Caractéristiques des fréquences radio de l’antenne GNSS

Gain de l’élément d’antenne
Le gain de rayonnement d’un élément d’antenne GNSS est un paramètre important qui contribue directement à la qualité des signaux des satellites de navigation mondiaux reçus par l’antenne. Un système de bonne qualité fournira des valeurs élevées de rapport signal/bruit (_C/N0) qui sont fonction du rapport entre le gain de l’élément d’antenne et la température de bruit du système. Un gain d’antenne plus élevé associé à une faible figure de bruit permet d’obtenir des mesures avec un _C/No optimisé.

Réduction du gain de l’antenne
Le gain des rouleaux d’antenne aux bords de la bande de fréquence (limité par la largeur de bande de l’antenne) et le diagramme de rayonnement de l’antenne en fonction de l’angle d’élévation. En règle générale, le gain d’une antenne est le plus élevé au zénith (angle d’élévation le plus élevé) et diminue à l’horizon (angles d’élévation plus faibles).

Rapport axial
Les signaux GNSS sont transmis par les satellites en polarisation circulaire droite (RHCP) (visualisez un signal circulaire en spirale quittant l’antenne du satellite GNSS et se déplaçant dans l’espace), l’antenne de réception GNSS doit également être RHCP, et rejeter fortement les signaux de sens de rotation opposé (LHCP). Le rapport axial est une mesure de ce rejet normalisé par rapport à la réception du RHCP (“copolarisé”). Le rapport axial est le rapport entre le demi-grand axe et le demi-petit axe. Pour une antenne parfaite, les deux valeurs seraient identiques (c’est-à-dire égales à 1) ou de 0 dB, pour tous les angles d’azimut et d’élévation et toutes les fréquences de la largeur de bande de l’antenne.

Largeur de bande
Les signaux GNSS à spectre étalé sont transmis sur une gamme de fréquences à l’intérieur d’une bande donnée. Par exemple, le signal GPS L1 a une largeur de bande de +/-10,23 MHz centrée sur 1575,42 MHz.

Retard du groupe
Le retard de groupe est une erreur instrumentale qui commence au niveau du satellite GNSS. En guise d’exemple conceptuel, considérons que vous avez un oscillateur qui crée une fréquence de base, puis des multiplicateurs de fréquence qui génèrent les fréquences L1, L2 et L5. Ensuite, les codes sont ajoutés à chaque fréquence. En raison de ce processus, tous les codes ne sont pas nécessairement générés et diffusés exactement au même moment et, par conséquent, il y aura un retard de groupe entre le code CA L1 et le code C L2 et tous les codes. Ce retard instrumental se produit également dans les antennes GNSS, les câbles d’antenne et les récepteurs.

Plan de masse
Le plan de masse d’une antenne est une surface horizontale plane ou presque plane qui fait partie de l’antenne. Le plan de masse joue un rôle majeur dans les performances du diagramme de rayonnement et du gain d’une antenne. TWI fournit des plans de sol pour la plupart de ses antennes.

Rapport G/T
Le rapport G/T est un chiffre de mérite qui caractérise la performance d’une antenne. Où G est le gain de l’antenne en décibels à la fréquence de réception et T est la température du bruit en kelvins. T n’est pas la température physique de l’antenne en tant que telle, mais la somme du bruit de l’antenne et de la température du bruit de la chaîne de radiofréquences entre la connexion de l’antenne et la sortie.

Gain et figure de bruit de l’amplificateur à faible bruit (LNA)
Les signaux des satellites GNSS sont diffusés dans l’espace et parcourent environ 20 000 km entre l’antenne du satellite et l’antenne de l’utilisateur. En raison de la puissance d’émission et de la distance parcourue, le signal reçu par l’antenne est très faible (à peine un murmure) et doit être amplifié. Tous les amplificateurs ajoutent du bruit aux signaux amplifiés, et une exigence clé pour un LNA d’antenne GNSS est que, sur toute la largeur de bande, le gain du LNA soit plat avec un minimum de bruit supplémentaire (quantifié dans le paramètre de la figure de bruit). L’antenne est souvent située à distance et le LNA doit avoir un gain suffisant pour plus que compenser les pertes du câble et pour limiter le facteur de bruit du système à celui du LNA seul.

Rejet des trajets multiples
Idéalement, les signaux GNSS voyagent directement du satellite GNSS à l’antenne de l’utilisateur. Cependant, l’environnement local peut faire rebondir les signaux GNSS sur des surfaces dures telles que des bâtiments, de l’eau, des revêtements routiers, etc. et ces signaux rebondis affecteront la capacité du récepteur à suivre avec précision les signaux GNSS. Les signaux réfléchis passent, au moins en partie, d’une polarisation circulaire droite à une polarisation circulaire gauche lors de réflexions d’ordre impair. Les antennes TWI utilisent plusieurs techniques (technologie Accutenna, plans de masse, anneaux d’étranglement) pour rejeter les signaux à polarisation circulaire gauche et, par conséquent, minimiser les effets des trajets multiples.

Figure de bruit
Le facteur de bruit est défini comme le rapport entre le signal et le bruit à l’entrée d’un amplificateur et le signal et le bruit à la sortie. Le fait de maintenir le facteur de bruit aussi bas que possible permet au récepteur GNSS de traiter entièrement le signal GNSS et d’estimer avec précision la position et l’heure. Le bruit se produit dans tous les composants de la chaîne entre l’antenne, l’amplificateur, le câble d’antenne et le récepteur. Un bon facteur de bruit est généralement inférieur à 2 dB.

Marqueur nord
Dans le cadre du positionnement GNSS de haute précision, les antennes sont calibrées et leurs décalages de centre de phase (PCO) et leurs variations de centre de phase (PCV) sont mesurés. Le PCO et le PCV sont estimés soit dans une chambre anéchoïque, soit à l’aide d’un robot d’étalonnage. Le processus d’étalonnage réfère le PCO et le PCV au repère Nord de l’antenne, puis au point de référence de l’antenne (ARP), comme le montre la figure ci-dessous. En pratique, les antennes calibrées sont toujours installées avec le repère nord de l’antenne pointant vers le nord. Cela permet à l’utilisateur de corriger les mesures de phase observées (en appliquant les corrections PCV) et d’appliquer le PCO à la position estimée pour finalement déterminer les coordonnées de l’ARP.

Un autre avantage du marqueur d’antenne Nord est que le processus d’assemblage de l’antenne est plus reproductible et plus précis, car l’antenne ne peut être assemblée que d’une seule manière. Cela garantit que lorsque les corrections PCO et PCV sont appliquées, l’utilisateur mesurera une estimation de position précise et non biaisée (exacte).

P1dB
P1dB est le niveau de puissance de sortie lorsque le gain de l’amplificateur s’écarte de 1dB de la spécification du gain linéaire normal.

Décalage du centre de phase
Le décalage du centre de phase (PCO) est l’emplacement par rapport au point de référence de l’antenne (ARP) où l’antenne recueille les signaux du satellite GNSS (énergie électrique). Généralement, le PCO est défini pour chaque fréquence. Pour le GPS, les valeurs des PCO L1 et L2 sont généralement indiquées.

Variation du centre de phase
La variation du centre de phase est la mesure de la variation du centre de phase en fonction de l’angle d’élévation et de l’azimut du signal reçu. En général, seules les antennes géodésiques et les antennes d’arpentage sont calibrées à ce niveau.

TOS
Le rapport d’ondes stationnaires de tension est la quantité de puissance qui est réfléchie dans l’antenne (par le câble d’antenne) lors de la transmission hors de l’antenne. Les antennes GNSS et les câbles d’antenne sont adaptés à une impédance de 50 ohms. Un rapport VSWR de un indique qu’il y a une adéquation idéale entre l’antenne, le câble d’antenne et le récepteur GNSS.