Desde o seu desenvolvimento sob a liderança do Departamento de Defesa dos EUA (DoD) no final da década de 1970 e estendido até a década de 1980, o papel e a aplicação do Sistema de Posicionamento Global (GPS) cresceram exponencialmente. O sistema foi inicialmente utilizado apenas para navegação e orientação de mísseis, mas foi agora integrado no rastreamento e monitorização de activos, condução autónoma de automóveis, agricultura, dispositivos vestíveis e muitas outras utilizações finais que os seus fundadores nunca imaginaram.
Após a implantação bem-sucedida do GPS nos Estados Unidos, outros países e regiões também desenvolveram e lançaram sistemas GPS correspondentes, conhecidos coletivamente como Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS). O GNSS inclui o GLONASS da Rússia, o Galileo da União Europeia e o Beidou da China, bem como dois sistemas GNSS regionais: o QZSS do Japão e o IRNSS/NavIC da Índia.
Embora o sistema receptor GPS inicial fosse volumoso e quase impossível de caber no porta-malas de um carro, a tecnologia moderna simplificou o motor central do GNSS em um único circuito integrado (IC). Independentemente do tipo de GNSS, todos esses sistemas requerem uma antena otimizada para receber sinais de RF ultrafracos de conjuntos de satélites GNSS. À medida que o tamanho dos receptores GNSS diminui e os requisitos de energia diminuem, o tamanho das antenas também deve ser reduzido de forma correspondente.
No entanto, este é um desafio para os receptores que devem lidar com múltiplos sistemas GNSS ou bandas de frequência. O receptor requer uma antena que possa lidar com as bandas de RF mais baixas e mais altas dos diferentes sistemas usados (Figura 1).
Figura 1: Atualmente, a alocação de frequências GNSS e as faixas de frequências planejadas por vários sistemas em uso têm coexistência sobreposta e separação cruzada. (Fonte da imagem: Taoglas Limited)
A atribuição de faixas de frequências e frequências GNSS é a seguinte:
1559 a 1610 megahertz (MHz), conhecida como banda de frequência L1, E1, B1
1215 a 1300 MHz, referidas como bandas de frequência L2, E6, B3, L6
1164 a 1215 MHz, conhecidas como bandas de frequência L5, E5, B2, L3
Observe que a banda L refere-se à faixa de frequência de 1525 a 1559 MHz, dentro da qual vários satélites transmitem sinais de calibração.
A demanda por antenas de banda larga ou multibanda remonta ao início da comunicação sem fio no início do século 20, e havia dois métodos comuns naquela época. Um método é usar "filtros de entalhe" físicos ou bobinas carregadas para fazer com que uma única antena de banda estreita ressoe em duas frequências centrais diferentes. Outra abordagem é usar uma única antena projetada para desempenho de banda larga.
Ambas as soluções não são ideais para antenas GNSS nos projetos de sistemas compactos atuais. O método de filtro notch requer indutores e capacitores discretos relativamente grandes, enquanto antenas de banda larga podem comprometer propriedades críticas de desempenho, como ganho e eficiência.
Melhores métodos de antena
Agora, uma solução melhor pode ser alcançada através das antenas da série Inception da Taoglas Limited. Por exemplo, HP5354. A (Figura 2) é uma antena patch GNSS passiva multibanda de 1160 a 1610 MHz projetada para melhorar a precisão do posicionamento. Esta inovadora antena patch composta baseada em cerâmica otimizou ganhos para as bandas de frequência Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) e Galileo (E1/E5a).
Figura 2: HP5354. A é uma antena plana compacta otimizada para desempenho GNSS de banda dupla (L1 e L5). (Fonte da imagem: Taoglas Limited)
O tamanho do HP5354. A tem 35 × 35 milímetros (mm) e a altura é de 4 mm, o que é muito adequado para designs compactos e planos. O pacote de 11 pinos usa três pinos como interface de recepção de sinal (dois para a banda de frequência L1 e um para a banda de frequência L5), e os pinos restantes são usados para aterramento.
Após ajuste e verificação, o HP5354. Uma antena multialimentação equipada com um plano de aterramento de 70 × 70 mm possui excelentes características de radiação. Esta antena pode cobrir as bandas de frequência exigidas pelo sistema GNSS L1/L5 de nova geração e caracterizar completamente os principais parâmetros relacionados à frequência nessas duas bandas de frequência, incluindo perda de retorno, relação de onda estacionária de tensão (VSWR), eficiência de radiação, ganho médio, ganho de pico, relação de eixo, deslocamento do centro de fase, desvio do centro de fase e atraso de grupo.
Usando Taoglas HP5354. Uma antena
Embora o HP5354. Uma antena pode ser emparelhada com módulos front-end fornecidos pelo usuário. O uso do módulo RF TFM.100A GNSS pela Taoglas simplifica o processo de desenvolvimento da cadeia de sinal subjacente. Este módulo de alto desempenho cobre bandas de frequência dupla L1/L5 e foi projetado especificamente para sistemas de antenas patch de alimentação múltipla.
O TFM.100A possui um amplificador de baixo ruído (LNA) de dois estágios que pode fornecer ganho de mais de 25 decibéis (dB) em todas as bandas de frequência, enquanto o valor de ruído está abaixo de 3 dB. O módulo usa topologia de onda acústica de superfície (SAW)/LNA/SAW/LNA em caminhos de sinal de baixa e alta frequência para evitar interferência desnecessária fora de banda (OOB) causada por excesso de LNAs ou receptores GNSS.
O filtro SAW no TFM.100A foi cuidadosamente selecionado e posicionado para realizar excelente supressão de OOB, mantendo um valor de ruído baixo de 3 dB. Este dispositivo de montagem em superfície fácil de integrar mede 20 × 18 mm e é alimentado por uma única fonte de alimentação variando de 1,8 a 5,5 VCC.
A Taoglas também fornece uma placa de avaliação AHPD5354A correspondente (Figura 3), simplificando ainda mais a integração do HP5354. A com o sistema completo. A placa de avaliação adota o pré-amplificador RF TFM.100A e o Taoglas HC125A, que é um acoplador híbrido plano de 3 dB de alto desempenho projetado para aplicações GNSS de alimentação múltipla e multifrequência. HP5354. A, TFM.100A e HC125A trabalham juntos como uma cadeia de sinal integrada.