1980년대 후반, 미국에서는 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS) 이 성공적으로 상업적으로 사용되었다.세계의 다른 많은 나라들도 GPS의 자체 버전을 개발하고 출시했습니다., 총체적으로 글로벌 내비게이션 위성 시스템 (GNSS) 으로 알려져 있습니다. 지난 25 년 동안 GNSS 기술은 지속적으로 발전했으며 상호 연결 된 세계에서 중요한 역할을 수행했습니다.GNSS는 유럽 연합의 갈릴레오를 포함합니다러시아의 GLONASS, 중국의 Beidou, 인도의 IRNSS/NavIC, 일본의 QZSS.GNSS 수신기 시스템은 여러 개의 위성 별자리와 연동하여 작동하기 위해 여러 주파수 대역을 사용합니다., 더 높은 정확성과 신뢰성을 달성합니다.
안테나는 수신기의 핵심 부품으로 위성에서 방출되는 약한 전파 신호를 캡처하여 사용자의 정확한 위치, 내비게이션 및 시간을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.따라서, GNSS 수신기는 여러 주파수 대역을 사용해야 하며, 이는 우주에서 다른 위성 내비게이션 시스템에서 전송되는 낮은 주파수 (RF) 대역과 높은 주파수 (RF) 대역에 대응합니다.GNSS 수신기가 다루는 주파수 대역과 주파수는 다음과 같이 요약됩니다.:
L1, E1 및 B1 주파수 대역의 주파수 범위는 1559 MHz에서 1610 MHz입니다.
L2, E6, B3 및 L6 주파수 대역의 주파수 범위는 1217 MHz에서 1300 MHz입니다.
L5, E5, B2 및 L3 주파수 대역의 주파수 범위는 1164 MHz에서 1217 MHz입니다.
따라서 GNSS 수신기는 다양한 우주 위성 네트워크에서 사용하는 여러 주파수 범위를 처리 할 수있는 광대역 또는 멀티 밴드 안테나를 사용합니다.멀티 밴드 주파수의 사용은 GNSS 수신 시스템의 위치 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다., 신호 오류 및 간섭을 줄이고 GNSS 안테나가 넓고 혹독한 환경에서 우수한 성능을 제공할 수 있도록합니다.
멀티 밴드 넥스트 패치 안테나
초기 GPS 수신기 시스템에서 값비싼 공간을 차지하는 크고 부피가 큰 쌓인 안테나 사용으로 인해 최근 몇 년 동안 컴팩트하고 평평한 솔루션에 대한 수요가 높았습니다.효율적이고 비용 효율적으로 현대 GNSS RF 프론트 엔드 모듈의 요구 사항을 충족하기 위해, 타오글라스 리미티드 (Taoglas Limited) 는 매우 제한적이고 정밀한 애플리케이션을 위해 우수한 안테나 기술을 설계하고 개발했습니다. 회사의 Inception 시리즈 HP5354.A는 1160 MHz에서 1610 MHz까지의 여러 주파수 대역을 가진 수동 패치 안테나입니다., 위치 정확성, 견고성 및 신뢰성을 향상시키기 위해 설계되었습니다. 그것은 혁신적인 세라믹 틈새 패치 안테나 기술을 채택합니다.단일 주파수 GPS 안테나와 같은 외부 차원 내에 두 개의 안테나를 삽입하는 것 (그림 1)따라서, 그것은 베이두 (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1), 그리고 갈릴레오 (E1/E5a) 주파수 대역 (IRNSS/NavIC (L5) 를 포함하여) 에 대한 최적화된 극극화 이득을 보장 할 수 있습니다.이것은 또한 모든 위치에 다양한 응용 프로그램과의 호환성을 보장합니다.
HP5354의 이미지. 타오 글래스 컴퍼니, Ltd의 엔트리 레벨 시리즈의 안테나
그림 1: 시작 시리즈 HP5354. A는 GNSS 수신 시스템에서 사용되는 평면 둥근 패치 안테나입니다. (사진 소스: 타오글라스 리미티드)
HP5354. A는 듀얼 밴드 성능에 최적화되어 있으며 35 mm x 35 mm, 높이 4 mm의 콤팩트하고 평평한 안테나입니다. 11 핀 표면 장착 세라믹 패키지를 갖추고 있습니다.L1 및 L5 주파수 대역에서 정사각선 라디오 신호를 캡처하는 데 사용되는 3 개의 핀으로이 세 개의 핀 중 두 개는 L1 주파수 대역에서 신호를 수신하는 데 사용되며 세 번째 핀은 L5 주파수 대역에서 신호를 수신하는 데 사용됩니다. 나머지 8 개의 핀은 펀딩됩니다.
출력 끝에서 최적의 축비율과 우측 원형 극극화 (RHCP) 신호를 얻기 위해,L1 주파수 대역의 두 입력 신호가 권장되는 하이브리드 커플러 HC125A (그림 2) 를 사용하여 결합됩니다.. HC125A는 평평한 (1,5 mm 높이의) 표면 장착 패키지를 채택하고, 낮은 삽입 손실과 균형 잡힌 출력 진폭으로, 멀티 밴드 GNSS 애플리케이션에 적합합니다.
L1 주파수 대역에서 두 개의 입력 신호를 결합하기 위해 권장되는 하이브리드 커플러를 사용하는 스케마
그림 2: L1 주파수 대역에서 두 개의 입력 신호가 HC125A 하이브리드 결합기에 결합되어 RHCP 신호를 생성하는 동안 최적의 축 비율을 보장합니다. (사진 소스: Taoglas Limited)
또한 이중 공급점 안테나는 70 mm x 70 mm의 지상 평면에서 조정되고 테스트되었으며 훌륭한 방사선 패턴을 보여주었습니다.두 개의 주파수 대역에서 주파수와 관련된 주요 매개 변수를 포괄적으로 설명합니다.이 매개 변수에는 반환 손실, 전압 정전파 비율 (VSWR), 효율성, 평균 이득, 최고 이득, 축 비율, 단계 중심 오프셋, 단계 중심 변동 및 그룹 지연이 포함됩니다.
이중 공급 포인트 안테나는 평평한 모양을 가지고 있으며 전통적인 쌓인 패치 디자인이 너무 부피가 크고 높이있는 상황에서 널리 사용할 수 있습니다. 권장 응용 프로그램은 탐색,산업 추적, 자율주행 차량 및 로봇, 그리고 착용 가능한 장치, 작은 자산 추적기 및 정밀 농업.
전면 RF 신호 체인 구축
멀티 밴드 GNSS 안테나는 사용자 자신의 GNSS 프론트 엔드와 결합 할 수 있지만, Taoglas는 TFM을 사용하여 신호 체인의 디자인을 크게 단순화합니다.100A GNSS 프론트엔드 모듈, 특히 멀티 피드 포인트 패치 안테나용으로 설계.
이 모듈은 모든 주파수 대역에서 25 데시벨 (dB) 이상의 이득과 3dB 이하의 노이즈 수치 (NF) 를 가진 2단계 저소음 증폭기 (LNA) 를 포함한다.그것은 SAW/LNA/SAW/LNA 토폴로지를 형성하기 위해 LNA와 결합 된 표면 음향 파동 (SAW) 필터를 사용합니다., 낮은 주파수 및 높은 주파수 신호 경로를 처리하는 동안 불필요한 대역 밖 (OOB) 간섭을 억제하고 GNSS 저소음 증폭기 또는 수신기의 과부하를 방지합니다.TFM의 SAW 필터.100A는 3 dB의 낮은 소음 수치를 유지하면서 우수한 OOB 억제를 수행하도록 신중하게 선택되고 배치되었습니다.이 쉽게 통합 표면 장착 장치는 20 × 18 mm를 측정하고 1에서 1까지의 단일 전원 공급에 의해 공급됩니다.8 ~ 5.5 VDC. 넓은 입력 전압 범위는 프론트 엔드 모듈을 대부분의 GNSS 수신기에 쉽게 통합 할 수 있습니다.