. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
PGPS a zkušenosti s anténami
6. dubna 2012 - 8:00 | Pandatron | PGPS a zkušenosti s anténami | Komentářů: 2  

PGPS a zkušenosti s anténami

Článek popisuje volbu vhodného typu antény a vliv umístění antény pro vývojové moduly přijímačů navigačního signálu GPS satelitů z naší nabídly - modulů PGPS.

Jedním z celé řady modulů určených pro vývoj elektronických zařízení, které jsou skladem dostupné prostřednictvím nabídky našeho eSopu, jsou již dříve představené moduly PGPS. Základ PGPS přitom tvoří špičkové produkty L10 společnosti Quectel, podporující DGPS a maximální obnovovací frekvenci až 5 Hz. Mezi další zajímavé vlastnosti lze rovněž zařadit například široký rozsah provozní teploty, 210 PRN kanálů či například přímou podporu aktivních antén! A právě antény jsou tématem i tohoto článku.

Základní vlastnosti:
  • 210 PRN kanálů s 22 současně sledovanými kanály
  • Citlivost až 165 dBm (sledování)
  • ESD ochrana všech pinů
  • Přesnost určení polohy: 3,0 m 2D-RMS nebo 2,5m při DGPS
  • Přesnost určení rychlosti: 0,1m/s nebo 0,05m/s2 při DGPS
  • Přesnost určení zrychlení: 0,1m/s2 nebo 0,05m/s2 při DGPS
  • Embedded provedení s pamětí flash 4 Mbit
  • Vynikající selektivita umožňuje integraci s jinými bezdrátovými aplikací, jako je WiFi, WiMAX, CDMA a GSM
  • Technologie Multi-path detekce a korekce pro přesné určení polohy i v náročném městském prostředí
  • Obnovovací frekvence až 5 Hz
  • Rychlé určení polohy: studený start: <35s, horný start: <1s
  • Rozhraní UART, I2C a USB
  • Podpora pasivních i aktivních antén s integrovaným filtrem
  • Rozsah provozních teplot: -40 až +85 °C
  • Vlastní spotřeba v aktivním režimu jen 38 mA (pasivní anténa)
  • Jediné napájecí napětí 3,0 až 4,3 V

Obr. 1: Modul PGPS-1 s L10 z naší produkce

Uvedené parametry platí pro L10, který je součástí PGPS-1. Je vidět, že modul svou citlivostí spadá do kategorie GPS přijímačů pro obecné použití. Je tedy vhodný všude tam, kde je potřeba znát přesnou polohu, rychlost, nadmořskou výšku nebo čas. Výhodou je rovněž široký rozsah provozních teplot, který umožňuje jeho použití i v nepříznivých podmínkách či zařízeních, pracujících ve venkovním prostředí. Jedinou nevýhodou je dostupnost pouze v SMD provedení, s pájecími ploškami s rozestupem zhruba 1mm. A právě tuto nevýhodu eliminuje náš modul PGPS.


Obr. 2: Vnitřní blokové schéma modulu L10 firmy Quectel

Anténa 2J010
V článku PGPS - GPS moduly pro vývoj jsme mimo jiné uvedly následující obrázek, na který nám do redakce přišla spousta dotazů. Na obrázku je zachycen modul PGPS s klasickou anténou pro pásmo GSM typu 2J010 a Převodník USB / sériový port (UART) s výstupem napájecího napětí.


Obr. 3: Použití modulu PGPS v kontaktním poli s anténou 2J010

Anténa 2J010 je primárně určena pro pásma DCS (1800 MHz)/PCS (1900 MHz)/3G (UMTS 2.1 GHz) a AMPS (824-894 MHz)/GSM (900 MHz). Družice systému GPS vysílají v pásmech, která jsou zvolena záměrně tak, aby byla minimálně ovlivněna meteorologickými vlivy. Systému GPS je přiděleno celkem 5 frekvencí a každé frekvenci odpovídá jeden vysílací kanál. Pro naše použití je však zajímavý pouze kanál L1 s frekvencí 1575,42 MHz. Podíváme-li se na následující graf antény 2J010 zjistíme, že při této frekvenci má hodnotu VSWR již zhruba kolem 3.0.


Obr. 4: Průběh VSWR antény 2J010 v závislosti na frekvenci

VSWR, tedy „Voltage Standing Wave Ratio“ udává hodnotu poměru stojatých vln (česky PSV) a je jedním z hlavních faktorů při konstrukci antény, neboť zjednodušeně řečeno ovlivňuje především její zisk.

Jaké jsou tedy praktické zkušenosti s použitím antény 2J010 ve spojení s GPS modulem? Veskrze kladné. Je jasné, že nižší zisk antény způsobuje zhoršení celkové citlivosti přijímače, ovšem pokud je jí možné umístit do těsné blízkosti modulu (tedy bez dlouhého přívodního vodiče), je citlivost modulu i tak dostatečná. Na následujícím obrázku je uveden stav při příjmu signálu na otevřeném prostranství s použitím aplikace QstarzGpsView.


Obr. 5: Síla příjmu jednotlivých satelitů při použití antény 2J010

Na volném prostranství neměl modul naprosto žádný problém s určením aktuální polohy a hodnota signálu kolem 30 bodů je velmi dobrý výsledek. Anténa je tedy dobře použitelná především u levných (její cena začíná na 70 Kč) a statických aplikací, ovšem velmi dobře si poradí i v mírné městské zástavbě.

Anténa GPS 2J431
Jednou u výhod modulů PGPS je přímá podpora aktivních antén. Tedy bez jakékoliv změny konfigurace ať již hardwarové či softwarové, je možné přímo k SMA konektoru modulu připojit aktivní GPS anténu s integrovaným předzesilovačem. Jedinou podmínkou (tedy kromě SMA konektoru) je napájecí napětí 3,3 V a proud, který nesmí překročit hodnotu 50 mA.
Zjednodušené schéma zapojení aktivní antény je uvedeno na následujícím obrázku.


Obr. 6: Zjednodušené schéma připojení aktivní antény

V nabídce našeho eShopu je skladem dostupná anténa 2J431. Jedná se o aktivní anténu s integrovaným předzesilovačem a ziskem až 28 dB právě na frekvenci kanálu GPS L1 (viz. následující obrázek).


Obr. 7: Zisk antény 2J431 dosahuje hodnoty až 28 dB

Není snad třeba již dodávat, že s touto anténou je možné dosáhnout skutečně velmi dobrých výsledků a to i za zhoršených příjmových podmínek (například v městské zástavbě). Jelikož však tyto antény svým původem pocházejí z antény typu GP, vyžadují pro svůj optimální provoz dostatečnou protiváhu. Z toho důvodu je anténa magnetická (na spodní straně obsahuje silný neodymový magnet) a umožňuje snadné umístění například na karoserii automobilu, mezi kterou v tu chvíli dochází ke kapacitní vazbě. Pokud anténa nemá k dispozici dostatečnou protiváhu a je umístěna na nekovové podložce, není schopna nabídnout prvotřídní vlastnosti.

Příklad toho je dobře vidět na následujících obrázcích. Na prvním obrázku je anténa 2J431 umístěna na nekovové podložce. Síla signálu přijímaných kanálů se tak značně přibližuje hodnotě signálu z antény 2J010.


Obr. 8: Umístění antény 2J431 na nekovovou podložku

Kdežto na následujícím obrázku byla anténa pomocí integrovaného magnetu umístěna na kovovou karoserii automobilu.


Obr. 9: Umístění antény 2J431 na kovovou karoserii automobilu

Je vidět, že rozdíl je skutečně značný. Síla signálu se v některých případech zvýšila až o 40 %, což především v městské zástavbě znamená velký rozdíl.

Mimochodem, další častou otázkou mnoha diskuzí je možnost zastínění GPS antény a tím znemožnění jejího příjmu. Jedná se samozřejmě především o případ monitorování služebních automobilů vedením dané společnosti a tak zde nebudeme mluvit o právní věci činu. Jak se však ukázalo, zisk antény 2J431 je tak velký, že ani její úplně obalení alobalem a jeho uzemnění nedokázalo ani na krátký čas zrušit příjem GPS signálu. Stále se síla všech satelitů pohybovala kolem hodnoty 20 – 30 bodů QstarzGpsView, což je dostatečná hodnota pro udržení polohy. Jediný problém by modul mohl mít ve chvíli studeného startu a vyhledávání nových satelitů, ale bylo by nutné použít několik vrstev alobalu.


Obr. 10: Aktivní anténa 2J431 z našeho eShopu

Závěr
Je vidět, že na typu antény poměrně hodně záleží. Ovšem i s minimální (GSM) anténou lze dosáhnout velmi dobrých výsledků především v případě, kdy je modul umístěn v její těsné blízkosti a anténa bude mít dobrý výhled na otevřené nebe. Levná anténa 2J010 je velmi vodná například do statických aplikací.

Následující obrázek prokazuje vysokou citlivost našich PGPS modulů. Je na něm totiž zachycen stav, kdy je modul zcela bez antény.


Obr. 11: Úroveň signálu modulu PGPS bez připojené antény

Hodnota kolem 10 – 20 bodů QstarzGpsView již samozřejmě nestačí pro studený start GPS modulu, ovšem pro udržení přesné polohy, nadmořské výšky a času je stále dostatečná.

Moduly L10 a PGPS-1 jsou dostupné skladem prostřednictvím našeho eShopu a to buď na stránce PGPS – GPS modul s L10 nebo L10 QUECTEL. Cena PGPS představuje součet ceny L10, kvalitní desky s plošnými spoji s potiskem a SMA konektoru. Rovněž skladem dostupné jsou i uvedené Aktivní antény 2J431MP/SMA od společnosti 2J, které umožní bezproblémový příjem i za zhoršených příjmových podmínek, stejně jako levné (GSM) antény 2J010, které při dostupnosti výhledu na otevřené nebe zajistí také dostatečně silný signál.

Odkazy & Download:
Domovská stránka výrobce
Domovská stránka výrobce v českém jazyce
GPS modul Quectel L10

L10 QUECTEL v našem eShopu
PGPS – GPS modul s L10 v našem eShopu
PU232F a PU232S - Převodníky USB/RS232
Aktivní antény 2J431MP/SMA
Převodník USB / sériový port (UART)
GPS Data Logger







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...

host
2. Dne 10. 04. 2012 v 07:58 zaslal host
Re.: Oprava
Ona citlivost dnešních GPS modulů (nemyslím teda nějakých sraček za 1 USD z číny) je tak velká, že pro příjem stačí i kousek drátku. A to i přesto, že úroveň zachyceného signálu je pod hranicí okolního šumu!


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232S - převodník USB-RS232, modul
Modul s obvodem CP2102 od Silicon Labs - převodník USB/RS232 Full pro vývoj a malosériovou výrobu.
od 240 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007