يُستخدم هوائي GNSS لاستقبال إشارات تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية لأغراض الملاحة والتتبع والتوقيت والتطبيقات القائمة على الموقع. GNSS هو اختصار لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، ويشمل أنظمة الأقمار الصناعية مثل GPS وBeiDou وGalileo وGLONASS.
تُستخدم هوائيات GNSS على نطاق واسع في أجهزة تتبع GPS، والمركبات، والطائرات المسيّرة، وأجهزة تتبع الأصول، ومعدات الزراعة الذكية، وأنظمة الملاحة، وأجهزة التوقيت، ومنتجات إنترنت الأشياء الصناعية.
يُعد اختيار هوائي GNSS المناسب أمرًا مهمًا لأن أداء تحديد المواقع لا يعتمد فقط على وحدة GNSS، بل يعتمد أيضًا على نوع الهوائي، والنطاق الترددي، والاستقطاب، والكسب، وتصميم LNA، وطول الكابل، وموضع التركيب، والبيئة المحيطة.
ما هو هوائي GNSS؟
صُمم هوائي GNSS لاستقبال إشارات الأقمار الصناعية الضعيفة من الفضاء. هذه الإشارات أضعف بكثير من العديد من الإشارات اللاسلكية الأرضية، لذا يتطلب تصميم هوائي GNSS اهتمامًا دقيقًا بالحساسية، والاستقطاب، والضوضاء، وظروف التركيب.
قد يكون هوائي GNSS:
- داخلي أو خارجي
- نشط أو سلبي
- مدمج أو مثبت مغناطيسيًا
- هوائي رقعة خزفي أو هوائي مرن
- مقاوم للماء أو غير مقاوم للماء
- أحادي النطاق أو متعدد النطاقات
يعتمد الخيار الأفضل على بنية المنتج ومتطلبات تحديد المواقع.
1. تأكد من نطاق تردد GNSS
الخطوة الأولى في اختيار هوائي GNSS هي تأكيد نطاق التردد المطلوب. تستخدم العديد من تطبيقات GNSS نطاق GPS L1، لكن الأجهزة الحديثة قد تدعم أيضًا أنظمة أقمار صناعية متعددة ونطاقات تردد متعددة.
تشمل أنظمة GNSS الشائعة:
- GPS
- BeiDou
- Galileo
- GLONASS
- QZSS
- NavIC
قد يحتاج جهاز تتبع بسيط إلى هوائي GNSS أحادي النطاق فقط، بينما قد تتطلب منتجات تحديد المواقع عالية الدقة دعم هوائي GNSS متعدد النطاقات.
يجب أن يتوافق نطاق تردد الهوائي مع وحدة GNSS. إذا لم يغطِّ الهوائي النطاقات المطلوبة، فقد يكون أداء تحديد المواقع ضعيفًا أو غير مستقر.
2. هوائي GNSS نشط أو هوائي GNSS سلبي
يمكن أن تكون هوائيات GNSS نشطة أو سلبية.
A هوائي GNSS سلبي يستقبل إشارة القمر الصناعي فقط ويرسلها إلى وحدة GNSS. لا يتضمن مضخّمًا. غالبًا ما تُستخدم الهوائيات السلبية عندما يكون الهوائي قريبًا من الوحدة ومسار الإشارة قصيرًا.
An هوائي GNSS نشط يتضمن مضخّمًا منخفض الضوضاء، يُسمى عادةً LNA. يساعد LNA على تضخيم إشارات الأقمار الصناعية الضعيفة قبل انتقالها عبر الكابل إلى وحدة GNSS.
تُستخدم هوائيات GNSS النشطة عادةً عندما:
- يكون كابل الهوائي طويلًا
- الإشارة ضعيفة
- يُثبَّت الهوائي خارج الجهاز
- يلزم توفر حساسية أعلى
- تقع الوحدة بعيدًا عن الهوائي
بالنسبة للعديد من منتجات التتبع والملاحة، تُعد هوائيات GNSS النشطة خيارًا شائعًا.
3. ضع الاستقطاب الدائري في الاعتبار
تستخدم العديد من هوائيات GNSS الاستقطاب الدائري، وغالبًا الاستقطاب الدائري الأيمن، أو RHCP. يساعد الاستقطاب الدائري الهوائي على استقبال إشارات الأقمار الصناعية القادمة من زوايا مختلفة.
نظرًا لأن أقمار GNSS الصناعية تتحرك عبر السماء وقد تتأثر الإشارات بالانعكاس، فإن الاستقطاب الدائري مهم للاستقبال المستقر.
في تطبيقات GNSS، لا ينبغي تجاهل الاستقطاب. فقد يؤدي سوء توافق الاستقطاب إلى تقليل قوة الإشارة والتأثير على موثوقية تحديد المواقع.
4. تحقق من كسب الهوائي وكسب LNA ومعامل الضوضاء
بالنسبة لهوائيات GNSS النشطة، تشمل معلمات الأداء المهمة كسب الهوائي وكسب LNA ومعامل الضوضاء.
- كسب الهوائي يؤثر في مدى جودة استقبال الهوائي لإشارات الأقمار الصناعية من السماء
- كسب LNA يساعد في تضخيم الإشارات الضعيفة قبل أن تقللها خسائر الكابل
- معامل الضوضاء يؤثر في جودة الإشارة بعد التضخيم
لا يكون كسب LNA المرتفع أفضل دائمًا. فإذا كان الكسب مرتفعًا جدًا، فقد يؤدي إلى تحميل وحدة GNSS بشكل زائد في بعض الأنظمة. وينبغي أن يتوافق الكسب الصحيح مع الوحدة وطول الكابل وبيئة التطبيق.
5. اختر هوائي GNSS داخليًا أو خارجيًا
يُثبّت هوائي GNSS الداخلي داخل غلاف الجهاز. وهو مناسب للمنتجات المدمجة التي تتطلب مظهرًا أنيقًا، مثل أجهزة التتبع والأجهزة القابلة للارتداء وبطاقات تتبع الأصول والمحطات الطرفية الذكية.
يُركّب هوائي GNSS خارجي خارج الجهاز. ويُستخدم غالبًا عندما تكون هناك حاجة إلى رؤية أفضل للأقمار الصناعية، أو هيكل مقاوم للماء، أو تثبيت مغناطيسي، أو تركيب في المركبة.
يعتمد الاختيار على:
- حجم المنتج
- مادة الهيكل
- المساحة المتاحة للهوائي
- بيئة التركيب
- دقة تحديد المواقع المطلوبة
- طول الكابل
- متطلبات مقاومة الماء
- ما إذا كان الجهاز ثابتًا أم متحركًا
إذا كان هيكل الجهاز يحتوي على معدن أو كانت البطاريات أو الشاشات تحجب الهوائي، فقد يوفر هوائي GNSS خارجي أداءً أفضل.
6. تقييم موضع التركيب
يُعدّ موضع تركيب هوائي GNSS بالغ الأهمية. ولأن هوائيات GNSS تستقبل الإشارات من الأقمار الصناعية فوق الجهاز، ينبغي أن تكون للهوائي رؤية واضحة للسماء كلما أمكن ذلك.
قد يؤدي التركيب غير السليم إلى:
- ضعف استقبال إشارة الأقمار الصناعية
- استغراق وقت طويل لتحديد المواقع
- بيانات الموقع غير مستقرة
- انخفاض دقة تحديد المواقع
- فقدان الإشارة بسبب الحجب المعدني
- مشكلات تعدد المسارات الناتجة عن الانعكاس
بالنسبة لهوائيات GNSS الداخلية، يجب عادةً وضع الهوائي بالقرب من الجانب العلوي للجهاز وبعيدًا عن الأجزاء المعدنية والبطاريات والشاشات والدوائر عالية السرعة.
7. التحقق من متطلبات الكابل والموصل ومقاومة الماء
بالنسبة لهوائيات GNSS الخارجية، يجب مراعاة تصميم الكابل والموصل بعناية.
تشمل العوامل المهمة:
- طول الكابل
- فقدان الكابل
- نوع الموصل
- هيكل مقاوم للماء
- طريقة التركيب
- قاعدة مغناطيسية أو تثبيت لولبي
- متانة الاستخدام الخارجي
- مقاومة الاهتزاز
تشمل الموصلات الشائعة SMA وFakra وMCX وMMCX وIPEX وU.FL وموصلات RF المخصصة.
بالنسبة لتطبيقات المركبات والاستخدام الخارجي، يُعد الهيكل المقاوم للماء ومتانة الكابل أمرًا مهمًا بشكل خاص.
8. هوائي GNSS قياسي أم هوائي GNSS مخصص؟
يمكن لهوائي GNSS قياسي أن يعمل بشكل جيد في العديد من التطبيقات. ومع ذلك، قد تكون هناك حاجة إلى تصميم هوائي GNSS مخصص عندما يكون للمنتج متطلبات خاصة تتعلق بالحجم أو مساحة التركيب أو طول الكابل أو نوع الموصل أو الهيكل المقاوم للماء أو أداء تحديد المواقع.
قد يكون هوائي GNSS مخصص مفيدًا عندما:
- تتوفر مساحة محدودة للهوائي في الجهاز
- يجب أن يكون الهوائي مدمجًا داخل المنتج
- يؤثر الهيكل على استقبال إشارات الأقمار الصناعية
- يتطلب المنتج دمج LTE + GNSS أو WiFi + GNSS
- يجب تخصيص طول الكابل أو الموصل
- يتطلب المنتج مقاومة للماء أو متانة للاستخدام الخارجي
- لا تستطيع الهوائيات القياسية توفير أداء مستقر لتحديد الموقع
يمكن أن يساعد حل الهوائي المخصص في تحسين بنية الهوائي، وتصميم LNA، والكابل، والموصل، وموضع التركيب، وأداء تحديد المواقع النهائي.
الأسئلة الشائعة
ما هو هوائي GNSS؟
هوائي GNSS هو هوائي يُستخدم لاستقبال إشارات تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية من أنظمة مثل GPS وBeiDou وGalileo وGLONASS.
ما الفرق بين هوائيات GPS وGNSS؟
GPS هو أحد أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية، بينما يشير GNSS إلى أنظمة ملاحة عالمية متعددة عبر الأقمار الصناعية. وقد يدعم هوائي GNSS نظام GPS وأنظمة أخرى.
هل أختار هوائي GNSS نشطًا أم سلبيًا؟
اختر هوائي GNSS نشطًا عندما يكون الكابل طويلًا أو تكون الإشارة ضعيفة أو عند الحاجة إلى حساسية أعلى. قد تكون الهوائيات السلبية مناسبة عندما يكون الهوائي قريبًا من الوحدة.
لماذا تستخدم هوائيات GNSS الاستقطاب الدائري؟
يساعد الاستقطاب الدائري على استقبال إشارات الأقمار الصناعية من زوايا مختلفة، ويدعم أداءً أكثر استقرارًا في تحديد المواقع.
الخلاصة
يتطلب اختيار هوائي GNSS التفكير بعناية في النطاق الترددي، والتصميم النشط أو السلبي، والاستقطاب الدائري، وكسب الهوائي، وكسب LNA، وطول الكابل، ونوع الموصل، وموضع التركيب، والمتطلبات البيئية.
إذا لم يتمكن هوائي GNSS القياسي من تلبية متطلباتك من حيث الحجم أو النطاق الترددي أو الكابل أو الموصل أو البنية المقاومة للماء أو أداء تحديد المواقع، فيمكن لفريق هندسة RF لدينا المساعدة في تطوير حل هوائي GNSS مخصص من التصميم إلى الإنتاج.
