Đặc Trưng Và Ứng Dụng Của Ăng-Ten GNSS

Ăng-ten GNSS được sử dụng trong máy thu GNSS nhằm mục đích thu tín hiệu băng tần L và do đó, thiết kế của chúng phải tính đến băng thông tín hiệu, tần số trung tâm, đáp ứng mong muốn, chức năng truyền, giảm thiểu lỗi đa đường dẫn và các yếu tố cơ điện.

Ăng-ten GNSS là gì?

Ăng-ten GNSS là giao diện chính giữa Phân đoạn không gian GNSS (nhóm vệ tinh) và Phân đoạn người dùng (máy thu GNSS), vì chúng chịu trách nhiệm thu tín hiệu băng tần L được truyền từ không gian.

Thông thường, các ăng-ten được sử dụng trong máy thu GNSS được hình thành bởi một phần tử bức xạ (radiating element), được nối với mặt đất (ground plane), theo sau là bộ khuếch đại (amplifier) và được bảo vệ bởi một vòm ra-đa (radome):

• Radiating element chịu trách nhiệm về băng thông của anten và các đặc tính bức xạ.
• Ground plane tạo điều kiện cho hình dạng mô hình bức xạ, chủ yếu ở các góc độ cao thấp.
• Amplifier thiết lập mô phỏng nhiễu của máy thu.
• Radome ảnh hưởng đến trung tâm pha.

Do các đặc điểm của hệ thống GNSS, ăng-ten máy thu thường là ăng-ten Phân cực tròn (Right-Hand Circularly Polarized – RHCP) bên tay phải và mô hình tiếp nhận không gian gần bán cầu: cấu hình này cho phép người dùng tiếp nhận tín hiệu vệ tinh theo bất kỳ hướng phương vị nào và từ thiên đỉnh đến chân trời, do đó tối đa hóa khả năng hiển thị của vệ tinh.

Đặc trưng của Ăng-ten được sử dụng trong máy thu GNSS

Ăng-ten được sử dụng trong máy thu GNSS nhằm mục đích thu tín hiệu băng tần L và do đó, thiết kế của chúng phải tính đến băng thông tín hiệu, tần số trung tâm, đáp ứng mong muốn, chức năng truyền, giảm thiểu lỗi đa đường dẫn và các yếu tố cơ điện. Bảng dưới đây cho thấy một vài mối quan hệ giữa các ứng dụng và đặc điểm của ăng-ten.

Bảng các ứng dụng và đặc điểm của ăng-ten GNSS:

Hạng mục	Geodetic	Rover	Handheld
Dải tần số	Đơn đến đa băng tần	Đơn đến đa băng tần	Đơn băng tần
Băng thông	Băng thông rộng	Băng thông hẹp đến rộng	Băng thông hẹp
Mô hình bức xạ	Được kiểm soát	Được kiểm soát	Không được kiểm soát
Triệt tiêu đa đường	Cao	Trung bình	Không có
Độ nhạy	Cao	Trung bình đến cao	Thấp
Xử lý nhiễu	Cao	Tương đối	Thấp
Tâm pha	Rất quan trọng	Quan trọng	Không quan trọng
Kích thước	Lớn	Có thể mang đi	Rất nhỏ
Cân nặng	Nặng	Có thể mang đi	Nhẹ
Chi phí	Cao	Trung bình	Thấp

Một số loại Ăng-ten GNSS phổ biến

• Patch Antennas (Ăng-ten vá): Anten vá thường được sử dụng trong các thiết bị di động cầm tay, chẳng hạn như Thiết bị định vị di động hoặc điện thoại thông minh, vì ăng ten được chế tạo dưới dạng một vi dải mỏng cấu hình thấp (tức là miếng vá), phù hợp với các thiết bị có hệ số dạng nhỏ.
• Turnstile Antennas (Ăng-ten cửa quay): Ăng-ten cửa quay bao gồm hai lưỡng cực được cấp nguồn theo pha 90°. Một ăng-ten cửa xoay nằm ngang trong không gian tự do được phân cực dọc trong mặt phẳng của nó và có các phân cực tròn đối diện ở trên và dưới. Do đó, ăng-ten yêu cầu một mặt phẳng nền cho các ứng dụng trắc địa. Khi được kết hợp với một mặt phẳng vòng choke, nó là một yếu tố rất phổ biến trong các ứng dụng trắc địa.
• Helical Antennas (Ăng-ten xoắn ốc): Ăng-ten xoắn ốc thường được chế tạo dưới dạng một dây dẫn xung quanh lõi hình trụ hoặc hình nón, ở dạng xoắn và có thể được sử dụng có hoặc không có mặt phẳng nối đất, tùy thuộc vào cấu hình. Trong các máy thu GNSS, các anten xoắn ốc có thể được sử dụng như các anten định hướng, với mô hình bức xạ dọc theo trục của anten.
• Radome Antennas (Ăng-ten ra-đa): Các phần tử ăng-ten được đặt trong một mái vòm hình bán cầu (mái vòm ra-đi-ô). Ra-đa thường được thêm vào để bảo vệ ăng-ten khi vị trí lắp đặt ăng-ten yêu cầu (ví dụ: lắp đặt trên mái nhà) do điều kiện thời tiết, an ninh ăng-ten hoặc lo ngại về động vật hoang dã.
• Choke Ring Antennas (Anten vòng cuộn cảm): Thiết kế ăng ten vòng cuộn cảm bao gồm bao quanh phần tử ăng ten trung tâm với một số vòng dẫn điện đồng tâm, được bao bọc trong một vòm bảo vệ. Thiết kế của nó đáng chú ý ở khả năng loại bỏ tín hiệu đa đường và độ cao thấp (bao gồm cả phản xạ trên mặt đất). Ăng-ten Vòng cuộn cảm phản xạ các tín hiệu đến từ bên dưới và thu tín hiệu sóng bề mặt vào các kênh cuộn cảm, nơi chúng bị hủy hoặc phản xạ ra khỏi phần tử nhận.
• Resistive Plane Antennas (Ăng-ten mặt phẳng điện trở): Ăng-ten mặt phẳng điện trở sử dụng điện trở để ngăn các tín hiệu không mong muốn đến phần tử ăng-ten. Các tín hiệu đập vào mặt phẳng sẽ mất hết năng lượng trước khi chúng đến được phần tử và gây nhiễu. Ăng-ten Mặt phẳng Điện trở cung cấp hiệu suất tương tự như ăng-ten Vòng Choke, nhưng trọng lượng và chi phí ít hơn.
• Phased-Array Antennas (Ăng-ten mảng theo pha): Ăng-ten mảng theo pha chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng quân sự hoặc cao cấp và bao gồm nhiều phần tử ăng-ten được sắp xếp theo kiểu mảng. Mỗi tín hiệu từ một ăng-ten trong mảng có thể được xử lý bằng cách đưa vào các dịch pha động và khi các đầu ra của mảng được cộng lại, mẫu bức xạ hiệu quả có thể được tối đa hóa theo một số hướng và bị vô hiệu hóa ở các hướng khác.
• Parabolic Antennas (Ăng-ten parabol): Giống như ăng-ten đĩa vệ tinh truyền hình và truyền hình phổ biến, ăng-ten parabol sử dụng bề mặt phản xạ parabol để định hướng sóng vô tuyến. Ăng-ten parabol có tính định hướng cao, do đó tín hiệu RF đến từ các vệ tinh chỉ có thể được nhận từ một hướng cụ thể.

Ứng dụng của Ăng-ten GNSS

• Ăng-ten Geodetic (trắc địa): Các ứng dụng khảo sát và trắc địa thường yêu cầu các máy thu GNSS và ăng-ten cố định có độ chính xác cao, do đó, các ăng-ten vòng cuộn cảm đa tần số/đa chòm sao thường được sử dụng để có hiệu suất tốt nhất.
• Ăng-ten Rover: Ăng-ten Rover thường được sử dụng trong khảo sát đất đai, lâm nghiệp, xây dựng và các ứng dụng di động hoặc di động khác, do đó chúng yêu cầu cân bằng giữa độ chính xác và tính di động. Do nhu cầu di động, anten thường được lắp trên cột cầm tay, giá đỡ hoặc giá ba chân. Nói chung, do các hạn chế về kích thước và trọng lượng, ăng-ten vòng cuộn cảm không phải là giải pháp tốt cho các ứng dụng của xe tự hành, do đó, độ lệch tâm pha cao hơn thường thấy ở ăng-ten của xe tự lái.
• Ăng-ten Handheld: Các Ăng-ten này được tìm thấy trong hầu hết các điện thoại thông minh và thiết bị định vị di động hiện nay, và các yếu tố thúc đẩy thiết kế chính là các hạn chế về kích thước, chi phí và mức tiêu thụ điện năng. Thường là ăng-ten tần số đơn, chúng có sẵn trong một loạt các triển khai như ăng-ten xoắn ốc hoặc miếng vá, cả thụ động và chủ động.

Nguồn bài viết: gssc.esa.int

>>> Xem thêm: Ăng-ten Rover