخفاض متطلبات الطاقة ،يجب أيضاً تقليل حجم الهوائيات.
ومع ذلك، هذا هو تحدي للمستقبلات التي يجب أن تتعامل مع العديد من أنظمة GNSS أو نطاقات التردد.يتطلب المستقبل هوائيًا يمكنه التعامل مع النطاقات الراديوية السفلى والعليا من الأنظمة المختلفة المستخدمة (الشكل 1).
الشكل 1: في الوقت الحالي، توزيع ترددات GNSS ومجموعات الترددات المخطط لها من قبل أنظمة مختلفة في الاستخدام لديها كل من التعايش المتداخل والفصل المتقاطع.
تخصيص نطاقات وترددات GNSS كما يلي:
1559 إلى 1610 ميغا هرتز (ميه هرتز) ، المعروفة باسم نطاق التردد L1، E1، B1
من 1215 إلى 1300 ميغاهرتز، المشار إليها باسم نطاقات ترددات L2، E6، B3، L6
1164 إلى 1215 ميغاهرتز، المعروفة باسم نطاقات الترددات L5، E5، B2، L3
يرجى ملاحظة أن النطاق L يشير إلى نطاق التردد من 1525 إلى 1559 ميغاهرتز، والذي تنقل فيه مختلف الأقمار الصناعية إشارات المعايرة.
يمكن تتبع الطلب على الهوائيات العريضة النطاق أو متعددة النطاقات إلى الاتصالات اللاسلكية المبكرة في أوائل القرن العشرين ، وكانت هناك طريقتان شائعتان في ذلك الوقت.إحدى الطرق هي استخدام "مرشحات الدرجات" الفعلية أو الملفات المحملة لجعل هوائي واحد من النطاق الضيق يتردد في ترددات مركزية مختلفةنهج آخر هو استخدام هوائي واحد مصمم لأداء النطاق العريض.
كلا الحلين ليسا مثالياً للهوائيات GNSS في تصاميم الأنظمة المدمجة الحالية. تتطلب طريقة فلتر الشفرة محفزات ومكثفات منفصلة كبيرة نسبياً.في حين أن الهوائيات ذات النطاق العريض يمكن أن تعرض خصائص أداء حاسمة مثل الفائدة والكفاءة.
أساليب هوائية أفضل
الآن يمكن تحقيق حل أفضل من خلال هوائيات سلسلة Inception من Taoglas Limited. على سبيل المثال، HP5354.الهوائيات السلبية من 1160 إلى 1610 ميغاهرتز GNSS المصممة لتحسين دقة تحديد الموقعوقد أدى هذا الهوائي المركب المبتكر القائم على السيراميك إلى تحسين المكاسب لمجموعات ترددات بيدو (B1/B2a) ، GPS/QZSS (L1/L5) ، GLONASS (G1) ، وGalileo (E1/E5a).
الشكل 2: HP5354. A هو هوائي مسطح مضغوط تم تحسينه لأداء GNSS مزدوج النطاق (L1 و L5). (مصدر الصورة: Taoglas Limited)
حجم HP5354 A هو 35 × 35 ملليمتر (ملم) وارتفاعه 4 ملم ، وهو مناسب للغاية للتصاميم المدمجة والمسطحة.يستخدم حزمة 11 دبوس ثلاثة دبوس كواجهة إشارة استقبال (اثنان لمجموعة الترددات L1 وواحد لمجموعة الترددات L5)، والدبابيس المتبقية تستخدم للأرض.
بعد ضبط والتحقق من ذلك ، فإن الهوائي HP5354 متعدد التغذية مجهز بمسطح الأرض 70 × 70 مم له خصائص إشعاعية ممتازة.يمكن لهذا الهوائي تغطية نطاقات التردد المطلوبة من قبل نظام GNSS L1/L5 من الجيل الجديد وتوصيف المعلمات الرئيسية المتعلقة بالتردد في هذين النطاقين التردديين، بما في ذلك خسارة العودة ، ونسبة موجة الجهد الثابتة (VSWR) ، وكفاءة الإشعاع ، والكسب المتوسط ، وكسب الذروة ، ونسبة المحور ، ونقل مركز المراحل ، والتحرك في مركز المراحل ، وتأخير المجموعة.
باستخدام طاغلاس HP5354 هوائي
على الرغم من أن الهوائي HP5354 يمكن أن يزاوج مع وحدات الجبهة التي يقدمها المستخدم ، فإن استخدام Taoglas لوحدة TFM.100A GNSS RF يسهل عملية تطوير سلسلة الإشارة الأساسية.هذه الوحدة عالية الأداء تغطي L1/L5 النطاقات الترددية المزدوجة ومصممة خصيصًا لأنظمة الهوائيات متعددة التغذية.
يحتوي TFM.100A على مكبر ضوضاء منخفضة مرحلتين (LNA) يمكنه توفير مكاسب تزيد عن 25 ديسيبل (dB) في جميع نطاقات التردد ، في حين أن رقم الضوضاء أقل من 3 ديسيبل. The module uses surface acoustic wave (SAW)/LNA/SAW/LNA topology in both low and high frequency signal paths to prevent unnecessary out of band (OOB) interference from over driving GNSS LNAs or receivers.
تم اختيار مرشح SAW في TFM.100A بعناية ووضعها للقيام بقمع ممتاز OOB مع الحفاظ على رقم ضوضاء منخفض 3 ديسيبل.هذا الجهاز سهل لدمج سطح تركيب قياسات 20 × 18 مم ويتم تشغيله من قبل مصدر طاقة واحد تتراوح من 1.8 إلى 5.5 VDC
توفر Taoglas أيضًا لوحة تقييم AHPD5354A مطابقة (الشكل 3) ، مما يسهل المزيد من تكامل HP5354 A مع النظام الكامل. تستخدم لوحة التقييم TFM.100A مكبر الراديو اللاسلكي المسبق و Taoglas HC125A، وهو مقبل هجين مسطح عالي الأداء 3 ديسيبل مصمم لتطبيقات GNSS متعددة الترددات متعددة التغذية. يعمل HP5354 A و TFM.100A و HC125A معًا كسلسلة إشارة متكاملة.