Pada akhir tahun 1980-an, Global Positioning System (GPS) berhasil dioperasikan secara komersial di Amerika Serikat. Terinspirasi oleh hal ini, banyak negara lain di dunia juga mengembangkan dan meluncurkan GPS versi mereka sendiri, yang secara kolektif dikenal sebagai Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS). Dalam 25 tahun terakhir, teknologi GNSS terus berkembang dan memainkan peran penting dalam dunia yang saling terhubung. Saat ini, GNSS mencakup Galileo dari Uni Eropa, GLONASS dari Rusia, Beidou dari Tiongkok, IRNSS/NavIC dari India, dan QZSS dari Jepang. Dibandingkan dengan penerima GPS tradisional yang hanya menggunakan sistem satelit GPS, sistem penerima GNSS menggunakan beberapa pita frekuensi untuk bekerja dalam koordinasi dengan beberapa konstelasi satelit, sehingga mencapai akurasi dan keandalan yang lebih tinggi.
Antena adalah komponen kunci penerima, memainkan peran penting dalam menangkap sinyal radio lemah yang dipancarkan satelit untuk menentukan lokasi, navigasi, dan waktu pengguna secara tepat. Oleh karena itu, penerima GNSS perlu menggunakan beberapa pita frekuensi, yang sesuai dengan pita frekuensi radio (RF) yang lebih rendah dan lebih tinggi yang ditransmisikan oleh sistem navigasi satelit berbeda di luar angkasa. Pita frekuensi dan frekuensi yang dicakup oleh penerima GNSS dirangkum sebagai berikut:
Rentang frekuensi pita frekuensi L1, E1, dan B1 adalah 1559 MHz hingga 1610 MHz
Rentang frekuensi pita frekuensi L2, E6, B3, dan L6 adalah 1217 MHz hingga 1300 MHz
Rentang frekuensi pita frekuensi L5, E5, B2, dan L3 adalah 1164 MHz hingga 1217 MHz
Oleh karena itu, penerima GNSS menggunakan antena broadband atau multi band yang dapat menangani berbagai rentang frekuensi yang digunakan oleh berbagai jaringan satelit luar angkasa. Penggunaan frekuensi multi band dapat meningkatkan akurasi posisi dan keandalan sistem penerima GNSS, mengurangi kesalahan dan interferensi sinyal, serta memungkinkan antena GNSS memberikan kinerja luar biasa di lingkungan yang luas dan keras.
Antena patch bersarang multi band
Karena penggunaan antena bertumpuk yang besar dan besar pada sistem penerima GPS awal, yang menghabiskan banyak ruang, terdapat permintaan yang tinggi untuk solusi yang ringkas dan datar dalam beberapa tahun terakhir. Agar dapat memenuhi persyaratan modul front-end GNSS RF modern secara efisien dan hemat biaya, Taoglas Limited telah merancang dan mengembangkan teknologi antena yang sangat baik untuk aplikasi yang sangat terbatas dan presisi. Seri Inception perusahaan HP5354. A adalah antena patch pasif dengan beberapa pita frekuensi mulai dari 1160 MHz hingga 1610 MHz, yang dirancang untuk meningkatkan akurasi posisi, ketahanan, dan keandalan. Ini mengadopsi teknologi antena patch bersarang keramik yang inovatif, menyematkan dua antena dalam dimensi eksternal yang sama dengan antena GPS frekuensi tunggal (Gambar 1). Oleh karena itu, ini dapat memastikan penguatan polarisasi yang dioptimalkan untuk pita frekuensi Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1), dan Galileo (E1/E5a) (termasuk IRNSS/NavIC (L5)). Ini juga memastikan kompatibilitas dengan berbagai aplikasi di lokasi mana pun.
Gambar HP5354. Antena dalam seri entry-level dari Tao Glass Co., Ltd
Gambar 1: Seri awal HP5354. A adalah antena patch bersarang datar yang digunakan untuk sistem penerima GNSS. (Sumber gambar: Taoglas Limited)
HP5354. A telah dioptimalkan untuk kinerja dual band dan merupakan antena kompak dan datar dengan dimensi 35 mm x 35 mm dan tinggi 4 mm. Ini dilengkapi dengan paket keramik pemasangan permukaan 11 pin, dengan tiga pin digunakan untuk menangkap sinyal radio ortogonal di pita frekuensi L1 dan L5. Dua dari tiga pin ini digunakan untuk menerima sinyal pada pita frekuensi L1, dan pin ketiga digunakan untuk menerima sinyal pada pita frekuensi L5. Delapan pin sisanya di-ground.
Untuk mendapatkan rasio aksial yang optimal dan sinyal terpolarisasi sirkular tangan kanan (RHCP) pada ujung keluaran, dua sinyal masukan pada pita frekuensi L1 digabungkan menggunakan coupler hybrid yang direkomendasikan HC125A (Gambar 2). HC125A mengadopsi paket pemasangan permukaan datar (tinggi 1,5 mm), dengan kehilangan penyisipan rendah dan amplitudo keluaran seimbang, cocok untuk aplikasi GNSS multi band.
Diagram skema penggunaan hybrid coupler yang direkomendasikan untuk menggabungkan dua sinyal input pada pita frekuensi L1
Gambar 2: Dua sinyal input dari pita frekuensi L1 digabungkan dalam coupler hibrid HC125A untuk memastikan rasio sumbu optimal sekaligus menghasilkan sinyal RHCP. (Sumber gambar: Taoglas Limited)
Selain itu, antena titik makan ganda telah disetel dan diuji pada bidang tanah berukuran 70 mm x 70 mm, dan telah menunjukkan pola radiasi yang sangat baik. Selain itu, ini secara komprehensif mengkarakterisasi parameter utama yang terkait dengan frekuensi dalam dua pita frekuensi. Parameter tersebut meliputi return loss, rasio gelombang berdiri tegangan (VSWR), efisiensi, penguatan rata-rata, penguatan puncak, rasio aksial, offset pusat fasa, variasi pusat fasa, dan penundaan grup.
Antena titik makan ganda memiliki bentuk datar dan dapat digunakan secara luas dalam situasi di mana desain patch bertumpuk tradisional terlalu besar dan tinggi. Aplikasi yang direkomendasikan mencakup navigasi, pelacakan industri, kendaraan otonom dan robotika, serta perangkat yang dapat dikenakan, pelacak aset kecil, dan pertanian presisi.
Membangun rantai sinyal RF front-end
Meskipun antena GNSS multi band dapat dikombinasikan dengan front-end GNSS milik pengguna, Taoglas secara signifikan menyederhanakan desain rantai sinyal dengan menggunakan modul front-end GNSS TFM.100A yang dirancang khusus untuk antena patch multi feed point.
Modul ini mencakup penguat kebisingan rendah (LNA) dua tahap dengan penguatan melebihi 25 desibel (dB) di semua pita frekuensi dan angka kebisingan (NF) kurang dari 3 dB. Ia menggunakan filter gelombang akustik permukaan (SAW) yang dikombinasikan dengan LNA untuk membentuk topologi SAW/LNA/SAW/LNA, sambil memproses jalur sinyal frekuensi rendah dan frekuensi tinggi untuk menekan interferensi out of band (OOB) yang tidak perlu dan mencegah kelebihan beban pada amplifier atau penerima kebisingan rendah GNSS. Filter SAW di TFM.100A telah dipilih dan ditempatkan dengan cermat untuk melakukan penekanan OOB yang sangat baik sekaligus mempertahankan angka kebisingan rendah 3 dB. Perangkat pemasangan permukaan yang mudah diintegrasikan ini berukuran 20 × 18 mm dan ditenagai oleh satu catu daya mulai dari 1,8 hingga 5,5 VDC. Rentang tegangan input yang lebar memungkinkan modul front-end diintegrasikan dengan mudah ke sebagian besar receiver GNSS.