Sejak dikembangkan di bawah kepemimpinan Departemen Pertahanan AS (DoD) pada akhir tahun 1970an dan diperluas hingga tahun 1980an, peran dan penerapan Sistem Pemosisian Global (GPS) telah berkembang secara eksponensial. Sistem ini awalnya hanya digunakan untuk navigasi dan panduan rudal, namun kini telah diintegrasikan ke dalam pelacakan dan pemantauan aset, mengemudi mobil secara otonom, pertanian, perangkat yang dapat dikenakan, dan banyak penggunaan akhir lainnya yang tidak pernah dibayangkan oleh para pendirinya.
Setelah keberhasilan penerapan GPS di Amerika Serikat, negara dan wilayah lain juga telah mengembangkan dan meluncurkan sistem GPS terkait, yang secara kolektif dikenal sebagai Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS). GNSS mencakup GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, dan Beidou Tiongkok, serta dua sistem GNSS regional: QZSS Jepang dan IRNSS/NavIC India.
Meskipun sistem penerima GPS awal berukuran besar dan hampir tidak mungkin dimasukkan ke dalam bagasi mobil, teknologi modern telah menyederhanakan mesin inti GNSS menjadi satu sirkuit terintegrasi (IC). Terlepas dari jenis GNSS, semua sistem ini memerlukan antena yang dioptimalkan untuk menerima sinyal RF ultra lemah dari susunan satelit GNSS. Ketika ukuran penerima GNSS menyusut dan kebutuhan daya berkurang, ukuran antena juga harus dikurangi.
Namun, hal ini merupakan tantangan bagi receiver yang harus menangani beberapa sistem GNSS atau pita frekuensi. Penerima memerlukan antena yang dapat menangani pita RF rendah dan tinggi dari berbagai sistem yang digunakan (Gambar 1).
Gambar 1: Saat ini, alokasi frekuensi GNSS dan pita frekuensi yang direncanakan oleh berbagai sistem yang digunakan memiliki koeksistensi yang tumpang tindih dan pemisahan silang. (Sumber gambar: Taoglas Limited)
Alokasi pita frekuensi dan frekuensi GNSS adalah sebagai berikut:
1559 hingga 1610 megahertz (MHz), dikenal sebagai pita frekuensi L1, E1, B1
1215 hingga 1300 MHz, disebut sebagai pita frekuensi L2, E6, B3, L6
1164 hingga 1215 MHz, dikenal sebagai pita frekuensi L5, E5, B2, L3
Harap dicatat bahwa L-band mengacu pada rentang frekuensi 1525 hingga 1559 MHz, di mana berbagai satelit mengirimkan sinyal kalibrasi.
Permintaan antena broadband atau multi band dapat ditelusuri kembali ke komunikasi nirkabel awal di awal abad ke-20, dan ada dua metode umum pada saat itu. Salah satu metodenya adalah dengan menggunakan "filter takik" fisik atau kumparan berbeban untuk menyebabkan antena pita sempit tunggal beresonansi pada dua frekuensi pusat yang berbeda. Pendekatan lain adalah dengan menggunakan antena tunggal yang dirancang untuk kinerja broadband.
Kedua solusi ini tidak ideal untuk antena GNSS dalam desain sistem kompak saat ini. Metode filter takik memerlukan induktor dan kapasitor diskrit yang relatif besar, sedangkan antena broadband dapat membahayakan sifat kinerja penting seperti penguatan dan efisiensi.
Metode antena yang lebih baik
Kini solusi yang lebih baik dapat dicapai melalui antena seri Inception Taoglas Limited. Misalnya HP5354. A (Gambar 2) adalah antena patch GNSS pasif multi-band, 1160 hingga 1610 MHz yang dirancang untuk meningkatkan akurasi posisi. Antena patch komposit berbasis keramik yang inovatif ini telah mengoptimalkan penguatan untuk pita frekuensi Beidou (B1/B2a), GPS/QZSS (L1/L5), GLONASS (G1), dan Galileo (E1/E5a).
Gambar 2: HP5354. A adalah antena datar ringkas yang dioptimalkan untuk kinerja GNSS dual band (L1 dan L5). (Sumber gambar: Taoglas Limited)
Ukuran HP5354. A berukuran 35 × 35 milimeter (mm) dan tingginya 4 mm, sangat cocok untuk desain kompak dan datar. Paket 11 pin menggunakan tiga pin sebagai antarmuka sinyal penerima (dua untuk pita frekuensi L1 dan satu untuk pita frekuensi L5), dan pin sisanya digunakan untuk grounding.
Setelah penyetelan dan verifikasi, HP5354. Antena multi feed yang dilengkapi dengan bidang grounding 70 × 70 mm memiliki karakteristik radiasi yang sangat baik. Antena ini dapat mencakup pita frekuensi yang dibutuhkan oleh sistem GNSS L1/L5 generasi baru dan sepenuhnya mengkarakterisasi parameter terkait frekuensi utama dalam dua pita frekuensi ini, termasuk return loss, rasio gelombang berdiri tegangan (VSWR), efisiensi radiasi, penguatan rata-rata, penguatan puncak, rasio sumbu, offset pusat fase, penyimpangan pusat fase, dan penundaan grup.
Menggunakan Taoglas HP5354. Sebuah antena
Meskipun HP5354. Antena dapat dipasangkan dengan modul front-end yang disediakan pengguna, penggunaan modul TFM.100A GNSS RF oleh Taoglas menyederhanakan proses pengembangan rantai sinyal yang mendasarinya. Modul berkinerja tinggi ini mencakup pita frekuensi ganda L1/L5 dan dirancang khusus untuk sistem antena patch multi feed.
TFM.100A memiliki penguat kebisingan rendah (LNA) dua tahap yang dapat memberikan penguatan lebih dari 25 desibel (dB) di semua pita frekuensi, sedangkan angka kebisingan di bawah 3 dB. Modul ini menggunakan topologi gelombang akustik permukaan (SAW)/LNA/SAW/LNA di jalur sinyal frekuensi rendah dan tinggi untuk mencegah interferensi out of band (OOB) yang tidak perlu dari penggerak LNA atau penerima 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.
Taoglas juga menyediakan papan evaluasi AHPD5354A yang cocok (Gambar 3), yang semakin menyederhanakan integrasi HP5354. A dengan sistem yang lengkap. Papan evaluasi mengadopsi preamplifier RF TFM.100A dan Taoglas HC125A, yang merupakan coupler hybrid 3 dB berkinerja tinggi yang dirancang untuk aplikasi GNSS multi feed multi frekuensi. HP5354. A, TFM.100A, dan HC125A bekerja sama sebagai rantai sinyal terintegrasi.