Как проверить антенну gps – [РЕШЕНО] Как проверить работу GPS на Андроид смартфоне

неправильно определяется местоположение или нет GPS-приёма, TPI 2022708/10

Описание неисправности

Касается только автомобилей с навигационной системой при следующих рекламациях:

Навигационная система не запускает ведение по маршруту.

Навигационная система указывает положение, отличное от фактического положения автомобиля.

Сигналы от спутников не принимаются.

Функция ведения по маршруту не работает, или работает неправильно, в связи с отсутствием связи со спутниками.

Решение в условиях сервиса

Проверить приём GPS в MMI:

Проверка приёма сигналов от спутников:

Порядок проверки приёма сигналов от спутников описан в руководстве по эксплуатации MMI или навигационной системы.

 

Проверку приёма сигналов от спутников необходимо проводить в условиях прямой видимости спутников.

Необходимо учитывать, что после отключения питания блока управления навигационной системы может пройти до 10 минут, прежде чем будут обработаны результаты приёма сигналов от спутников и получены результаты расчётов.

 

Если уверенный приём сигналов от спутников отсутствует (или обнаружено только 3 спутника или менее), необходимо выполнить следующие проверки:

1. Заново запустить (перезагрузить) MMI/навигационную систему.

Перезапустить MMI как описано в руководстве по эксплуатации MMI.

Если приём сигналов от спутников возобновится, проблема, возможно, вызвана однократным сбоем. Замена деталей разрешается только в случае, если неисправность повторяется многократно. При однократном нарушении работы системы замена деталей не допускается.

Если после этого неисправность не устранена, действовать следующим образом:

•

2. Проверка GPS-антенны a. Отсоединить разъём кабель антенны GPS от блока управления J794. Подключить с помощью переходного кабеля другую антенну GPS (контрольную антенну) и проверить работу. Если приём, по-прежнему, отсутствует неисправен блок управления J794. Далее, пункт 3. b. Если сигналы принимаются, это означает, что неисправна установленная GPS-антенна (автомобильная антенна) или антенный кабель. c. В качестве следующего шага проверки следует отключить антенный кабель непосредственно от самой антенны. Подключить к нему контрольную антенну. Если приём восстанавливается, ещё раз подключить антенну автомобиля и провести контрольную проверку. Если приём на автомобильную антенну по-прежнему невозможен, её необходимо заменить. d. Если приёма нет, проложить контрольный кабель через автомобиль и заменить им установленный антенный кабель. Если приём восстанавливается, неисправен антенный кабель.

 3. Проверка блока управления J 794/навигационного блока

Отключить питание блока управления электронной информационной системы 1 J794 на 15 минут и повторить проверку приёма сигналов от спутников.

Если приём сигналов от спутников возобновится, проблема, возможно, вызвана однократным сбоем. Замена деталей разрешается только в случае, если неисправность повторяется многократно. При однократном сбое замена деталей не допускается.

Если неисправность повторяется многократно, или система не работает постоянно, блок управления электронной информационной системы J794 необходимо заменить.

 

 

Антенна GPS: 9113 040 …

Антенный кабель: 9128 015 …

Блок управления электронной информационной системы 1 J794: 9196 040 …

Навигационная система (в A3 , TT и R8): 9112 040 …

При неоправданной замене деталей затраты не будут компенсированы.

vwts.ru

Обзор антенн для устройств GPS

В первую очередь GPS-антенны следует разделить на пассивные и активные. Кроме того, существуют антенны внешние и для монтажа на плату. Эти две классификации антенн для GPS являются основными. Производители предлагают антенны различного типа. Не следует забывать, что антенны являются одной из самых важных составных частей беспроводных систем. Каким бы замечательным ни было оборудование, но если используется неподходящая антенна, то характеристики такой системы будут весьма далеки от желаемых. Активные антенны представляют собой пассивные антенны со встроенным малошумящим усилителем. Когда же стоит применять активные антенны? Во-первых, если в GPS-приёмнике нет возможности установки внутренней антенны — например, когда выведен разъём для подключения внешней антенны, безсуловно, лучшим вариантом будет использование активной антенны, нежели пассивной. Это позволит не только увеличить чувствительность, но и повысить соотношение «сигнал — шум» и снизить влияние помех (слабый сигнал, идущий по кабелю от пассивной антенны более подвержен воздействию внешнего электромагнитного излучения, чем сигнал от активной антенны гораздо большей амплитуды). В случае отсутствия соединительного кабеля (или в случае крайне малой его длины, которой можно пренебречь), необходимость применения активной антенны диктуется конкретной ситуацией: если разрабатывается новое устройство, то во многих случаях может быть удобнее и дешевле встроить антенный усилитель непосредственно в устройство. Готовые устройства такой усилитель уже могут содержать, поэтому к выбору типа антенны необходимо подходить индивидуально.

Рассмотрим некоторые модели антенн, предлагаемых различными производителями. Компания Laipac предлагает целый ряд антенн для беспроводных устройств, как внешних, так и внутренних. Накладная серия антенн

P1 представляет собой внешнюю активную антенну для устройств GPS (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид антенны Laipac P1

Она имеет небольшие габариты, выполнена в защищённом от внешних воздействий корпусе и поставляется с кабелем с разъёмами MMCX, SMA и MCX. Корпус имеет магнитное основание, что в большинстве случаем существенно упрощает её монтаж на место работы. В антенну встроен высокотехнологичный современный малошумящий усилитель. Имеется большое разнообразие разъёмов (которое может быть расширено поставкой антенн с заказными разъёмами). Антенны выпускаются в двух вариантах: для систем с напряжением питания 3,0 В и для систем с напряжением питания 5,0 В. Помимо хорошего усиления МШУ содержит полосовые фильтры, вырезающие все сигналы за пределами рабочего диапазона частот GPS. Рассмотрим основные рабочие характеристики антенны. Рабочая частота составляет 1575,42±3 МГц, при этом КСВН не превышает 2,0. Ширина полосы пропускания с учётом работы полосовых фильтров составляет 10 МГц. Антенна имеет коэффициент эллиптичности 3,0 дБ, её импеданс составляет 50 Ом. Максимальный коэффициент усиления собственно антенны достигает 4,0 дБ, а рассеиваемая мощность не превышает 1,0 Вт; поляризация антенны – правая круговая. Встроенный усилитель имеет следующие характеристики: коэффициент усиления сигнала без учёта затухания в кабеле — 27 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; выходной КСВН не превышает 2,0. При этом напряжение питания составляет либо 3,0±0,3 В (для трехвольтовых модификаций), либо 5,0±0,5 В (для пятивольтовых). Вес — всего 35 г (без кабеля; вес с кабелем не превышает 120 г) при габаритах 49,3×49,3×17 мм. Антенна комплектуется кабелем типа RG 174 длиной 5 м. Антенна успешно функционирует в диапазоне температур от –40 до +105 ºС.

Навинчивающаяся антенна GLP1-RA (рис. 2) предназначена для подключения к GPS-приёмникам с внутренним напряжением питания 3,3 В. Она компактна, выполнена в защищённом корпусе и в основном предназначена для производителей электроники и системных интеграторов. Суммарное усиление антенны составляет 27 дБ. Кабель с разъемом типа SMA выходит из центральной нижней части антенны. Основные технические характеристики этой антенны во многом аналогичны рассмотренной выше Р1, за исключением коэффициента шума – здесь он составляет 1,2 дБ, а потребляемый ток не превышает 20 мА. Рабочий диапазон температур менее широк: от –40 до +85 С. Диаметр антенны составляет 60 мм, а высота — 22 мм.

Рис. 2. Внешний вид антенны Laipac GLP1-RA

Еще одна производимая этой фирмой антенна GLP-P1P (рис. 3) уже относится к классу встраиваемых пассивных антенн без усилителя, поэтому подразумевает использование с модулями, имеющими встроенный МШУ. Ее технические характеристики аналогичны рассмотренным выше, поэтому отметим только уникальные. Ширина полосы пропускания, в отличие от антенны

Р1, составляет 15 МГц. Конструкция антенны требует противовес размером 70×70 мм, при этом её вес не превышает 10 г, а габаритные размеры составляют 25×25×2 мм. Рабочий диапазон температур антенны — от –40 до +85 С, допустимая влажность — 95–100% при отсутствии конденсации. Отметим также, что этот модуль производится и в варианте со встроенным МШУ, при этом толщина увеличивается на 8 мм.

Рис. 3. Фотография антенны Laipac GLP-P1P

Рис. 4. Внешний вид антенны Laipac GLP1-GC

Модель GLP1-GC (рис. 4) более интересна, поскольку представляет собой совмещённую антенну GPS/GSM и выпускается в двух реализациях: в виде накладной антенны с магнитным основанием (рис. 5) и в виде антенны для постоянного монтирования на место работы (рис. 6). Такая комбинированная антенна очень удобна и незаменима при использовании в системах телеметрии и удалённого контроля местоположения объектов, например, в системах слежения за транспортом и логистики. В последнее время интерес рынка к этой категории приложений существенно возрос, поэтому предлагаемая антенна будет интересна большинству системных интеграторов и производителей беспроводного оборудования для телеметрии. Эргономичный корпус, защищённый от внешних воздействий, удобен при использовании на внешних объектах. Антенна имеет большой коэффициент усиления в диапазоне GPS. Усиление в диапазоне GSM составляет -1 дБи. Активная часть антенны обеспечивает усиление до 27 дБ, при этом потребляемый ток не превышает 22 мА. Антенна комплектуется кабелем длиной 5 м с разъёмом типа SMA. При этом допустимый диапазон питания антенны составляет 3,0–5,0 В. Для приложений GPS антенна имеет полосу пропускания 10 МГц при импедансе 50 Ом и КСВН не более 2,0. Встроенный МШУ обеспечивает усиление 27 дБ (без учёта потерь в кабеле) и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Для приложений GSM антенна имеет рабочий диапазон частот 880–960 МГц и импеданс 50 Ом, диаграмма направленности – круговая. Диаметр антенны 100 мм при высоте 39 мм, при этом вес её составляет 320 г. Антенна комплектуется кабелями (RG-174 для GPS и RG-58 для GSM) с разъёмами типа SMA и TNC на конце.

Рис. 5. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении с магнитным основанием

Рис. 6. Габаритные и присоединительные размеры антенны GLP1-GC в исполнении для монтажа в отверстие

Еще одной комбинированной антенной, предлагаемой компанией Laipac, является модель GLP1-CA (рис. 7). Технические характеристики аналогичны антенне GLP1-GC. Напряжение питания может находиться в диапазоне от 3,0 до 5,0 В, при этом максимальный потребляемый ток равен 22 мА. Антенна имеет круговую диаграмму направленности и габариты 86×60×25 мм в варианте реализации без дипольной антенны, либо 86×60×80 мм. Варианты разъёмов для GPS могут быть BNC, SMA, SMB и SMC, а для GSM – BNC, SMA и TNC.

Рис. 7. Фотография антенны Laipac GLP1-CA

Компания Wi-Sys Communications производит очень широкую номенклатуру антенн для GPS. Среди них как встраиваемые антенны, так и корпусированные и антенны специального назначения. При этом хочется отметить, что в каждой категории компания предлагает целый ряд оптимизированных по разным критериям решений. В качестве таких решений выступают высокий коэффициент усиления, малое энергопотребление, низкая цена, малые габариты и т. д. Объем статьи не позволяет рассмотреть их все, поэтому приведем лишь наиболее яркие из них. Все модели будут присутствовать в сводной таблице технических характеристик, которая будет дана в заключительной части этой статьи. Сначала рассмотрим встраиваемые антенны этого производителя, затем корпусированные и, наконец, кратко коснёмся антенн для устройств специального назначения.

 

Встраиваемые антенны

Антенны с высоким коэффициентом усиления требуются для успешной работы систем позиционирования в сложных условиях, где уровень сигнала крайне мал и усиления обычных антенн недостаточно для надёжной работы устройства. К этому классу относятся антенны серии WS3950/60 (рис. 8). Цепи малошумящего усилителя в этих антеннах разработаны на самой современной элементной базе и имеют встроенный ПАВ-фильтр, что позволяет получать надёжный и чистый сигнал даже в крайне сложных условиях. Антенна обладает круговой правой поляризацией, а встроенный малошумящий усилитель обеспечивает коэффициент усиления 28 дБ при напряжении питания 3,0 В и 28,5 дБ при питании напряжением 5,0 В, при этом коэффициент шума не превышает 0,8 дБ. Диапазон рабочих напряжений составляет 2,7-5,0 В, а потребляемый активной частью антенны ток в рабочем режиме составляет 7,5 мА (типовое значение) при напряжении питания 3,3 В. Антенна имеет габариты 28×28×9 мм. Антенна комплектуется кабелем длиной 15 см с разъёмом MMCX. Серия антенн WS3954/WS3964 внешне ничем не отличается от WS3950/60, однако их параметры оптимизированы по критерию энергопотребления. Отличие состоит в потребляемом токе – всего 2 мА при напряжении питания 2,7 В (при этом МШУ обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ). Допустимое напряжение питания для этой серии антенн находится в диапазоне от 2,5 до 3,3 В. Серии антенн WS3957/WS3967, напротив, оптимизированы по стоимости. В них использован двухкаскадный малошумящий усилитель со встроенными фильтрами на ПАВ, в результате при напряжении питания 2,8 В достигается усиление 28 дБ (при этом потребляется ток 9 мА), а при напряжении 5,0 В – 30 дБ, при этом потребляемый ток увеличивается до 15 мА. Допустимый диапазон напряжения питания составляет от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент шума сигнала не превышает 1,5 дБ, он немного хуже, чем в серии WS3950/60, но эти антенны дешевле. Имеется также герметизированный вариант WS3967-P, по электрическим характеристикам аналогичный антеннам серий WS3957/WS3967.

Рис. 8. Фотография антенны Wi-Sys WS3950/60

Другим довольно интересным и необычным решением компании Wi-Sys являются антенны серии WS4051/WS4061 со встроенным разъёмом MCX (рис. 9). Производитель позиционирует их как решения для встраиваемых систем. Антенны имеют коэффициент шума сигнала 0,8 дБ и могут функционировать при напряжении питания от 2,7 до 5,0 В. Коэффициент усиления МШУ составляет не менее 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток составляет 7,5 мА) и 28,5 дБ при питании 5,0 В. В этом семействе антенн также имеются серии, оптимизированные для приложений с минимальным энергопотреблением – это серии WS4055/WS4065. Их конструктивное исполнение аналогично антеннам WS4051/WS4061, отличия же заключаются только в электрических параметрах: их напряжение питания составляет 2,5-3,3 В, при этом потребляемый ток при питании 2,7 В составляет всего 2,0 мА. При напряжении питания 3,3 В обеспечивается коэффициент усиления МШУ не менее 18 дБ, коэффициент шума при этом не превышает 1 дБ.

Рис. 9. Внешний вид антенн Wi-Sys WS4051/WS4061

Для портативных приложений компания Wi-Sys разработала специальные сверхкомпактные антенны с продольными размерами всего 13 и 18 мм. К первым относится серия антенн WS1357 (рис. 10), которые предназначены для встраиваемых приложений и имеют хорошую защиту от электростатических разрядов. Диапазон допустимого напряжения питания составляет 2,7-5,0 В, коэффициент шума МШУ не превышает 1,5 дБ. При этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ при напряжении питания 3,3 В (при этом ток потребления составляет 9 мА) и 28,5 дБ при напряжении 5,0 В (при этом потребляется ток 15 мА). Антенна WS1857 имеет продольные размеры 18×18 мм, коэффициент усиления встроенного в них усилителя при напряжении питания 5,0 В достигает 30 дБ.

Рис. 10. Внешний вид антенны Wi-Sys WS1357

Как и многие производители GPS-антенн, компания Wi-Sys следует требованиям рынка и предлагает своим потребителям комбинированные антенны. Представитель этой категории – антенна WS3940-ULD (рис. 11). Она имеет ультратонкий профиль, что позволяет с успехом её использовать в миниатюрных и портативных устройствах. Диапазон напряжения питания этой антенны составляет 2,7-5,5 В, при этом типовое значение потребляемого тока — около 8 мА. Типовой коэффициент усиления малошумящего усилителя подсистемы GPS этой антенны равен 25 дБ, при этом коэффициент шума не превышает 1,6 дБ. Антенна работает в следующих диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (Европа) и 1850–1990 МГц (Северная Америка).

Рис. 11. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940-ULD

 

Корпусированные антенны

Предназначены для внешнего использования или замены/монтажа в уже готовые устройства GPS. Компания Wi-Sys производит ряд антенн этой категории: с магнитным основанием для простого монтажа на металлические поверхности; радиального типа для монтажа на штырь (на самом деле это полая трубка с внешней резьбой, внутри которой проходит коаксиальный кабель) и накладные антенны для монтажа на поверхности. В первой категории предлагается три серии антенн, оптимизированных с точки зрения минимума шумов, малого энергопотребления и небольшой цены. Антенны отличаются только ценой и техническими характеристиками, внешний же вид этих трёх серий одинаков. Серия антенн WS3910 (рис. 12) представляет специально разработанные антенны на базе керамических элементов, что позволило добиться снижения эффекта расстройки, который вызывается окружающими антенну предметами.

Рис. 12. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3910

Антенна обладает отличными параметрами и очень удобна при монтаже: она не только имеет магнитное основание, существенно упрощающее монтаж на место эксплуатации, но и расположенные в нижней части отверстия, которые дают возможность также выполнять крепление винтами. При этом вес антенны — 120 г, а габаритные размеры — всего 45×51×12 мм. Рабочий диапазон температур довольно широк и охватывает допустимые значения в диапазоне от –40 до +80 С. Антенна относится к классу малошумящих, поэтому суммарный коэффициент шума получаемого от антенны сигнала для этой модели не превышает 0,8 дБ. При этом малошумящим усилителем обеспечивается отличное усиление: 28 дБ при напряжении 3,3 В (при этом потребляемый ток не превышает 7,5 мА) и 28,5 дБ при напряжении питания 5,0 В (потребляемый ток 11,5 мА). Как и все рассмотренные ранее антенны, эта модель имеет импеданс 50 Ом. Производитель рекомендует заказывать антенну, укомплектованную коаксиальным кабелем с разъёмом типа SMA, однако по запросу возможна поставка с разъёмами SMB, SMC, MCX, BNC и TNC. Серия WS3914 (внешний вид показан на рис. 11) оптимизирована для использования в малопотребляющей технике: ток потребления при напряжении питания 2,7 В не превышает 2 мА. При этом достигаются хорошие электрические параметры, определяемые используемым МШУ: он обеспечивает коэффициент усиления 18 дБ и шум не более 1 дБ (при напряжении 3,3 В). Допустимый диапазон питающего напряжения составляет от 2,5 до 3,3 В. Антенна поставляется с теми же типами разъёмов, что и WS3910. Еще один представитель категории антенн с магнитным основанием — модель WS3917, критерий оптимизации которой — цена. Она обладает хорошими электрическими параметрами при небольшой стоимости: напряжение питания 2,7–5,0 В, при этом МШУ обеспечивает усиление 28 дБ и коэффициент шума не более 1,5 дБ. Потребляемый активной частью антенны ток значительно выше, чем у модели WS3914, но за снижение цены приходится платить большим энергопотреблением: при напряжении питания 3,3 В усилитель антенны потребляет ток 9,0 мА, а при напряжении 5,0 В — 15,0 мА, а диапазон допустимого напряжения питания значительно шире: 2,7–5,0 В. Типы разъемов аналогичны модели WS3914, антенна поставляется с коаксиальным кабелем длиной 3 м, потери в котором составляют 1,3 дБ/м, то есть полное затухание в кабеле достигает 3,9 дБ, однако большой коэффициент усиления МШУ нейтрализует эту проблему.

Рис. 13. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

Категория антенн для монтажа в отверстие компании Wi-Sys представлена серией WS3977 (рис. 13). Эти антенны отличаются крайне высоким подавлением внеполосных частотных компонент сигнала. В активной части используется современная элементная база с применением фильтров на ПАВ, что обеспечивает ей хорошие электрические параметры. Для удобства монтажа производитель также предлагает специальный кронштейн для крепления на горизонтальные поверхности. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977 показаны на рис. 14. Антенна помещена в пыле-влагозащищённый корпус диаметром 66 мм и высотой 44,4 мм, при этом полный вес антенны равен 50 г. Диапазон допустимых напряжений питания расширенный — от 2,7 В до 5,0 В. Коэффициент шума не более 1,5 дБ при усилении 28 дБ (напряжение питания 3,3 В) и 30 дБ (питание 5,0 В). Антенна поставляется с единственным типом разъёма — TNC.

Рис. 14. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

Антенны для монтажа на поверхность производства компании Wi-Sys представлены семейством WS3977 (рис. 15). Антенны очень компактны (44,28×13,42 мм) и незаметна при использовании, при этом сохранены отличные технические характеристики, сохраняющиеся при работе от источника питания с выходным напряжением 2,7–5,0 В.

Рис. 15. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3977

Способ крепления этой антенны (четырьмя винтами М4×40) легко понять из рис. 16, на котором приведены габаритные и присоединительные размеры, необходимые для её монтажа на место эксплуатации. Энергопотребление антенны относится к среднему классу и составляет 9 мА при нижнем предельном напряжении питания и 15 мА при верхнем, при этом коэффициент усиления для первого режима составляет 28 дБ, а для второго превышает 30 дБ. В отличие от предыдущих моделей, антенна WS3977 не снабжена кабелем, а имеет встроенный разъём типа MCX, что в большинстве случаев является не проблемой, а преимуществом, поскольку этим обеспечивается бульшая гибкость и удобство, чем при использовании антенн со встроенным кабелем.

Рис. 16. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3977

Расширенный диапазон температур (–40… +85 ºС) и герметичная конструкция позволяют без проблем использовать антенну в сложных условиях эксплуатации. Кроме того, на заказ антенна может поставляться в корпусах различного цвета.

 

Специализированные антенны

Категория специализированных антенн компании Wi-Sys представлена несколькими интересными моделями. Одной из них является WS3940 — комбинированная активная антенна, к которой можно подключить GPS-приёмник и сотовый модем или телефон. Яркой отличительной особенностью этой модели является то, что она специально предназначена для монтажа на стеклянные поверхности (рис. 17).

Рис. 17. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3940

Эта модель очень удобна для применения в телематических приложениях и позволяет достичь отличной точности данных позиционирования, а также чистой надёжной связи центра с мобильным объектом. Антенна универсальна и помимо GPS способна работать в следующих частотных диапазонах: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (GSM), 1710–1880 МГц (европейский) и 1850–1990 МГц (Северная Америка). Диапазон рабочих напряжений питания — 2,7–5,0 В, при этом типовой потребляемый активной частью антенны ток составляет 8 мА. Коэффициент шума МШУ не превышает 1,6 дБ, при этом обеспечивается типовое усиление 25 дБ. Антенна достаточно компактна: её габаритные размеры 140×75×8 мм (рис. 18).

Рис. 18. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3940

Другой специализированной антенной является WS3942 (рис. 19). Как и предыдущая, эта модель предназначена для использования в телематических приложениях, поскольку обеспечивает работу как в диапазоне GPS, так и в диапазонах сотовой телефонии. Антенна состоит из двух объединённых блоков и активной части — малошумящего усилителя. Первый блок представляет собой накладную GPS-антенну, а второй — штыревую сотовую антенну. При этом в нижней части антенны имеется магнитное основание, что облегчает ее установку.

Рис. 19. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3942

Она выпускается в двух модификациях — для Северной Америки и Европы, различия которых заключаются в поддерживаемых диапазонах частот (сотовая часть): для первого региона поддерживаются диапазоны сотовой телефонии 824–894 МГц и 1850–1990 МГц, а для второго — 890–960 МГц и 1710–1880 МГц. Встроенный малошумящий усилитель обеспечивает усиление 28 дБ при коэффициенте шума 1,6 дБ. Диапазон допустимого напряжения питания — от 2,7 В до 5,0 В. Экономичность антенны также на хорошем уровне: при напряжении питания 3,3 В потребляется ток — не более 9 мА. Эта модель за счет использования штыревой антенны имеет меньшие габариты: 45×51×64 мм (рис. 20).

Рис. 20. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3942

Антенна WS3947 (рис. 21) является также комбинированной и помимо работы с GPS обеспечивает возможность работы в диапазонах сотовой телефонии 3G, и, кроме того, одновременно позволяет работать в ISM-диапазоне 2,4 ГГц, что дает возможность использовать её в качестве и антенны для Wi-Fi. Необходимо отметить, что количество аналогов на рынке невелико. Антенна обеспечивает возможность применения в различных географических регионах, поэтому поддерживаются следующие диапазоны частот: 824–894 МГц (сотовая телефония), 890–960 МГц (сотовая телефония GSM), 1710–1880 МГц (Европа), 1850–1990 МГц (Северная Америка), 1885–2200 МГц (Европа и США, диапазон для систем мобильной телефонии 3G), 2400–2500 МГц (ISM-диапазон).

Рис. 21. Внешний вид антенны Wi-Sys WS3947

Характеристики активной части антенны следующие: диапазон напряжений питания 3,0–5,0 В, коэффициент усиления 28 дБ при коэффициенте шума 1,5 дБ; ток потребления при напряжении питания 3,5 В равен 9 мА. При таком сочетании возможностей антенна не только невелика по размерам, но и очень тонка — ее толщина 8,5 мм, а габариты 132,1×58,9 мм (рис. 22).

Рис. 22. Габаритные и присоединительные размеры антенны WS3947

И, наконец, в заключение краткого обзора антенн компании Wi-Sys рассмотрим комбинированную GPS/Wi-Fi активную антенну WS3948. Внешне она очень напоминает антенну WS3942 и имеет такую же конструкцию: накладную основную часть с магнитным основанием, содержащую антенну GPS и объединённую с ней штыревую антенну для приложений Wi-Fi. В нижней части магнитного основания также имеются резьбовые отверстия для обеспечения более надёжного крепления винтами. Диапазон питания активной части антенны здесь немного больше: допустимым является напряжение в диапазоне 2,7–5,5 В. При напряжении 3,3 В МШУ антенны потребляет ток 9 мА и обеспечивает усиление 28 дБ.

Литература

1. http://www.laipac.com/
2. http://www.wi-sys.com/ /ссылка утрачена/

wireless-e.ru

стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками

Антенна GPS используется для определения специальными приборами координат местности, в которой находится человек в данный конкретный момент. С недавнего времени наша страна располагает собственной разработкой в данной области – системой ГЛОНАСС. Современные GPS-приёмники без дополнительных систем уточнения обладают достаточной для определения местоположения точностью – в районе 3-х метров.

Антенна GPS

Принцип работы

С появлением GPS-устройств для определения местоположения всё меньшее количество человек умеет пользоваться компасом. Первой составляющей GPS-навигатора является его антенна. Именно с помощью неё происходит приём сигнала от ближайшего навигационного спутника связи. От верного подбора характеристик принимающего устройства (антенны) зависит точность и способность принятия нужного сигнала.

Неверно подобранные характеристики принимающего элемента могут сильно усложнить жизнь во время таких природных явлений, как снег или дождь, что сделает определение местоположения невозможным как раз в тот момент, когда это наиболее необходимо. Поэтому проектированием GPS-антенн занимаются специальные проектные организации, и без обязательных полевых испытаний в промышленное производство изделие не запускается.

Дополнительная информация. GPS – Global Positioning System. В переводе означает система глобального позиционирования. Изначально была разработана военными для своих нужд на территории Северной Америки. Она настолько хорошо себя зарекомендовала, что военные ведомства в конце прошлого века вынуждены были поделиться технологией с гражданским населением.

На сегодняшний день в любом новом гаджете присутствует встроенная GPS-антенна. Однако точность определения местоположения зачастую оставляет желать лучшего. Выделяются три основные причины ошибочной работы устройства:

• Отсутствие спутника в данный конкретный момент в данной конкретной местности;
• Плохое качество антенного устройства;
• Нерасторопное программное обеспечение.

Типы антенн

Существуют различные типы антенн:

• Встроенные или внешние;
• Активные или пассивные.

Для правильного выбора GPS-антенны необходимо охарактеризовать перечисленные выше разновидности. Это важно, т.к. неверное применение типа детали может привести к снижению характеристик GPS-приёмника.

Активные GPS-антенны

Это часто применяемое устройство со встроенным усилителем сигнала. Основная область применения – приёмники без встроенного аппарата приёма сигнала, но с возможностью его подключения через соответствующий разъём. Данные аппараты чувствительны. Ими же происходит понижение уровня помех.

Активная GPS-антенна

Пассивные GPS-антенны

Обычно встроенные. Есть очень сильная зависимость от внешнего электромагнитного поля. Чем больше его влияние, тем менее сильный сигнал дойдёт до конечного устройства.

Производители выпускают огромное количество различных моделей данных GPS-устройств, в которых можно легко запутаться. Различаются и характеристики, вплоть до питающего напряжения. На рынке присутствует даже GPS антенна для планшета с фильтрацией паразитных сигналов.

На сегодняшний момент присутствуют различная комплектация моделей, виды разъёмов и марки кабелей, что позволяет применять их со всеми существующими видами приёмников. При выборе необходимо обращать внимание на длину кабеля: чем он больше, тем лучше.

При всём многообразии моделей устройства всё время модернизируются, улучшаются следующие показатели:

• Коэффициент усиления;
• Снижение потребления энергии;
• Уменьшение себестоимости;
• Уменьшение габаритов.

Подключение гаджетов

У современных гаджетов присутствует встроенная GPS-антенна. Однако в качестве навигаторов их использовать можно далеко не всегда. Не во всех неблагоприятных условиях они могут уловить сигнал от ближайшего спутника связи. К таким неблагоприятным условиям можно отнести:

• Стёкла автомобиля с напылением, мешающим свободному прохождению сигналов;
• Размеры экрана гаджета не всегда позволяют чётко увидеть все детали маршрута;
• Габаритные размеры планшетов не позволяют разместить его под лобовым стеклом автомобиля.

При походе в магазин для приобретения необходимого устройства необходимо очень подробно объяснить продавцу-консультанту тип гаджета, для которого приобретается антенна, для каких целей планируется использование устройства, а также, какой результат применения требуется, где его необходимо будет устанавливать.

Всё это нужно учитывать потому, что сегодняшние усилители применяют такие современные средства коммуникации, как USB-порт и Bluetooth. Для использования в гаджетах последний кодированный протокол передачи данных предпочтительнее, т.к. не вменяет необходимость дополнительных проводов, мешающих при его использовании, например, у смартфона. Однако при данном подключении необходимо очень точно установить антенну в требуемое место. На компьютерах обычно используют специальные разъёмы USB.

GPS в автомобиле

В современном автомобиле нужен навигатор, зашитый в бортовой компьютер. Навигацией очень удобно пользоваться любому водителю.

Автомобильный навигатор

Проектировщики, занимающиеся проектированием систем навигации автомобилей, остановились на следующем алгоритме работы:

• Устройство внешнего типа получает и усиливает сигнал, идущий от спутника. В усиленном виде он попадает в навигатор;
• В приёмном устройстве навигации появляется полученный сигнал. На его основе происходит определение местоположения автомобиля. Далее происходит уточнение координат с помощью блока управления системы;
• После уточнения координат местоположения автомобиля происходит вычисление оптимального маршрута движения до конечного пункта назначения. Это происходит на основе загруженных при производстве машины дорожных карт. Зачастую управление навигационной системой производится голосом. При необходимости обновления загруженных в память автомобиля карт используют специальные загрузочные DVD-диски;
• Определение верного направления движения происходит с помощью параметров угловой скорости колёс, за вычисление которой отвечает бортовой компьютер.

При настройке определения местоположения автомобиля на загруженной в его память карте машина должна быть в статическом покое и в месте, обозначенном на карте. При этом gps антенна для навигационного блока устанавливается на заводе.

GPS-антенна своими руками

Бывают ситуации, в которых без определения местоположения, можно попасть в очень незавидное положение. В таком случае навигационные приборы просто жизненно необходимы. Здесь слабый сигнал от спутника связи или его полное отсутствие недопустимы. Тогда, зная, что из себя представляет GPS-антенна, есть возможность изготовить её самостоятельно.

Пример самодельной GPS-антенны

На приведённом рисунке видно, каким образом можно изготовить необходимый элемент из подручных материалов:

• Берётся проволока, желательно медная, небольшого сечения. В нашем случае 2,5 мм²;
• Из проволоки сгибается квадрат соответствующего размера. Величины сторон показаны на рис.;
• Полученную деталь прикрепляем с помощью пайки или изоленты (скотча) к GPS-приёмнику.

В результате произведённых манипуляций можно получить приемлемый для определения координат местоположения сигнал.

GPS-антенны незаменимы в современных GPS-приёмниках для определения местоположения на местности. Очень востребованы туристами, которые с помощью данных устройств правильно прокладывают маршруты.

Видео

amperof.ru

GPS антенна из куска проволки и какой-то матери. / Блог им. letni / Сообщество EasyElectronics.ru

Есть у меня китайская GPS-ина ET-314 с DealExtreme [http://www.dealextreme.com/p/et-314-gps-engine-board-module-with-sirf-star-iii-chipset-80040], да вот вся проблема нету антенны. Заказывать и ждать, никакого желания нету. Хотя и стоит она всего 15грн.
После некоторых размышлений, и вспоминание своих похождений с Wifi, вышло вот такое чудо. Под названием Biquad
Биквадрат, это правильно изогнутая восьмерка, другое название «зигзаг Харченко»

Все просто. Длина волна Wifi = 125 мм, GPS = 3000/1575мгц = 190.4мм.
Каждый лепесток Биквада равен длине волны поделенной на 4, ака для Wifi 31мм, Для GPS 47.6мм. Высота от отражателя будет Длина волны/8 -> 15.5, и 23.8 мм соответственно
См. Чертеж


Как это выглядит без отражателя для GPS

И как это чудо ловит сигнал

Обновление: Подключение
Подключение антенны идет так как указано в даташите к приемнику.

Так как антенна была собрана just4fun не о каком согласование речи не шло, хотя формально для согласования требуется выдерживать размеры расстояния между отражателем и активным элементом.
Впрочем я могу быть не прав.

Все размеры брались исключительно по пропорции готовых антенн на другие частоты. Впрочем как частоту не меняй законы остаются одинаковые.

К отражателю подсоединяется AGND соответственно. Как квадрат не крути он со всех сторон будет квадратом, так что активный элемент подключается как удобнее, к точке один и точке два, см самый первый чертеж. Одна точка подключается к AGND, со второй снимается сигнал.

we.easyelectronics.ru

Как правильно разместить GPS антенну внутри автомобиля. Часть 1

Под лобовым стеклом, в центре?

Между передними сидениями?

Или подвесить как-нибудь сбоку?

Ответ можно получить с помощью эксперимента. В конечном счете, мы так и поступим, поэтому, если Вы торопитесь, то можете сразу переходить к концу статьи, непосредственно к ответу. Мы же, чтобы понимать физику процесса, предварительно рассмотрим некоторые, относящиеся к делу, теоретические вопросы.

Сначала несколько общих слов о принципе работы спутникового навигационного приемника. Радиосигналы, передаваемые каждым навигационным спутником, принимаются, усиливаются, переводятся на промежуточную частоту и подвергаются дальнейшей обработке. Эта обработка заключается в извлечении информационного сообщения спутника и определении времени распространения сигнала от спутника до приемника. Информационное сообщение спутника содержит эфемериды его орбиты, которые используются для определения его координат на момент передачи сигнала. Задержка принятого сигнала используется для определения расстояния до спутника. Зная координаты нескольких спутников и расстояния до них, навигационный приемник вычисляет координаты потребителя.

До скольких спутников требуется знать расстояния? Положение потребителя в пространстве определяется тремя независимыми величинами (например, долготой, широтой и высотой над уровнем моря). Кроме того, поскольку величина измеряемой задержки сигнала напрямую связана с уходом часов приемника, величина этого ухода также подлежит определению. Таким образом, в процессе решения навигационной задачи требуется определить четыре независимых неизвестных величины: долгота, широта, высота над уровнем моря и уход часов приемника.

Для определения этих неизвестных требуется минимум четыре уравнения. При этом, уравнения должны быть независимы, т.е. ограничения, накладываемые любым из них не должны дублировать ограничения остальных трех. Фактически, независимость уравнений определяется взаимным расположением выбранных спутников. Проиллюстрируем сказанное двумерным случаем, в котором для простоты рассуждений часы приемника полагаются абсолютно точными, в силу чего для решения навигационной задачи достаточно двух спутников (положение на плоскости определяется двумя независимыми координатами).

Рис 1. Влияние взаимного расположения спутников на точность определения координат

На рис. 1 конечная ширина концентрических колец обозначает конечную точность определения расстояний до спутников. В результате измерения параметров сигнала одного спутника GPS приемник выясняет, что размер заштрихованной области пересечения колец соответствует точности определения координат потребителя. Точность в случае рис. 1а выше точности в случае рис. 1б, что связано с различием угловых расстояний между направлениями на спутники. При уменьшении этого углового расстояния ограничения, накладываемые уравнениями, становятся более похожими друг на друга, то-есть становятся более зависимыми, а точность определения координат падает. В пределе, при совпадении угловых положений спутников, потребитель не может быть локализован.

В действительности, для увеличения точности, GPS приемник стремится использовать как можно больше спутников (рис 2). Большее число колец дает меньшую площадь их области пересечения, что соответствует увеличению точности. В трехмерном случае все эти рассуждения остаются справедливыми, только концентрические круги на плоскости необходимо заменить сферами с конечной толщиной поверхности.

Рис 2.

Для некоторого числа спутников можно определить такое их расположение, при котором будет обеспечена максимальная точность (оптимальное созвездие). Например, для 4 спутников это созвездие будет таким: один спутник в зените, остальные три располагаются в плоскости горизонта, отстоя друг от друга на одинаковый азимутальный угол. Если спутников больше 4-х, оптимальная конфигурация спутников будет похожей. Можно показать, что для нее объем многоугольника, вершины которого совпадают с концами единичных векторов, направленных от наблюдателя к спутникам, максимален. Отсюда интуитивно понятно требование распределить часть спутников оптимального созвездия равномерно по горизонту. Качество созвездия с точки зрения точности определения координат принято характеризовать коэффициентом PDOP (Position Dilution Of Precision), который равен отношению ошибки измерения координат к ошибке определения дальности. Чем меньше этот коэффициент, тем точнее определяются координаты. Для созвездия на рис. 1а PDOP меньше, чем для созвездия на рис. 1б. Для оптимального созвездия PDOP достигает минимального значения.

В случае системы мониторинга транспорта высота объекта над уровнем моря, как правило, менее значима, чем его положение в плане. Тут вместо PDOP можно воспользоваться HDOP (Horizontal Dilution Of Precision) – отношение ошибки определения координат в плане к ошибке определения дальности до спутника. Оптимальное созвездие с точки зрения HDOP отличается от оптимального с точки зрения PDOP. В частности, для минимизации HDOP спутник в зените ни к чему – минимум HDOP достигается при равномерном по азимуту распределении спутников в плоскости горизонта.

Теперь пора вернуться к обсуждаемому вопросу: как расположение антенны внутри автомобиля влияет на точность определения его координат? Во-первых, созвездие «видимых спутников» для антенны внутри автомобиля может отличаться от созвездия фактически имеющихся: кузов автомобиля может влиять на принципиальную возможность приема сигнала. Во-вторых, точность измерений параметров сигнала, а следовательно, и дальностей до спутников, внутри автомобиля может ухудшаться. Рассмотрим сначала первую часть вопроса:

Ухудшение точности определения координат, связанное с уменьшением количества видимых спутников.

Допустим, антенна внутри автомобиля «видит» только некоторые из оптимального с точки зрения HDOP созвездия, состоящего из 8 спутников. Как при этом изменится точность определения координат в плане, если точность определения дальности до «видимых» спутников остается неизменной? Чтобы ответить на этот вопрос нам придется записать пару формул. Если Вы и их и так знаете, или Вам вообще все равно, можете просто прочитать ответ ниже. Мы же для начала введем в рассмотрение декартову систему координат с центром в точке расположения антенны, ось Z которой направлена вверх, ось Y – на север, а ось X, соответственно, на восток. Поскольку в оптимальном, с точки зрения HDOP, созвездии спутники расположены в плоскости горизонта их координаты Z в выбранной системе будут равны 0. Для исходного оптимального созвездия можно записать следующую систему уравнений, связывающую измеренную дальность с ошибками определения координат и уходом часов GPS приемника:

здесь	— действительное расстояние от спутника до точки расположения антенны,
	— ошибка определения дальности до спутника,
	— координаты спутника,
	— ошибки определения координат и ошибка часов GPS приемника.

В уравнениях отсутствует ошибка определения координат по оси Z. Предполагается, что эта координата нам достоверно известна, и равна 0 в выбранной системе координат.

Правую часть каждого из уравнений (1) можно разложить в ряд по степеням и . Поскольку ошибки определения координат много меньше любого из расстояний до спутников, в разложениях можно оставить только члены, связанные с первыми степенями. В результате получим:

(2)

Поскольку , а , где — азимутальный угол в сферической системе координат, соответствующей исходной декартовой, в (2) можно избавиться от координат спутников, заменив их соответсвующими азимутальными углами:

(3)

или в матричном виде:

Полученная система уравнений устанавливает связь между ошибками измерения дальностей до спутников и определения координат в плане. Ее решение, минимизирующее сумму квадратов невязок, выглядит так:

(5)

где — транспонированная матрица H.

Выражение (5) устанавливает связь между конкретными реализациями ошибок. Однако, ошибки измерения дальностей до спутников суть случайные величины, поэтому, оперировать надо не их конкретными реализациями, а статистическими характеристиками. В некотором приближении, приемлемом в данном контексте, можно считать, что результаты измерений подчинены нормальному закону, независимы друг от друга и имеют одинаковую дисперсию. То-есть в целом их можно охарактеризовать диагональной ковариационной матрицей с одинаковыми элементами на диагонали:

(6)

где — дисперсия измерения дальности

Тогда неизвестный вектор ошибок определения координат и ухода часов тоже будет случайным и подчиненным нормальному закону. Его ковариационная матрица определится законом распространения ошибок:

(7)

Поскольку в оптимальном по HDOP созвездии спутники равномерно распределены по азимуту, а из интуитивных соображений ясно, что при повороте всей системы спутников на некоторый угол вокруг оси Z ничего не изменится, матрица H однозначно определена. Это означает, что матричный сомножитель в (6) может быть вычислен. Выполнив эти вычисления, получим:

(8)

То-есть дисперсия ошибки определения координат по каждой из осей в оптимальном по HDOP созвездии из 8-ми спутников в четыре раза меньше дисперсии ошибки измерения дальности.

Как изменится ковариационная матрица , если сигнал одного из спутников будет потерян? Это несложно выяснить, достаточно в системе уравнений (3) убрать одно уравнение и повторить только что выполненные вычисления:

(9)

Ковариационная матрица уже не диагональная, ошибки по осям X и Y кореллированы, поэтому, чтобы определить дисперсию ошибки диагональных элементов матрицы недостаточно, необходимо найти собственные числа ковариационной матрицы. Выполнив это получим значение максимальной дисперсии ошибки

Аналогично, вычислим ковариационные матрицы для случая исчезновения сигнала 2-х, 3-х и 4-х соседних спутников, и сведем все результаты в одну таблицу:

Характерной является 2-я снизу строка таблицы: при исчезновении сигнала от половины соседних спутников дисперсия ошибки увеличивается в 20 раз, то-есть среднеквадратичная ошибка возрастает в 4.5 раза (корень из 20).

Если среднеквадратичная ошибка измерения дальности до спутника 8 метров (что недалеко от истины), то в для оптимального созвездия среднеквадратичная ошибка измерения координат составит 4 метра, а при исчезновении 4-х соседних спутников увеличится до 17.9 метров.

Такое ухудшение точности хоть и не критично с точки зрения типичных задач мониторинга транспорта, но, тем не менее, может расстроить пользователя системы «Навигатор+».

Можно ли как-нибудь определить, как будут меняться созвездия видимых спутников для представленных в начале статьи способов расположения антенны? Простые геометрические построения в данном случае не помогут. Дело в том, что если размеры объекта, препятствующего приему сигнала, соизмеримы с длиной волны, то интенсивность сигнала вблизи границы области геометрической тени будет определяться дифракцией электромагнитных волн на объекте. Проще говоря, куском железа размером в пару длин волн сложно «загородиться» от спутника. Более того, даже если размеры экранирующего объекта много больше длины волны, но расстояние от границы объекта до точки наблюдения соизмеримо с длиной волны, дифракционными эффектами также нельзя пренебречь. Длина волны, соответствующая несущей частоте GPS сигнала, равна приблизительно 190 мм. Размер если и не близкий к размерам характерным конструктивных эелементов кузова автомобиля, то по крайней мере соизмеримый с ними. Поэтому, для GPS антенны, расположенной в салоне эффекты дифракции на элементах конструкции могут быть существенны.

На практике это может означать, как то, что, например, антенна, спрятанная под крышей автомобиля, может, тем не менее, обеспечивать прием GPS сигнала, так и то, что сигнал от спутника, находящегося в геометрической видимости может быть не принят.

Для определения условий видимости спутников можно было бы попытаться составить электродинамическую модель автомобиля и решить задачу дифракции, однако, это довольно сложно. Упрощенная модель, не учитывающая подробности элементов кузова, может не обеспечить адекватной точности, а составление строгой модели сопряжено со значительными математическими и вычислительными трудностямии. Поэтому, мы поступили проще: провели эксперимент. Антенну одного GPS приемника резместили на крыше неподвижного автомобиля, а антенну другого поочередно размещали в салоне тремя указанными выше способами, и сравнивали два видимых созвездия друг с другом.

Для демонстрации видимых созвездий использовалась диаграмма, получающаяся отображением координат спутников на плоскую область, ограниченную кругом, при котором азимут спутника равен полярному углу соответствующей ему точки, отсчитываему по часовой стрелке от вертикальной оси, а косинус угла возвышения пропорционален расстоянию от точки до центра круга. Если, находясь в точке расположения антенны, повернуться лицом на север, а потом каким-нибудь непостижимым образом моментально взлететь строго вертикально на пару сотен тысяч километров, и посмотреть оттуда на навигационные спутники, то они будут расположены так же, как на диаграмме. Например, спутнику, расположенному в зените, будет соответствует точка в центре круга, а спутнику, только появляющемуся из-за горизонта, соответствует точка вверху диаграммы. GPS спутники принято идентифицировать числами, поэтому они обозначаются кружками с номером спутника внутри. Окружности сетки диаграммы соответствуют углам возвышения 0, 15, 30, 45, 60 и 75 градусов.

Вот результаты эксперимента:

Антенна на крыше автомобиля

Антенна под лобовым стеклом в центре (1)

Рис. 3

Антенна на крыше автомобиля

Антенна между передними сидениями (2)

Рис. 4

Антенна на крыше автомобиля

Развернутая на 90 градусов антенна (3)

Рис. 5

В целом, как ни странно, кузов автомобиля не очень сильно влияет на количество видимых спутников. Антенна под лобовым стеклом видит те же спутники, что и антенна на крыше, антенна между сидениями «потеряла» всего лишь два спутника (6 и 18), и то же самое сделала антенна, перевернутая на 90 градусов: тоже потеряла пару спутников, на этот раз 6 и 10. Вспоминая полученные выше результаты можно заключить, что геометрический фактор изменится не сильно.

Таким образом, мы рассмотрели первую часть поставленного вопроса о размещении антенны внутри автомобиля, связанную с изменением количества видимых спутников. Вторую часть вопроса рассмотрим во второй части статьи.

telemonitoring.ru

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт