ด้วยแรงบันดาลใจจากความสำเร็จในการดำเนินการเชิงพาณิชย์ของระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (GPS) ในสหรัฐอเมริกาในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ประเทศอื่นๆ จำนวนมากในโลกยังได้พัฒนาและเปิดตัว GPS เวอร์ชันของตนเอง ซึ่งเรียกรวมกันว่า Global Navigation Satellite System (GNSS) เทคโนโลยี GNSS มีการพัฒนาในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา และมีบทบาทสำคัญในโลกที่เชื่อมต่อถึงกัน ปัจจุบัน GNSS ประกอบด้วยสหภาพยุโรป Galileo, GLONASS ของรัสเซีย, Beidou ของจีน, IRNSS/NaviIC ของอินเดีย และ QZSS ของญี่ปุ่น เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องรับ GPS แบบดั้งเดิมที่ใช้เฉพาะระบบดาวเทียม GPS เพื่อที่จะทำงานร่วมกับกลุ่มดาวดาวเทียมหลายดวง ระบบเครื่องรับ GNSS จะใช้ความถี่หลายย่านความถี่เพื่อให้ได้ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น
เสาอากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของเครื่องรับและมีบทบาทสำคัญในการจับสัญญาณวิทยุที่อ่อนจากดาวเทียมเพื่อระบุตำแหน่ง การนำทาง และเวลาที่แม่นยำของผู้ใช้ ดังนั้น เครื่องรับ GNSS จึงใช้คลื่นความถี่หลายคลื่น ซึ่งสอดคล้องกับคลื่นความถี่วิทยุ (RF) ที่ต่ำกว่าและสูงกว่าที่ส่งโดยระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่แตกต่างกันในอวกาศ ย่านความถี่และความถี่ที่ครอบคลุมโดยเครื่องรับ GNSS สรุปได้ดังนี้:
ช่วงความถี่ของแถบ L1, E1 และ B1 คือ 1559 MHz ถึง 1610 MHz
แบนด์ L2, E6, B3, L6 มีช่วงความถี่ 1217 MHz ถึง 1300 MHz
ช่วงความถี่ของแถบ L5, E5, B2 และ L3 คือ 1164 MHz ถึง 1217 MHz
ดังนั้นเครื่องรับ GNSS จึงใช้เสาอากาศบรอดแบนด์หรือหลายย่านความถี่ และสามารถรองรับช่วงความถี่ที่หลากหลายซึ่งใช้โดยเครือข่ายดาวเทียมอวกาศต่างๆ ความถี่แบบมัลติแบนด์สามารถปรับปรุงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของตำแหน่งของระบบรับ GNSS ลดข้อผิดพลาดและการรบกวนของสัญญาณ และมอบประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของเสาอากาศ GNSS ในสภาพแวดล้อมที่กว้างและรุนแรง
เสาอากาศแพทช์ซ้อนกันหลายแบนด์
ความต้องการโซลูชันแบบเรียบและกะทัดรัดมีความต้องการสูงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากระบบรับสัญญาณ GPS ดั้งเดิมใช้เสาอากาศแบบซ้อนกันขนาดใหญ่เทอะทะซึ่งกินพื้นที่อันมีค่า เพื่อตอบสนองความต้องการของโมดูลส่วนหน้า GNSS RF สมัยใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำ Tailas Limited ได้ออกแบบและพัฒนาเทคโนโลยีเสาอากาศที่โดดเด่นสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำที่มีข้อจำกัดสูง ซีรี่ส์ Inception ของบริษัท HP5354 A คือเสาอากาศแพทช์แบบพาสซีฟแบบมัลติแบนด์ 1160 MHz ถึง 1610 MHz ที่ออกแบบมาเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของตำแหน่ง ความทนทาน และความน่าเชื่อถือ โดยใช้เทคโนโลยีเสาอากาศแบบแพทช์ซ้อนกันแบบเซรามิกที่เป็นนวัตกรรมใหม่ และฝังเสาอากาศสองตัวไว้ในขนาดโดยรวมเดียวกันกับเสาอากาศ GPS แบบย่านความถี่เดียว (รูปที่ 1) ดังนั้นจึงสามารถให้อัตราขยายโพลาไรเซชันที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับแถบ Beidou (B1/2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) และ Galileo (E1/E5a) (รวมถึง IRNSS/NaviIC (L5)) นอกจากนี้ยังรับประกันความเข้ากันได้กับแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายทุกครั้งที่เป็นไปได้
รูปภาพของซีรีส์รายการ Douglas Channel HP5354 เสาอากาศ
รูปที่ 1: ซีรี่ส์ Inception HP5354 A คือเสาอากาศแพทช์ซ้อนกันแบบแบนสำหรับระบบรับ GNSS ที่มาของรูปภาพ: บริษัท แท็กลาส จำกัด)
HP5354. เสาอากาศทรงแบนขนาดกะทัดรัดที่มีขนาด 35 มม. x 35 มม. และสูง 4 มม. ที่ปรับให้เหมาะกับประสิทธิภาพแบบดูอัลแบนด์ ใช้แพ็คเกจเซรามิกยึดบนพื้นผิว 11 พินพร้อมพิน 3 อันสำหรับจับสัญญาณวิทยุตั้งฉากในย่านความถี่ L1 และ L5 สองในสามพินนี้ใช้เพื่อรับสัญญาณจากย่านความถี่ L1 และพินที่สามใช้เพื่อรับสัญญาณจากย่านความถี่ L5 หมุดอีกแปดพินที่เหลือจะต่อสายดิน
เพื่อให้ได้อัตราส่วนแกนที่เหมาะสมที่สุดและสัญญาณโพลาไรเซชันแบบวงกลมด้านขวา (RHCP) ที่เอาต์พุต สัญญาณฟีดทั้งสองของแถบ L1 จะรวมกันโดยใช้ข้อต่อไฮบริดที่แนะนำ HC125A (รูปที่ 2) HC125A ใช้แพ็คเกจการติดตั้งบนพื้นผิวเรียบ (สูง 1.5 มม.) โดยมีการสูญเสียการแทรกต่ำและแอมพลิจูดเอาต์พุตที่สมดุล เหมาะสำหรับการใช้งาน GNSS แบบหลายแบนด์
แผนผังของการรวมสัญญาณฟีดสองสัญญาณของย่านความถี่ L1 เข้ากับข้อต่อไฮบริดที่แนะนำ
รูปที่ 2: สัญญาณฟีดทั้งสองจากแบนด์ L1 ถูกรวมเข้าด้วยกันในข้อต่อไฮบริด HC125A เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนแกนที่เหมาะสมที่สุดในขณะที่สร้างสัญญาณ RHCP ที่มาของรูปภาพ: บริษัท แท็กลาส จำกัด)
นอกจากนี้ เสาอากาศแบบจุดป้อนคู่ยังได้รับการปรับแต่งและทดสอบบนขอบฟ้าขนาด 70 มม. x 70 มม. และแสดงแผนที่เชิงรังสีที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ ยังแสดงลักษณะเฉพาะของพารามิเตอร์คีย์ที่เกี่ยวข้องกับความถี่ในสองแบนด์อย่างสมบูรณ์ พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึงการสูญเสียกลับ, อัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า (VSWR), ประสิทธิภาพ, อัตราขยายเฉลี่ย, อัตราขยายสูงสุด, อัตราส่วนตามแนวแกน, การเลื่อนศูนย์กลางเฟส, การแปรผันของศูนย์กลางเฟส และการหน่วงเวลาของกลุ่ม
เสาอากาศแบบจุดฟีดคู่มีรูปทรงแบน ซึ่งสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์ที่การออกแบบแพทช์เคลือบแบบดั้งเดิมนั้นหนักและสูงเกินไป แอปพลิเคชันที่แนะนำ ได้แก่ การนำทาง การติดตามทางอุตสาหกรรม ยานพาหนะอัตโนมัติและหุ่นยนต์ รวมถึงอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ เครื่องติดตามทรัพย์สินขนาดเล็ก และการเกษตรที่มีความแม่นยำ
สร้างลิงก์สัญญาณ RF ส่วนหน้า
แม้ว่าเสาอากาศ GNSS แบบหลายแบนด์สามารถใช้ร่วมกับฟรอนต์เอนด์ GNSS ของผู้ใช้เองได้ แต่ TFM.100B GNSS ฟรอนต์เอนด์ยังช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบการเชื่อมโยงสัญญาณอย่างมากด้วยการใช้โมดูลฟรอนต์เอนด์ TFM.100B GNSS ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับเสาอากาศแพตช์จุดป้อนหลายฟีด
โมดูลนี้ประกอบด้วยเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) สองระดับซึ่งมีอัตราขยายมากกว่า 25 dB ในย่านความถี่ทั้งหมด และค่าสัญญาณรบกวน (NF) น้อยกว่า 3 dB โดยจะใช้ตัวกรองคลื่นเสียงพื้นผิว (SAW) เพื่อรวมกับ LNA เพื่อสร้างโทโพโลยี SAW/LNA/SWAW/LNA และประมวลผลเส้นทางสัญญาณย่านความถี่ต่ำและสูงไปพร้อมๆ กันเพื่อระงับสัญญาณรบกวนนอกย่านความถี่ (OOB) ที่ไม่จำเป็น และป้องกันการโอเวอร์โหลดของเครื่องขยายสัญญาณหรือตัวรับสัญญาณรบกวนต่ำ GNSS ตัวกรอง SAW ที่เลือกและวางอย่างระมัดระวังใน TFM.100B ให้การปฏิเสธ OOB ที่ยอดเยี่ยม ในขณะที่ยังคงรักษาระดับเสียงรบกวนที่ต่ำไว้ที่ 3 dB อุปกรณ์ที่ติดตั้งบนพื้นผิวที่ผสานรวมได้ง่ายนี้มีขนาด 20 x 18 มม. และใช้แหล่งจ่ายไฟเดี่ยว 1.8 ถึง 5.5 VDC ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้างช่วยให้โมดูลส่วนหน้าสามารถรวมเข้ากับเครื่องรับ GNSS ส่วนใหญ่ได้อย่างง่ายดาย
เพื่อช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจการรวมโมดูลส่วนหน้าของตัวรับ GNSS ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น วิศวกรของ Taglas ได้เตรียมบอร์ดประเมินผล APD5354A (รูปที่ 3) เพื่อใช้ในการออกแบบอ้างอิงของเส้นทางสัญญาณส่วนหน้า บอร์ดประเมินผลนี้รวมปรีแอมป์ TFM.100B, ข้อต่อไฮบริด HC125A 3 dB ประสิทธิภาพสูงแบบแบน และ HP5354 เสาอากาศแพทช์หลายแบนด์บน PCB เดียว