GNSS-антенна используется для приёма сигналов спутникового позиционирования для навигации, отслеживания, синхронизации времени и приложений на основе местоположения. GNSS расшифровывается как Global Navigation Satellite System (глобальная навигационная спутниковая система) и включает такие спутниковые системы, как GPS, BeiDou, Galileo и GLONASS.
GNSS-антенны широко применяются в GPS-трекерах, транспортных средствах, дронах, устройствах отслеживания активов, оборудовании для умного сельского хозяйства, навигационных системах, устройствах синхронизации времени и промышленных IoT-устройствах.
Правильный выбор GNSS-антенны важен, поскольку на качество позиционирования влияет не только GNSS-модуль, но и тип антенны, диапазон частот, поляризация, усиление, конструкция LNA, длина кабеля, место установки и окружающая среда.
Что такое GNSS-антенна?
GNSS-антенна предназначена для приёма слабых спутниковых сигналов из космоса. Эти сигналы значительно слабее многих наземных беспроводных сигналов, поэтому при проектировании GNSS-антенны необходимо уделять особое внимание чувствительности, поляризации, уровню шума и условиям установки.
GNSS-антенна может быть:
- Внутренней или внешней
- Активной или пассивной
- Встраиваемой или с магнитным креплением
- Керамической патч-антенной или гибкой антенной
- Водонепроницаемой или без защиты от воды
- Однодиапазонной или многодиапазонной
Оптимальный выбор зависит от конструкции изделия и требований к позиционированию.
1. Определите диапазон частот GNSS
Первый шаг при выборе GNSS-антенны — определить требуемый частотный диапазон. Многие GNSS-приложения используют диапазон GPS L1, но современные устройства также могут поддерживать несколько спутниковых систем и несколько частотных диапазонов.
К распространённым GNSS-системам относятся:
- GPS
- BeiDou
- Galileo
- GLONASS
- QZSS
- NavIC
Простому трекеру может понадобиться только одночастотная GNSS-антенна, а высокоточным продуктам для позиционирования может потребоваться поддержка многочастотной GNSS-антенны.
Частотный диапазон антенны должен соответствовать GNSS-модулю. Если антенна не охватывает требуемые диапазоны, производительность позиционирования может быть низкой или нестабильной.
2. Активная GNSS-антенна или пассивная GNSS-антенна
GNSS-антенны бывают активными и пассивными.
A Пассивная GNSS-антенна только принимает спутниковый сигнал и передаёт его в GNSS-модуль. Она не содержит усилителя. Пассивные антенны часто используются, когда антенна расположена близко к модулю и путь сигнала короткий.
An активная GNSS-антенна включает малошумящий усилитель, обычно называемый LNA. LNA помогает усилить слабые спутниковые сигналы, прежде чем они пройдут по кабелю к GNSS-модулю.
Активные GNSS-антенны обычно используются, когда:
- Антенный кабель длинный
- Сигнал слабый
- Антенна установлена вне устройства
- Требуется более высокая чувствительность
- Модуль расположен далеко от антенны
Для многих продуктов для отслеживания и навигации активные GNSS-антенны являются распространённым выбором.
3. Учитывайте круговую поляризацию
Многие GNSS-антенны используют круговую поляризацию, часто правостороннюю круговую поляризацию, или RHCP. Круговая поляризация помогает антенне принимать спутниковые сигналы, приходящие под разными углами.
Поскольку спутники GNSS перемещаются по небу, а на сигналы может влиять отражение, круговая поляризация важна для стабильного приёма.
Для GNSS-приложений нельзя пренебрегать поляризацией. Плохое согласование поляризации может снизить уровень сигнала и повлиять на надёжность позиционирования.
4. Проверьте усиление антенны, усиление LNA и коэффициент шума
Для активных GNSS-антенн важные параметры производительности включают усиление антенны, усиление LNA и коэффициент шума.
- Усиление антенны влияет на то, насколько хорошо антенна принимает спутниковые сигналы с неба
- Усиление LNA помогает усилить слабые сигналы до того, как потери в кабеле их ослабят
- Коэффициент шума влияет на качество сигнала после усиления
Высокое усиление LNA не всегда лучше. Если усиление слишком высокое, в некоторых системах оно может перегрузить GNSS-модуль. Правильное усиление должно соответствовать модулю, длине кабеля и условиям эксплуатации.
5. Выберите внутреннюю или внешнюю GNSS-антенну
Внутренняя GNSS-антенна устанавливается внутри корпуса устройства. Она подходит для компактных продуктов с аккуратным внешним видом, таких как трекеры, носимые устройства, метки для активов и смарт-терминалы.
Внешняя GNSS-антенна устанавливается снаружи устройства. Она часто используется, когда требуется лучшая видимость спутников, герметичная конструкция, магнитное крепление или установка на транспортном средстве.
Выбор зависит от:
- Размер продукта
- Материал корпуса
- Доступное место для антенны
- Условия установки
- Требуемая точность позиционирования
- Длина кабеля
- Требования к влагозащите
- Является ли устройство стационарным или подвижным
Если корпус устройства содержит металл или антенна экранируется аккумуляторами или экранами, внешняя GNSS-антенна может обеспечить лучшую производительность.
6. Оценка места установки
Размещение GNSS-антенны чрезвычайно важно. Поскольку GNSS-антенны принимают сигналы со спутников, находящихся над устройством, антенна должна по возможности иметь прямой обзор неба.
Неправильная установка может привести к:
- Слабый прием спутникового сигнала
- Длительное время позиционирования
- Нестабильные данные о местоположении
- Пониженная точность позиционирования
- Потеря сигнала из-за экранирования металлом
- Проблемы многолучевого распространения, вызванные отражениями
Для внутренних антенн GNSS антенну обычно следует размещать у верхней стороны устройства, вдали от металлических деталей, аккумуляторов, дисплеев и высокоскоростных цепей.
7. Проверьте требования к кабелю, разъему и влагозащите
Для внешних антенн GNSS необходимо тщательно продумать конструкцию кабеля и разъема.
К важным факторам относятся:
- Длина кабеля
- Потери в кабеле
- Тип разъема
- Влагозащищенная конструкция
- Способ монтажа
- Магнитное основание или винтовое крепление
- Долговечность на открытом воздухе
- Устойчивость к вибрации
Распространенные разъемы: SMA, Fakra, MCX, MMCX, IPEX, U.FL и нестандартные ВЧ-разъемы.
Для автомобильных и уличных применений особенно важны влагозащищенная конструкция и долговечность кабеля.
8. Стандартная антенна GNSS или антенна GNSS на заказ?
Стандартная антенна GNSS может хорошо работать во многих применениях. Однако может потребоваться разработка антенны GNSS по индивидуальным требованиям, если к продукту предъявляются особые требования по размеру, монтажному пространству, длине кабеля, типу разъема, влагозащищенной конструкции или точности позиционирования.
Индивидуальная GNSS-антенна может пригодиться, если:
- В устройстве ограничено место для антенны
- Антенну необходимо встроить в изделие
- Корпус влияет на прием спутникового сигнала
- Требуется интеграция LTE + GNSS или Wi-Fi + GNSS
- Длину кабеля или разъем необходимо изготовить по индивидуальному заказу
- Требуется водонепроницаемость или стойкость к уличным условиям
- Стандартные антенны не обеспечивают стабильное позиционирование
Индивидуальное антенное решение помогает оптимизировать конструкцию антенны, конструкцию LNA, кабель, разъем, место установки и итоговые характеристики позиционирования.
Вопросы и ответы
Что такое GNSS-антенна?
GNSS-антенна — это антенна для приема сигналов спутникового позиционирования от таких систем, как GPS, BeiDou, Galileo и GLONASS.
В чем разница между GPS- и GNSS-антеннами?
GPS — одна из спутниковых навигационных систем, а GNSS — это несколько глобальных навигационных спутниковых систем. GNSS-антенна может поддерживать GPS и другие системы.
Какую GNSS-антенну выбрать — активную или пассивную?
Выбирайте активную GNSS-антенну, если кабель длинный, сигнал слабый или требуется более высокая чувствительность. Пассивные антенны могут подойти, если антенна находится близко к модулю.
Почему в GNSS-антеннах применяется круговая поляризация?
Круговая поляризация помогает принимать спутниковые сигналы под разными углами и обеспечивает более стабильные характеристики позиционирования.
Заключение
При выборе GNSS-антенны необходимо тщательно учитывать диапазон частот, активную или пассивную конструкцию, круговую поляризацию, усиление антенны, усиление LNA, длину кабеля, тип разъема, место установки и требования к условиям эксплуатации.
Если стандартная GNSS-антенна не отвечает вашим требованиям к размеру, диапазону частот, кабелю, разъему, водонепроницаемой конструкции или характеристикам позиционирования, наша команда RF-инженеров может помочь разработать индивидуальное решение для GNSS-антенны от проектирования до производства.
