Когда дело доходит до таких секторов, как IIoT, автономная навигация и высокоточная геодезия, эффективность позиционирования во многом зависит от правильной радиочастотной конструкции на входе. В то же время производители оборудования и специалисты по закупкам склонны использовать термины “Антенна GPS” и “Антенна GPS».“ГНСС-антенна” как синонимы при покупке радиочастотных компонентов. Несмотря на то, что эти типы антенн являются приемниками спутниковой навигации, они существенно различаются по диапазонам частот, каналам и способности справляться с помехами сигнала окружающей среды. Таким образом, важно помнить об этих различиях при проектировании РЧ-интерфейсов.
1. Основные понятия: обзор антенн GPS и GNSS
Чтобы отличить различия в работе, необходимо понимать их взаимодействие с архитектурой спутниковой группировки:
GPS-антенна
Этот тип антенны разработан специально для приема сигналов глобальной системы позиционирования США. Стандартная одночастотная антенна GPS принимает сигналы в диапазоне L1 с центральной частотой 1575,42 МГц и полосой пропускания от 2 МГц до 10 МГц. Его архитектура проста и достаточно дешева для базовых устройств слежения с погрешностью от 3 до 5 метров.
ГНСС-антенна
GNSS — это аббревиатура глобальной навигационной спутниковой системы, которая включает в себя глобальные созвездия. Антенна GNSS разработана с использованием широкополосной или многодиапазонной резонансной технологии, которая может одновременно обрабатывать сигналы GPS, созвездий Beidou в Китае, ГЛОНАСС в России и Galileo. Благодаря расширенной адаптации полосы пропускания от 1164 МГц до 1610 МГц антенна GNSS также обеспечивает более быстрое время синхронизации и стабильные фазовые центры.
2. Ключевые различия между антенной GPS и GNSS
Чтобы определить точные различия между этими двумя компонентами с точки зрения производительности оборудования, рассмотрите таблицу ниже:
| Технические параметры | Стандартная GPS-антенна | Мульти-Созвездие ГНСС-антенна |
| Поддерживаемые созвездия | Только GPS (США) | GPS + БДС + ГЛОНАСС + Галилео + QZSS |
| Диапазоны рабочих частот | Диапазон L1 (1575,42 МГц) | L1/L2/L5, B1/B2/B3, E1/E5a/E5b/E6, L1/L2/L3 |
| Общий коэффициент усиления МШУ | от 28 дБи до 30 дБи | От 32 дБи до 40 дБи (высокая линейность, низкий уровень шума) |
| Осевое соотношение | Менее 3 дБ (на центральной частоте) | Менее 1,5 дБ (широкоугольная полоса пропускания) |
| Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) | Меньше или равно 2,0 | Меньше или равно 1,5 |
| Точность позиционирования | от 3,0 м до 5,0 м (СКЗ) | От 1,0 см до 2,0 см (с алгоритмами RTK/PPP) |
Избыточность сигнала и стабильность блокировки при наличии препятствий
При работе в городских каньонах, сквозь густой лесной покров или вблизи высоковольтных линий электропередачи одночастотная GPS-антенна страдает от многолучевых отражений, которые вызывают сдвиги положения или полную потерю захвата сигнала. Однако антенна GNSS работает с использованием метода резервирования нескольких созвездий, отслеживая 20 или более спутников в небе.
Стабильность фазового центра и настройка поляризации
Высококачественная стабильность фазового центра и правильный профиль правой круговой поляризации (RHCP) имеют решающее значение для точной навигации. Конструкция сети с несколькими фидерами и заземляющая плоскость дроссельного кольца позволяют антенне GNSS уменьшать отражения от земли и поддерживать смещение фазового центра (PCO) в пределах субмиллиметровых допусков.
3. Как выбрать правильную антенну для вашего применения
Выбор между обычной антенной GPS и антенной GNSS зависит от различных аспектов, таких как физическая среда и материалы корпуса, требования к точности и бюджетные ограничения. Вот некоторые преимущества каждого типа антенны, основанные на различных сценариях использования:
Отслеживание автопарка и телематика коммерческого транспорта
- Обычный вариант GPS-антенны: Обычная однодиапазонная GPS-антенна лучше всего подходит для простых приложений отслеживания автопарка, портативных ключей OBD и меток отслеживания активов, где достаточна точность определения местоположения от 3 до 5 метров. Для телематических приложений коммерческого транспорта, где вам необходимы как отслеживание местоположения, так и функции сотовой связи, вы можете использовать опцию антенны двойного назначения. Производители RF, такие как FEI SHENG, придумали GPS + Комбинированная кабинетная антенна LTE, который представляет собой комбинацию надежной GPS-антенны и эффективного модуля сотовой связи LTE в одном корпусе. Это позволит сохранить низкую стоимость материалов и одновременно обеспечить низкое энергопотребление цепей.
- Мультисистема Вариант антенны ГНСС: Если автомобили вашего парка путешествуют по густонаселенной городской среде с высокими зданиями и даже по туннелям, выбор мультисистемной антенны GNSS обеспечит вам дополнительную безопасность с точки зрения нескольких группировок спутников (GPS, BDS, ГЛОНАСС).
Точная геодезия, сельскохозяйственная автоматизация и дроны
- Стандартная GPS-антенна: Одночастотные GPS-антенны подойдут для начального уровня сельскохозяйственного отслеживания или регистрации полетов без необходимости субметровой или сантиметровой точности.
- Вариант антенны ГНСС:Приложения на основе RTK требуют полнодиапазонной (L1/L2/L5, B1/B2/B3) антенны GNSS. Однодиапазонные GPS-антенны могут обеспечивать измерения только в одном диапазоне частот, что недостаточно для ионосферной компенсации; таким образом, антенна GNSS необходима для обеспечения точности на уровне субсантиметра, необходимой при геодезии и автономном сельском хозяйстве.
Промышленные шкафы, интеллектуальные сети и беспроводное управление
- Стандартная GPS-антенна: В статическом промышленном мониторинге, интеллектуальных измерениях или RTU, где устройство находится в статическом положении и не требует ничего, кроме базовой отметки времени или периодического отчета о местоположении, прочная GPS-антенна является надежным и экономичным решением для вашего радиочастотного соединения.
- Широкополосный ГНСС-антенна: В сложных промышленных условиях, где присутствуют помехи от электромагнитных помех или где корпуса шкафов управления изготовлены из металла и требуют внешнего монтажа, для оптимального приема необходима широкополосная антенна GNSS или высокопроизводительная внешняя антенна. Примером такой антенны для использования в шкафах промышленного управления и наружных шкафах, требующих внешнего беспроводного подключения, может служить FEI SHENG 2.4G Внешняя антенна Кабинетная антенна. Это устройство имеет прочный корпус из АБС-пластика и степень защиты IP67.
Инфраструктура автономного вождения и синхронизации
- Стандартная опция GPS-антенны: Вспомогательное позиционирование транспортных средств или обычная станция синхронизации, где микросекундная синхронизация не требуется, может выполняться с использованием специальных односистемных GPS-антенн, которые дешевы и просты в использовании.
- Вариант антенны ГНСС: Решения для автономного вождения и критически важные базовые станции телекоммуникационной инфраструктуры требуют синхронизации на микросекундном уровне и высокой частоты обновления (от 10 до 20 Гц). Активная GNSS-антенна с высоким коэффициентом усиления и встроенными малошумящими усилителями (LNA) захватывает от 20 до 30+ видимых спутников одновременно, обеспечивая непрерывную захват сигнала и сверхнизкие показатели шума (ниже 1,5 дБ) в любых погодных условиях.
4. Заключение
Таким образом, выбор между обычной одночастотной GPS-антенной или многосозвездной GNSS-антенной зависит исключительно от уникального сочетания бюджета, окружающей среды и требуемой точности вашего проекта. Обычная GPS-антенна остается лучшим выбором в качестве доступного, энергоэффективного и надежного телематического решения для обычного отслеживания автопарка, обычного отслеживания активов и менее жестких ситуаций, требующих точности на уровне метра. С другой стороны, антенна GNSS с несколькими созвездиями становится необходимой из-за ее способности обеспечивать мультисистемное резервирование, широкую полосу пропускания и функции помехоустойчивости, подходящие для съемки RTK, автономного вождения и IOT тяжелой промышленности. Использование правильной антенны позволит избавиться от слабого места радиочастотной цепи в вашей системе.
5. Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Могу ли я подключить простую GPS-антенну к модулю GNSS с несколькими созвездиями?
Да, оборудование будет подключаться и получать сигналы GPS; однако приемник будет ограничен работой GPS с одним созвездием. Полосовой фильтр простой GPS-антенны уменьшает другие полосы частот, исключая спутники систем БДС или ГЛОНАСС.
Q2: Почему высокая точность ГНСС-антенна единицы больше, чем стандартные GPS-патчи?
Высокоточные GNSS-антенны оснащены сложными многоканальными решетками, трехмерными спиральными компонентами или дроссельными кольцевыми конструкциями под ними. Эти физические свойства необходимы для подавления отраженных сигналов многолучевого распространения и поддержания постоянного фазового центра в широких полосах частот.
В3: Как поляризация антенны может повлиять на качество сигнала?
Спутниковые сигналы передаются с использованием правой круговой поляризации (RHCP). Специальная GNSS-антенна разработана так, чтобы иметь соответствующую поляризацию RHCP с высоким коэффициентом полезного действия по осям. Несогласованная или линейная антенна приведет к потере как минимум 3 дБ и нестабильной фиксации сигнала.
Вопрос 4: Как активный и пассивный ГНСС-антеннаотличаются?
Активная GNSS-антенна включает в себя малошумящие усилители и требует питания постоянного тока по коаксиальному кабелю для компенсации потерь на длинных трассах. Пассивная антенна GNSS передает чистую радиочастотную энергию приемнику без дополнительного усиления и полезна для устройств с батарейным питанием и короткими трассами.
Вопрос 5: Каково влияние близлежащих металлических конструкций на диаграмму направленности антенны?
Близость металлических конструкций к антеннам может обеспечить направленное усиление и помочь предотвратить многолучевые отражения от земли. Но если металлические конструкции некалиброваны и расположены близко к излучающему элементу или рядом с ним, это приведет к несогласованию импедансов, высокому КСВ и искаженной диаграмме направленности.
Не стесняйтесь обратитесь в нашу техническую команду для выбора антенны GNSS, согласования радиочастотного импеданса или конструкции антенны ODM/OEM!