Wat is GNSS-antenne, GPS GNSS-antenne

Wat is een GNSS-antenne

GNSS (Global Navigation Satellite System) is een algemene term die verwijst naar een verzameling satellietnavigatiesystemen, waaronder het Amerikaanse GPS (Global Positioning System), het Russische GLONASS, het Europese Galileo, het Chinese BeiDou en andere. Een GNSS-antenne is ontworpen om signalen van al deze satellietnavigatiesystemen te ontvangen en nauwkeurige locatie-, snelheids-, onderzoeks- en tijdinformatie aan de gebruiker te verstrekken. GNSS-antenne wordt ook wel onderzoeksantenne genoemd.

Verschil tussen GPS-antenne en GNSS-antenne

Een GPS-antenne (Global Positioning System) is specifiek ontworpen om alleen signalen te ontvangen van de GPS-constellatie van satellieten, die wordt beheerd door de Amerikaanse overheid. GPS is wereldwijd het meest gebruikte satellietnavigatiesysteem en wordt vaak gebruikt voor navigatie-, positionerings- en timingtoepassingen.
GNSS-antennes omvatten dus GPS-antennes, GNSS-antennes dekken meer frequentiebanden en GPS-antennes zijn meer gespecialiseerd en alleen geoptimaliseerd voor GPS-signalen.

Wat is dual-band, multi-band GNSS-antenne

GPS, Beidou, Glonass en Galileo wereldwijde navigatiesatellietsystemen (GNSS) hebben elk hun eigen netwerk van satellieten en infrastructuur op de grond.

Verschillende GNSS-antennes die voor deze systemen worden gebruikt, gebruiken verschillende frequentiebanden. GPS en Galileo gebruiken de frequentiebanden L1 en L5, terwijl Beidou de frequentiebanden B1, B2 en B3 gebruikt en Glonass de frequentiebanden G1 en G2 gebruikt. GPS heeft momenteel het grootste aantal satellieten in een baan om de aarde, gevolgd door Glonass, Beidou en Galileo. Dit beïnvloedt de nauwkeurigheid en beschikbaarheid van elk systeem in verschillende regio's en omgevingen. Daarom zijn antennes die voor het ene systeem zijn ontworpen mogelijk niet compatibel met een ander systeem.

Dubbele GNSS-antenne betekent dat het zou kunnen werken op twee verschillende wereldwijde navigatiesatellietsystemen, multi-band GNSS-antenne betekent dat het zou kunnen werken op twee of meer verschillende wereldwijde navigatiesatellietsystemen.

Waarom GNSS-antenne ook wel survey-antenne wordt genoemd

GNSS-antennes worden vaak landmeetantennes genoemd omdat ze vaak worden gebruikt in landmeetkundige toepassingen om nauwkeurige en precieze positioneringsinformatie te verkrijgen. Landmeten omvat het meten en in kaart brengen van het aardoppervlak om de locatie en vorm van natuurlijke en door de mens gemaakte kenmerken, zoals gebouwen, wegen en topografie, te bepalen.

GNSS-antennes zijn een essentieel hulpmiddel bij modern landmeten omdat ze tegelijkertijd signalen van meerdere GNSS-satellieten kunnen ontvangen, waardoor nauwkeurigere en betrouwbaardere positiegegevens mogelijk zijn. Deze antennes zijn ontworpen om zeer gevoelig en geluidsarm te zijn, waardoor ze zwakke satellietsignalen kunnen oppikken en interferentie van andere bronnen kunnen verminderen.

Bovendien zijn GNSS-antennes die voor landmeetkundige toepassingen worden gebruikt, vaak ontworpen met zeer nauwkeurige functies zoals multi-path-onderdrukking, fasecentrumstabiliteit en antennekalibratie, die belangrijk zijn voor het verkrijgen van nauwkeurige positioneringsinformatie in uitdagende omgevingen.

De term "landmeetantenne" wordt vaak gebruikt om te verwijzen naar GNSS-antennes, omdat ze vaak worden gebruikt in landmeetkundige toepassingen om nauwkeurige positioneringsinformatie te leveren. GNSS-antennes hebben echter veel andere toepassingen dan landmeten.

Verschil tussen actieve GNSS-antenne en passieve GNSS-antenne

Actieve en passieve GNSS-antennes zijn twee soorten antennes die worden gebruikt in GNSS-toepassingen (Global Navigation Satellite System). Het belangrijkste verschil tussen actieve en passieve GNSS-antennes is dat actieve antennes externe voeding nodig hebben om te werken, en passieve antennes niet.

Actieve GNSS-antennes hebben ingebouwde elektronica die het ontvangen GNSS-signaal versterkt, wat kan helpen om signaalverlies als gevolg van kabelverzwakking of lange kabeltrajecten te voorkomen. Actieve antennes hebben ook een lager ruisgetal, waardoor ze zwakkere signalen kunnen ontvangen dan passieve antennes. Actieve antennes zijn doorgaans duurder dan passieve antennes vanwege de toegevoegde elektronica.

Passieve GNSS-antennes hebben daarentegen geen ingebouwde elektronica en vertrouwen op de GNSS-ontvanger om het ontvangen signaal te versterken. Passieve antennes zijn eenvoudiger en goedkoper dan actieve antennes, maar kunnen hogere signaalverliezen hebben als gevolg van kabelverzwakking of lange kabellengtes. Passieve antennes worden vaker gebruikt in toepassingen waarbij kosten een primaire overweging zijn, zoals in GPS-apparaten voor consumenten.

Het belangrijkste verschil tussen actieve en passieve GNSS-antennes is dat actieve antennes externe voeding nodig hebben en ingebouwde elektronica hebben, terwijl passieve antennes dat niet hebben. De keuze tussen de twee soorten antennes is afhankelijk van de specifieke toepassing en vereisten, zoals kosten, signaalsterkte en kabellengte.

Hoe werkt de GNSS-antenne

Een GNSS-antenne werkt door radiosignalen te ontvangen die worden uitgezonden door de navigatiesatellieten in de ruimte. De antenne zet de ontvangen elektromagnetische golven om in elektrische signalen die door een GNSS-ontvanger kunnen worden verwerkt om de locatie, snelheid en tijd van de antenne te bepalen.

Het ontwerp van de antenne is van cruciaal belang voor de prestaties, omdat het moet worden geoptimaliseerd voor het ontvangen van signalen van meerdere satellietsystemen die signalen uitzenden op verschillende frequenties en met verschillende modulatieschema's. Gewoonlijk bestaat een GNSS-antenne uit een stralingselement dat is verbonden met een voedingslijn en een grondvlak. Het stralingselement is verantwoordelijk voor het opvangen van de satellietsignalen, terwijl de voedingslijn en het grondvlak helpen om het signaal te sturen en vorm te geven.

Wanneer een GNSS-antenne een signaal van een satelliet ontvangt, induceren de elektromagnetische golven een spanning in het stralingselement van de antenne, die vervolgens wordt versterkt en verwerkt door de GNSS-ontvanger. De ontvanger vergelijkt de ontvangen signalen van meerdere satellieten om de exacte locatie- en tijdinformatie van de antenne te bepalen.

Om optimale prestaties te garanderen, moeten GNSS-antennes zorgvuldig worden geplaatst en georiënteerd, rekening houdend met de omgeving, zoals gebouwen, bomen en andere obstakels, die signaalreflecties en multipath-interferentie kunnen veroorzaken.

GNSS-antennes spelen een cruciale rol bij het leveren van nauwkeurige locatie- en timinginformatie voor een breed scala aan toepassingen, waaronder navigatie, landmetingen, kaarten en timingsynchronisatie.

Onderdelen van een GNSS-antenne

Hieronder volgen de belangrijkste onderdelen van een GNSS-antenne:

• Uitstralend element: Het uitstralende element is het deel van de antenne dat de signalen van de GNSS-satellieten ontvangt. Het is meestal een patch of spiraalvormig element dat is ontworpen om te resoneren op de frequenties die door het GNSS-systeem worden gebruikt.
• Grondvlak: het grondvlak is een geleidend oppervlak dat zich onder het stralingselement bevindt. Het helpt de door de antenne ontvangen signalen te reflecteren naar het stralingselement.
• Low noise amplifier (LNA): De LNA is een component die de zwakke signalen die door de antenne worden ontvangen, versterkt voordat ze naar de GNSS-ontvanger worden gestuurd. De LNA bevindt zich dicht bij de antenne om verliezen in de coaxiale kabel die de antenne met de ontvanger verbindt te minimaliseren.
• Filtercircuit: Het filtercircuit is een onderdeel dat ongewenste signalen en ruis uit de ontvangen signalen filtert. Het helpt de signaal-ruisverhouding te verbeteren van de signalen die naar de GNSS-ontvanger worden gestuurd.
• Radome: De radome is een beschermhoes die over de antenne wordt geplaatst om deze te beschermen tegen de omgeving. Het is meestal gemaakt van een diëlektrisch materiaal dat de GNSS-signalen doorlaat.
• GNSS-antenneconnector: De connector is een onderdeel dat wordt gebruikt om de antenne op de GNSS-ontvanger aan te sluiten. Het is meestal een standaard coaxiale connector zoals een SMA- of TNC-connector.
• GNSS-antennekabel: De kabel moet worden gebruikt om de GNSS-antenne en de ontvanger aan te sluiten, beide uiteinden zijn SMA- of TNC-connectoren.

Samen zorgen deze componenten ervoor dat een GNSS-antenne de mogelijkheid heeft om zwakke signalen van GNSS-satellieten te ontvangen en te versterken, ongewenste ruis weg te filteren en de zuivere signalen naar de GNSS-ontvanger te sturen voor verwerking.

Soorten GNSS-antennes

Er zijn verschillende soorten GNSS-antennes, elk met zijn unieke ontwerp en prestatiekenmerken. Enkele van de meest voorkomende typen GNSS-antennes zijn:

• Patch-antennes: deze antennes zijn plat, rechthoekig of rond van vorm en bestaan ​​uit een stuk geleidend materiaal dat over een grondvlak is geplaatst. Patchantennes worden veel gebruikt in GNSS-toepassingen vanwege hun compacte formaat, laag profiel en uitstekende prestaties.
• Spiraalvormige antennes: Spiraalvormige antennes bestaan ​​uit een draad die in een helixvorm is gewonden, met een grondvlak aan het ene uiteinde en een voedingspunt aan het andere. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waar een hoge nauwkeurigheid vereist is, zoals landmeetkundige en geodetische metingen.
• Dipoolantennes: Dipoolantennes bestaan ​​uit twee geleidende elementen, elk een kwart golflengte lang, loodrecht op elkaar georiënteerd. Ze worden vaak gebruikt in draagbare GNSS-ontvangers vanwege hun kleine formaat en lage kosten.
• Microstrip-antennes: Microstrip-antennes bestaan ​​uit een stuk geleidend materiaal dat op een diëlektrisch substraat is geplaatst, met een grondvlak aan de andere kant. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waar een laag profiel en een hoge versterking vereist zijn.
• Spiraalantennes Spiraalantennes bestaan ​​uit een draad die spiraalvormig is gewikkeld, met aan de ene kant een grondvlak en aan de andere kant een voedingspunt. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waar hoge versterking en breedbandprestaties vereist zijn.
• Externe GNSS-antenne: het is een apart apparaat dat fysiek buiten een apparaat of voertuig wordt gemonteerd, zoals op het dak van een auto of aan de buitenkant van een gebouw, en deze signalen verzendt naar de GNSS-ontvanger in het apparaat of voertuig.
• Interne GNSS-antenne: deze is ingebouwd in het apparaat zelf, zoals een smartphone of een draagbaar navigatieapparaat. De interne antenne is doorgaans kleiner en minder krachtig dan een externe antenne, maar is handiger omdat deze al in het apparaat is geïntegreerd.
• Slimme GNSS-antenne: dit is een type antenne met geïntegreerde signaalverwerking en intelligentiemogelijkheden. In tegenstelling tot traditionele antennes die eenvoudigweg signalen ontvangen en verzenden, zijn slimme GNSS-antennes ontworpen om de signalen die ze ontvangen te analyseren en te verwerken, waardoor nauwkeurigere en betrouwbaardere plaatsbepalingsinformatie wordt verkregen.
• RTK GNSS-antenne: RTK GNSS (Real-Time Kinematic Global Navigation Satellite System) is een zeer nauwkeurige positioneringstechnologie die een netwerk van GNSS-referentiestations gebruikt om nauwkeurige en real-time positioneringsinformatie te leveren. Het is speciaal ontworpen voor RTK-toepassingen, uitgerust met geavanceerde verwerkingsmogelijkheden en aanvullende componenten zoals een datalink en een controller. RTK GNSS-antennes worden gebruikt in toepassingen die zeer nauwkeurige positionering vereisen, zoals landmeetkunde, kartering, constructie, precisielandbouw en mijnbouw. Ze kunnen positioneringsnauwkeurigheid bieden tot op enkele centimeters, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een hoge mate van precisie en nauwkeurigheid vereisen.

Elk type GNSS-antenne heeft zijn unieke voor- en nadelen, en de keuze van de antenne hangt af van de specifieke toepassingsvereisten, zoals de vereiste nauwkeurigheid, omgeving en kosten.

Kenmerken van GNSS-antennes

Enkele van de belangrijkste kenmerken van GNSS-antennes zijn:

• Frequentiebereik: GNSS-antennes werken in het frequentiebereik van 1.1 GHz tot 1.6 GHz.
• Versterking: De versterking van een GNSS-antenne bepaalt hoe effectief deze signalen kan ontvangen. GNSS-antennes hebben doorgaans een versterking tussen 0 dB en 5 dB.
• Polarisatie: De polarisatie van een GNSS-antenne bepaalt hoe de antenne signalen ontvangt. GNSS-antennes gebruiken doorgaans circulaire polarisatie om signalen uit alle richtingen te ontvangen.
• Stralingspatroon: Het stralingspatroon van een GNSS-antenne beschrijft hoe deze signalen uit verschillende richtingen ontvangt. GNSS-antennes hebben doorgaans een omnidirectioneel stralingspatroon, wat betekent dat ze signalen uit alle richtingen kunnen ontvangen.
• Impedantie: GNSS-antennes zijn ontworpen voor een impedantie van 50 ohm, wat de standaardimpedantie is voor de meeste RF-apparaten.
• Grootte: GNSS-antennes kunnen relatief klein zijn, met veel antennes die minder dan 10 cm lang zijn.
• Montagemogelijkheden: GNSS-antennes kunnen op verschillende manieren worden gemonteerd, bijvoorbeeld op een mast of toren, op een dak of op een voertuig.
• Omgevingsbestendigheid: GNSS-antennes worden vaak blootgesteld aan ruwe buitenomgevingen en moeten zo ontworpen zijn dat ze bestand zijn tegen omgevingsfactoren zoals temperatuur, vocht en UV-straling.
• Kosten: De kosten van een GNSS-antenne kunnen variëren, afhankelijk van de specifieke kenmerken en kenmerken van de antenne. Over het algemeen zijn GNSS-antennes relatief betaalbaar in vergelijking met andere soorten antennes.

Hoe een GNSS-antenne te kiezen

Er zijn verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden:

• Frequentiebereik: Kies een antenne die de frequenties ondersteunt die worden gebruikt door het GNSS-systeem dat u wilt gebruiken (bijv. GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou). Een GPS-antenne werkt bijvoorbeeld doorgaans in de L1- en L2-frequentiebanden.
• Versterking: De versterking van een antenne bepaalt hoe goed deze signalen van de GNSS-satellieten kan ontvangen. Antennes met een hogere versterking kunnen zwakkere signalen ontvangen en kunnen een betere nauwkeurigheid bieden in uitdagende omgevingen zoals stedelijke ravijnen of onder dicht gebladerte. Antennes met een hogere versterking kunnen echter ook gevoeliger zijn voor multipad-interferentie.
• Stralingspatroon: Het stralingspatroon van een antenne bepaalt hoe de signalen worden verzonden en ontvangen. De meest voorkomende soorten stralingspatronen voor GNSS-antennes zijn hemisferische en patchantennes. Een hemisferische antenne is geschikt voor toepassingen waarbij de antenne onder een grote elevatiehoek wordt gemonteerd, terwijl een patchantenne beter geschikt is voor toepassingen met een lage elevatiehoek.
• Grootte en gewicht: De grootte en het gewicht van de antenne kunnen een belangrijke factor zijn om te overwegen, vooral voor toepassingen waar de ruimte beperkt is of waar draagbaarheid belangrijk is.
• Montagemogelijkheden: Overweeg de montagemogelijkheden voor de antenne. Wordt het op een dak, een mast of een voertuig gemonteerd? Zorg ervoor dat de montagehardware geschikt is voor uw toepassing.
• Omgevingsfactoren: Houd rekening met de gebruiksomgeving van de antenne. Wordt het blootgesteld aan barre weersomstandigheden of extreme temperaturen? Kies een antenne die is ontworpen om in deze omstandigheden te werken.
• Prijs: GNSS-antennes variëren in prijs, afhankelijk van de functies en prestaties. Bepaal de functies en prestatie-eisen voor uw toepassing en kies een antenne die binnen uw budget aan deze behoeften voldoet.

Over het algemeen moet u bij het kiezen van een GNSS-antenne rekening houden met de specifieke eisen van uw toepassing en een antenne kiezen die aan die eisen voldoet en binnen uw budget blijft.

Hoe een GNSS-antenne te monteren

Kies een geschikte locatie voor de antenne: De antenne moet op een locatie worden geplaatst met vrij zicht op de lucht om signalen van de GNSS-satellieten te ontvangen. Vermijd locaties met hoge gebouwen, bomen of andere obstakels die het signaal kunnen blokkeren.

1. Antenne monteren: Afhankelijk van het type antenne en de toepassing kan de antenne op een dak, een paal, een mast of een voertuig worden gemonteerd. Volg de instructies van de fabrikant om de antenne stevig te monteren en zorg ervoor dat de montagehardware geschikt is voor de toepassing.
2. Sluit de kabel aan: De GNSS-antenne is via een coaxkabel verbonden met de GNSS-ontvanger of het modem. Zorg ervoor dat de kabel de juiste lengte heeft en zo wordt geleid dat scherpe bochten of knikken die de kabel zouden kunnen beschadigen, worden vermeden.
3. Aard de antenne: Ter bescherming tegen blikseminslag is het belangrijk om de GNSS-antenne te aarden. Gebruik een aardingsblok of bliksemafleider om de antenne aan te sluiten op een aardingsstaaf of het aardingssysteem van een gebouw.
4. Configureer de GNSS-ontvanger: Zodra de antenne is geïnstalleerd, configureert u de GNSS-ontvanger om de antenne te herkennen en signalen te ontvangen. Volg de instructies van de fabrikant voor het configureren van de ontvanger en zorg ervoor dat de ontvanger compatibel is met de antenne.
5. Test het systeem: Test na het installeren van de antenne en het configureren van de ontvanger het GNSS-systeem om er zeker van te zijn dat het goed werkt. Controleer de signaalsterkte en de nauwkeurigheid van de positioneringsgegevens om er zeker van te zijn dat het systeem werkt zoals verwacht.

Over het algemeen vereist het installeren van een GNSS-antenne een zorgvuldige planning en aandacht voor detail om ervoor te zorgen dat de antenne op een geschikte locatie wordt geïnstalleerd, stevig wordt gemonteerd, goed wordt geaard en correct wordt aangesloten op de ontvanger of modem.

Toepassingen van GNSS-antenne

GNSS-antennes worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen die afhankelijk zijn van positionerings-, navigatie- en timinginformatie van GNSS-satellieten. Hier volgen enkele van de meest voorkomende toepassingen van GNSS-antennes:

1. Navigatie: GNSS-antennes worden gebruikt in navigatiesystemen om de locatie, snelheid en richting van een bewegend object, zoals een voertuig, schip of vliegtuig, te bepalen.
2. Landmeten en in kaart brengen: GNSS-antennes worden gebruikt in landmeetkundige en karteringstoepassingen om nauwkeurig de positie van objecten op de grond te meten, zoals landgrenzen, bouwplaatsen en natuurlijke hulpbronnen.
3. Landbouw: GNSS-antennes worden gebruikt in precisielandbouw om de gewasopbrengst te optimaliseren en afval te verminderen door nauwkeurige locatie-informatie te verstrekken voor planten, bemesten en oogsten.
4. Transport: GNSS-antennes worden gebruikt in transportsystemen om de locatie en beweging van voertuigen te bewaken, de verkeersstroom te verbeteren en de veiligheid te vergroten.
5. Timing en synchronisatie: GNSS-antennes worden gebruikt in timing- en synchronisatietoepassingen, zoals telecommunicatie, elektriciteitsnetten en financiële handel, om nauwkeurige en gesynchroniseerde tijdregistratie op meerdere locaties te garanderen.
6. Zoeken en redden: GNSS-antennes worden gebruikt bij zoek- en reddingsoperaties om verloren of noodlijdende personen of schepen te lokaliseren.
7. Militair en defensie: GNSS-antennes worden gebruikt in militaire en defensietoepassingen ter ondersteuning van navigatie, begeleiding en targeting voor vliegtuigen, schepen en grondvoertuigen.

Over het algemeen zijn de toepassingen van GNSS-antennes veelomvattend en gevarieerd, en ze spelen een cruciale rol in veel industrieën die afhankelijk zijn van nauwkeurige positionerings- en timinginformatie.

GNSS-antenneontwerp

Het ontwerpen van een GNSS-antenne kan een complex proces zijn dat expertise vereist op het gebied van antennetheorie, elektromagnetische veldentheorie en circuitontwerp. Hier volgen enkele algemene stappen die kunnen worden gevolgd om een ​​GNSS-antenne te ontwerpen:

1. Bepaal de werkfrequentie: GNSS-systemen werken op specifieke frequentiebanden, dus de eerste stap is het bepalen van de frequentieband(en) waarvoor de antenne zal worden ontworpen.
2. Kies een antennetype: Er zijn verschillende soorten GNSS-antennes, zoals patchantennes, spiraalvormige antennes en spiraalantennes. De keuze van het antennetype hangt af van factoren zoals de gewenste versterking, grootte en stralingspatroon.
3. Definieer de antennespecificaties: dit omvat parameters zoals versterking, bandbreedte, polarisatie en stralingspatroon. De specificaties zijn afhankelijk van de beoogde toepassing en de besturingsomgeving.
4. Gebruik softwaretools voor antenneontwerp: Er zijn verschillende softwaretools beschikbaar voor het ontwerpen van antennes, zoals HFSS, CST en FEKO. Deze tools kunnen het gedrag van de antenne simuleren en de ontwerpparameters optimaliseren voor de gewenste specificaties.
5. Fabriceer en test de antenne: zodra het ontwerp is voltooid, kan de antenne worden vervaardigd en getest om de prestaties te verifiëren. Dit omvat meetparameters zoals het retourverlies, de versterking en het stralingspatroon.

Het is belangrijk op te merken dat het ontwerpen van een GNSS-antenne een complex en iteratief proces kan zijn, en dat er mogelijk meerdere iteraties nodig zijn om het ontwerp te optimaliseren voor de gewenste prestaties. Daarom wordt het aanbevolen om een ​​sterke achtergrond te hebben in antennetheorie en toegang te hebben tot simulatietools en testapparatuur.

We hebben een professioneel team en ingenieurs die meer dan 20 jaar ervaring hebben met het ontwerp van de GNSS-antenne. Als u een dergelijk onderzoek heeft, welkom bij deze link.