Entre GPS, Galileo, GLONASS y BeiDou, no hay escasez de sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) para elegir cuando se diseñan dispositivos y aplicaciones que requieren información de posicionamiento y tiempo ultraprecisa.
Cada constelación tiene sus atributos únicos, como las frecuencias que utiliza y la selección y capacidades de las señales que están disponibles para todos los usuarios civiles y las reservadas para los usuarios autorizados.
Cuando se trata de antenas GNSS, varias consideraciones clave se aplican a todas las constelaciones.
Sus señales son relativamente débiles cuando llegan desde los satélites en órbita terrestre media.
Las señales pueden atenuarse aún más por las condiciones en el terreno, como cuando el receptor se encuentra en cañones urbanos de hormigón o en lugares con una densa cubierta arbórea.
Incluso el receptor GNSS más sensible y selectivo es tan bueno como la antena con la que está emparejado.
Es por eso que los diseñadores de sistemas deben considerar cuidadosamente el tipo y el diseño de cada modelo de antena al decidir cuál usar.
Parámetros a medir y controlar
A continuación, se presentan los seis principales parámetros de antena relacionados con el rendimiento que se deben tener en cuenta para los casos de uso de GNSS más comunes.
(La geodesia de ultra alta precisión o aplicaciones similares tienen un conjunto separado de consideraciones únicas).
Eficiencia y ganancia
Aunque la eficiencia y la ganancia son atributos separados, normalmente se analizan juntos porque están intrínsecamente relacionados:
Ganancia = Eficiencia * Directividad
La directividad es lo que parece: cuánto se «enfoca» la antena en cualquier dirección. La ganancia y la directividad son variables a lo largo de un diagrama de antena.
Las hojas de datos o especificaciones suelen hacer referencia a las ganancias máximas y/o medias, siendo la ganancia máxima la más común. Esta es la ganancia más alta en todo el patrón.
La eficiencia se refiere a la conversión de energía: qué tan bien la antena transfiere la potencia conducida en sus terminales a la potencia radiada (o viceversa). Una mayor eficiencia es deseable en casi todas las situaciones, pero normalmente también es un desafío clave, especialmente con antenas compactas.
La eficiencia generalmente se describe en porcentaje o dB (siendo 0 dB el 100%, -10 dB el 10%, etc.). La ganancia generalmente se refiere a la ganancia máxima y se da en dBi, o dB se refiere a un radiador isótropo teórico.
Polarización
Esto describe la forma de las ondas electromagnéticas radiadas de campo lejano.
La polarización puede ser cualquier cosa entre una línea recta (llamada lineal) a través de un círculo (polarización circular), con todas las ondas reales en algún punto intermedio. Las ondas polarizadas circularmente pueden rotar en cualquier sentido (a la derecha o a la izquierda), y la polarización lineal se puede rotar en cualquier dirección.
Las señales GNSS están polarizadas circularmente a la derecha (RHCP).
Relación axial
Este parámetro describe la pureza de la polarización. Una onda imperfecta polarizada circularmente es elíptica, con un eje mayor y otro menor. La relación de estos ejes es la relación axial. Casi siempre se muestra en dB (en la literatura de la industria), con un círculo perfecto que tiene una relación de 1:1 o 0 dB. Un objetivo muy común es 3 dB (o 2:1 en términos lineales).
Variación de retardo de grupo
Los receptores GNSS utilizan señales de varios satélites: al menos cuatro, normalmente cinco, e incluso más, dependiendo de la aplicación y sus requisitos.
Estas señales llegan a la antena del receptor en diferentes momentos y desde diferentes direcciones, un fenómeno conocido como variación de retardo de grupo (GDV). Estas diferencias afectan a los códigos disponibles para el receptor, por lo que a veces se hace referencia al GDV como variación de fase del código (CPV). Expresado en unidades de tiempo, lo ideal es menos de 20 ns dentro de cada banda.
Compensación del centro de fase (PCO)
La forma más fácil de entender este parámetro es en términos de antenas transmisoras, donde el desplazamiento del centro de fase es la ubicación física/geométrica desde donde parecen originarse las ondas de campo lejano.
Debido a que las antenas son recíprocas, el centro de fase es el mismo cuando se reciben señales. El centro de fase se puede desplazar desde el centro geométrico de la antena en cualquier dirección y puede cambiar con la frecuencia.
Este parámetro se describe en términos de longitud.
La variación del centro de fase (PCV) describe cómo varía el PCO a través del diagrama de radiación de la antena (o a través del cielo). Esto también se describe en términos de longitud. Este número debe ser pequeño, pero las aplicaciones más precisas requerirán valores mejores (más bajos).
El desplazamiento central de fase es más que eso, pero este artículo se centra en este aspecto porque el objetivo es proporcionar una visión general de las principales consideraciones a la hora de elegir una antena para diferentes casos de uso de GNSS.
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