Kể từ khi được phát triển dưới sự lãnh đạo của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DoD) vào cuối những năm 1970 và mở rộng đến những năm 1980, vai trò và ứng dụng của Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) đã tăng lên theo cấp số nhân. Hệ thống này ban đầu chỉ được sử dụng để dẫn đường và dẫn đường tên lửa, nhưng giờ đây đã được tích hợp vào theo dõi và giám sát tài sản, lái xe tự động trên ô tô, nông nghiệp, thiết bị đeo được và nhiều ứng dụng cuối cùng khác mà những người sáng lập nó chưa bao giờ tưởng tượng được.
Sau khi triển khai thành công GPS tại Hoa Kỳ, các quốc gia và khu vực khác cũng đã phát triển và đưa ra các hệ thống GPS tương ứng, được gọi chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS). GNSS bao gồm GLONASS của Nga, Galileo của Liên minh Châu Âu và Beidou của Trung Quốc, cũng như hai hệ thống GNSS khu vực: QZSS của Nhật Bản và IRNSS/NavIC của Ấn Độ.
Mặc dù hệ thống thu GPS ban đầu rất cồng kềnh và gần như không thể nhét vừa vào cốp ô tô, nhưng công nghệ hiện đại đã đơn giản hóa động cơ lõi GNSS thành một mạch tích hợp (IC) duy nhất. Bất kể loại GNSS nào, tất cả các hệ thống này đều yêu cầu ăng-ten được tối ưu hóa để nhận tín hiệu RF cực yếu từ mảng vệ tinh GNSS. Khi kích thước của máy thu GNSS giảm đi và yêu cầu về công suất giảm xuống thì kích thước của ăng-ten cũng phải giảm đi tương ứng.
Tuy nhiên, đây là một thách thức đối với các máy thu phải xử lý nhiều hệ thống GNSS hoặc nhiều băng tần. Máy thu yêu cầu một ăng-ten có thể xử lý các băng tần RF thấp hơn và cao hơn của các hệ thống khác nhau được sử dụng (Hình 1).
Hình 1: Hiện tại, việc phân bổ tần số và các dải tần GNSS được quy hoạch bởi các hệ thống sử dụng khác nhau có cả sự cùng tồn tại chồng chéo và sự phân tách chéo. (Nguồn hình ảnh: Taoglas Limited)
Việc phân bổ các dải tần và tần số GNSS như sau:
1559 đến 1610 megahertz (MHz), được gọi là dải tần L1, E1, B1
1215 đến 1300 MHz, được gọi là các dải tần L2, E6, B3, L6
1164 đến 1215 MHz, được gọi là các dải tần L5, E5, B2, L3
Xin lưu ý rằng băng tần L đề cập đến dải tần từ 1525 đến 1559 MHz, trong đó nhiều vệ tinh khác nhau truyền tín hiệu hiệu chuẩn.
Nhu cầu về ăng-ten băng thông rộng hoặc đa băng tần có thể bắt nguồn từ truyền thông không dây đầu thế kỷ 20 và có hai phương pháp phổ biến vào thời điểm đó. Một phương pháp là sử dụng "bộ lọc khía" vật lý hoặc cuộn dây có tải để làm cho một ăng-ten băng hẹp duy nhất cộng hưởng ở hai tần số trung tâm khác nhau. Một cách tiếp cận khác là sử dụng một ăng-ten duy nhất được thiết kế cho hiệu suất băng thông rộng.
Cả hai giải pháp này đều không lý tưởng cho ăng-ten GNSS trong các thiết kế hệ thống nhỏ gọn ngày nay. Phương pháp lọc notch yêu cầu cuộn cảm và tụ điện riêng biệt tương đối lớn, trong khi ăng-ten băng thông rộng có thể làm ảnh hưởng đến các đặc tính quan trọng về hiệu suất như độ lợi và hiệu suất.
Phương pháp ăng-ten tốt hơn
Giờ đây, bạn có thể đạt được giải pháp tốt hơn thông qua ăng-ten dòng Inception của Taoglas Limited. Ví dụ: HP5354. A (Hình 2) là ăng-ten vá GNSS thụ động đa băng tần, 1160 đến 1610 MHz được thiết kế để cải thiện độ chính xác định vị. Ăng-ten vá tổng hợp dựa trên gốm cải tiến này đã tối ưu hóa mức tăng cho các dải tần Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1) và Galileo (E1/E5a).
Hình 2: HP5354. A là ăng-ten phẳng nhỏ gọn được tối ưu hóa cho hiệu suất GNSS băng tần kép (L1 và L5). (Nguồn hình ảnh: Taoglas Limited)
Kích thước của HP5354. A có kích thước 35 × 35 mm (mm) và chiều cao là 4 mm, rất phù hợp với các thiết kế nhỏ gọn và phẳng. Gói 11 chân sử dụng ba chân làm giao diện tín hiệu thu (hai chân cho dải tần L1 và một chân cho dải tần L5) và các chân còn lại được sử dụng để nối đất.
Sau khi điều chỉnh và xác minh, HP5354. Ăng-ten đa nguồn được trang bị mặt phẳng nối đất 70 × 70 mm có đặc tính bức xạ tuyệt vời. Ăng-ten này có thể bao phủ các dải tần theo yêu cầu của hệ thống GNSS L1/L5 thế hệ mới và mô tả đầy đủ các tham số chính liên quan đến tần số trong hai dải tần này, bao gồm suy hao phản hồi, tỷ lệ sóng điện áp đứng (VSWR), hiệu suất bức xạ, mức tăng trung bình, mức tăng cực đại, tỷ lệ trục, độ lệch tâm pha, độ lệch tâm pha và độ trễ nhóm.
Sử dụng Taoglas HP5354. Một ăng-ten
Mặc dù HP5354. Ăng-ten có thể được ghép nối với các mô-đun giao diện người dùng do người dùng cung cấp, việc Taoglas sử dụng mô-đun RF TFM.100A GNSS giúp đơn giản hóa quá trình phát triển chuỗi tín hiệu cơ bản. Mô-đun hiệu suất cao này bao gồm các dải tần kép L1/L5 và được thiết kế đặc biệt cho các hệ thống ăng-ten vá đa nguồn cấp dữ liệu.
TFM.100A có bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) hai tầng có thể cung cấp mức tăng trên 25 decibel (dB) ở tất cả các dải tần, trong khi hệ số nhiễu dưới 3 dB. Mô-đun này sử dụng cấu trúc liên kết sóng âm bề mặt (SAW)/LNA/SAW/LNA trong cả đường dẫn tín hiệu tần số thấp và tần số cao để ngăn chặn nhiễu ngoài băng tần (OOB) không cần thiết do điều khiển quá mức các LNA hoặc máy thu GNSS.
Bộ lọc SAW trong TFM.100A đã được lựa chọn và đặt cẩn thận để thực hiện triệt tiêu OOB tuyệt vời trong khi vẫn duy trì chỉ số tiếng ồn ở mức thấp 3 dB. Thiết bị gắn trên bề mặt dễ tích hợp này có kích thước 20 × 18 mm và được cấp nguồn bằng một nguồn điện duy nhất có dải điện áp từ 1,8 đến 5,5 VDC.
Taoglas cũng cung cấp bảng đánh giá AHPD5354A phù hợp (Hình 3), giúp đơn giản hóa hơn nữa việc tích hợp HP5354. A với hệ thống hoàn chỉnh. Bảng đánh giá sử dụng bộ tiền khuếch đại RF TFM.100A và Taoglas HC125A, đây là bộ ghép lai 3 dB phẳng hiệu suất cao được thiết kế cho các ứng dụng GNSS đa tần số đa nguồn cấp dữ liệu. HP5354. A, TFM.100A và HC125A hoạt động cùng nhau như một chuỗi tín hiệu tích hợp.