GNSS アンテナとは、GPS GNSS アンテナ

GNSSアンテナとは

GNSS (Global Navigation Satellite System) は、アメリカの GPS (全地球測位システム)、ロシアの GLONASS、ヨーロッパの Galileo、中国の BeiDou などを含む衛星ナビゲーション システムの集まりを指す総称です。 GNSS アンテナは、これらすべての衛星ナビゲーション システムから信号を受信し、正確な位置、速度、調査、および時間情報をユーザーに提供するように設計されています。GNSS アンテナは調査アンテナとも呼ばれます。

GPSアンテナとGNSSアンテナの違い

GPS (全地球測位システム) アンテナは、米国政府によって運用されている衛星の GPS コンステレーションからのみ信号を受信するように特別に設計されています。 GPS は、世界で最も広く使用されている衛星ナビゲーション システムであり、ナビゲーション、測位、およびタイミングのアプリケーションに一般的に使用されています。
そのため、GNSS アンテナには GPS アンテナが含まれ、GNSS アンテナはより多くの周波数帯域をカバーし、GPS アンテナは GPS 信号のみに特化して最適化されています。

デュアルバンド、マルチバンドGNSSアンテナとは

GPS、Beidou、Glonass、および Galileo 全地球航法衛星システム (GNSS) は、それぞれ独自の衛星ネットワークと地上インフラストラクチャを備えています。

これらのシステムに使用されるさまざまな GNSS アンテナは、さまざまな周波数帯域を使用します。 GPS と Galileo は L1 と L5 の周波数帯域を使用し、Beidou は B1、B2、B3 の周波数帯域を使用し、Glonass は G1 と G2 の周波数帯域を使用します。 GPS は現在、軌道上にある衛星の数が最も多く、グロナス、北斗、ガリレオがそれに続きます。 これは、さまざまな地域や環境での各システムの精度と可用性に影響します。したがって、あるシステム用に設計されたアンテナは、別のシステムと互換性がない場合があります。

デュアル GNSS アンテナは、XNUMX つの異なるグローバル ナビゲーション衛星システムで動作できることを意味し、マルチバンド GNSS アンテナは、XNUMX つ以上の異なるグローバル ナビゲーション衛星システムで動作できることを意味します。

GNSSアンテナがサーベイアンテナとも呼ばれる理由

GNSS アンテナは、測量アプリケーションで正確かつ正確な位置情報を取得するために一般的に使用されるため、測量アンテナと呼ばれることがよくあります。 測量には、建物、道路、地形などの自然および人工の特徴の位置と形状を決定するために、地球の表面を測定およびマッピングすることが含まれます。

GNSS アンテナは、複数の GNSS 衛星から同時に信号を受信できるため、最新の測量に不可欠なツールであり、より正確で信頼性の高い測位データが可能になります。 これらのアンテナは、感度が高く低ノイズになるように設計されているため、弱い衛星信号を拾い、他のソースからの干渉を減らすことができます。

さらに、測量アプリケーションに使用される GNSS アンテナは、多くの場合、マルチパス除去、位相中心安定性、アンテナ キャリブレーションなどの高精度機能を備えて設計されています。これらは、困難な環境で正確な位置情報を取得するために重要です。

「測量アンテナ」という用語は、測量アプリケーションで正確な位置情報を提供するために一般的に使用されるため、GNSS アンテナを指すためによく使用されます。 ただし、GNSS アンテナには測量以外にも多くの用途があります。

アクティブGNSSアンテナとパッシブGNSSアンテナの違い

アクティブ GNSS アンテナとパッシブ GNSS アンテナは、グローバル ナビゲーション サテライト システム (GNSS) アプリケーションで使用される XNUMX 種類のアンテナです。 アクティブ GNSS アンテナとパッシブ GNSS アンテナの主な違いは、アクティブ アンテナの動作には外部電源が必要ですが、パッシブ アンテナには必要ないことです。

アクティブ GNSS アンテナには、受信した GNSS 信号を増幅する電子機器が組み込まれているため、ケーブルの減衰や長いケーブル配線による信号損失を克服するのに役立ちます。 アクティブ アンテナは雑音指数も低いため、パッシブ アンテナよりも弱い信号を受信できます。 アクティブ アンテナは通常、電子部品が追加されているため、パッシブ アンテナよりも高価です。

一方、パッシブ GNSS アンテナには電子機器が組み込まれておらず、GNSS 受信機に依存して受信信号を増幅します。 パッシブ アンテナは、アクティブ アンテナよりもシンプルで安価ですが、ケーブルの減衰や長いケーブル配線により、信号損失が大きくなる可能性があります。 パッシブ アンテナは、消費者向け GPS デバイスなど、コストが第一に考慮されるアプリケーションでより一般的に使用されます。

アクティブ GNSS アンテナとパッシブ GNSS アンテナの主な違いは、アクティブ アンテナには外部電源が必要で、電子機器が組み込まれているのに対し、パッシブ アンテナには必要ないことです。 XNUMX 種類のアンテナのどちらを選択するかは、コスト、信号強度、ケーブル長など、特定のアプリケーションと要件によって異なります。

GNSS アンテナのしくみ

GNSS アンテナは、宇宙の航法衛星から送信された無線信号を受信することによって機能します。 アンテナは受信した電磁波を電気信号に変換し、アンテナの位置、速度、および時間情報を決定するために GNSS 受信機で処理できます。

アンテナの設計は、異なる周波数と異なる変調方式で信号を送信する複数の衛星システムから信号を受信するために最適化する必要があるため、その性能にとって重要です。 通常、GNSS アンテナは、給電線と接地面に接続された放射要素で構成されます。 放射素子は衛星信号を捕捉する役割を担い、フィードラインとグランド プレーンは信号の方向と整形に役立ちます。

GNSS アンテナが衛星からの信号を受信すると、電磁波がアンテナの放射素子に電圧を誘導し、GNSS 受信機によって増幅されて処理されます。 受信機は、複数の衛星から受信した信号を比較して、アンテナの正確な位置と時間情報を決定します。

最適なパフォーマンスを確保するには、信号の反射やマルチパス干渉を引き起こす可能性のある建物、樹木、その他の障害物などの周囲の環境を考慮して、GNSS アンテナを慎重に配置および方向付ける必要があります。

GNSS アンテナは、ナビゲーション、測量、マッピング、タイミング同期など、幅広い用途で正確な位置情報とタイミング情報を提供する上で重要な役割を果たします。

GNSS アンテナのコンポーネント

以下は、GNSS アンテナの主要コンポーネントです。

• 放射素子 : 放射素子は、GNSS 衛星からの信号を受信するアンテナの一部です。 これは通常、GNSS システムで使用される周波数で共振するように設計されたパッチまたはヘリカル エレメントです。
• グランド プレーン: グランド プレーンは、放射要素の下にある導電面です。 アンテナが受信した信号を放射素子に反射させるのに役立ちます。
• 低雑音増幅器 (LNA): LNA は、GNSS 受信機に送信される前に、アンテナによって受信された弱い信号を増幅するコンポーネントです。 LNA はアンテナの近くに配置され、アンテナを受信機に接続する同軸ケーブルの損失を最小限に抑えます。
• フィルタリング回路 : フィルタリング回路は、受信信号から不要な信号やノイズを除去するコンポーネントです。 GNSS 受信機に送信される信号の信号対雑音比を改善するのに役立ちます。
• レドーム : レドームは、環境からアンテナを保護するためにアンテナの上に配置される保護カバーです。 これは通常、GNSS 信号を通過させる誘電体でできています。
• GNSS アンテナ コネクタ : コネクタは、アンテナを GNSS 受信機に接続するために使用されるコンポーネントです。 通常、SMA や TNC コネクタなどの標準的な同軸コネクタです。
• GNSS アンテナ ケーブル: ケーブルは GNSS アンテナと受信機を接続するために使用する必要があり、両端は SMA または TNC コネクタです。

これらのコンポーネントが連携して、GNSS 衛星からの弱い信号を受信して​​増幅し、不要なノイズを除去し、きれいな信号を処理のために GNSS 受信機に送信する機能を GNSS アンテナに提供します。

GNSSアンテナの種類

GNSS アンテナにはいくつかの種類があり、それぞれに独自の設計と性能特性があります。 最も一般的なタイプの GNSS アンテナには次のものがあります。

• パッチ アンテナ : これらのアンテナは、形状が平面、長方形、または円形であり、グランド プレーン上に配置された導電性材料のパッチで構成されています。 パッチ アンテナは、そのコンパクトなサイズ、薄型、および優れた性能により、GNSS アプリケーションで広く使用されています。
• ヘリカル アンテナ: ヘリカル アンテナは、一方の端にグランド プレーンがあり、もう一方の端に給電点があるらせん状に巻かれたワイヤで構成されています。 これらは、測量や測地測定など、高精度が必要なアプリケーションで一般的に使用されます。
• ダイポール アンテナ : ダイポール アンテナは、それぞれが XNUMX/XNUMX 波長の長さで、互いに垂直に配置された XNUMX つの導電性要素で構成されます。 これらは、サイズが小さく低コストであるため、ハンドヘルド GNSS 受信機で一般的に使用されています。
• マイクロストリップ アンテナ: マイクロストリップ アンテナは、誘電体基板上に配置された導電性材料のパッチで構成され、反対側にグランド プレーンがあります。 これらは、薄型で高ゲインが必要なアプリケーションで一般的に使用されます。
• スパイラル アンテナ : スパイラル アンテナは、一方の側にグランド プレーンがあり、もう一方の側に給電点がある、らせん状に巻かれたワイヤで構成されています。 これらは、高ゲインと広帯域性能が必要なアプリケーションで一般的に使用されます。
• 外部 GNSS アンテナ : 車の屋根や建物の外部など、デバイスまたは車両の外側に物理的に取り付けられ、これらの信号をデバイスまたは車両内の GNSS レシーバーに送信する別個のデバイスです。
• 内部 GNSS アンテナ : スマートフォンやポータブル ナビゲーション デバイスなどのデバイス自体に組み込まれています。 通常、内部アンテナは外部アンテナよりも小さく、出力も低くなりますが、デバイスに既に組み込まれているため、より便利です。
• スマート GNSS アンテナ : 信号処理とインテリジェンス機能を統合したアンテナの一種です。 信号を送受信するだけの従来のアンテナとは異なり、スマート GNSS アンテナは、受信した信号を分析および処理するように設計されており、より正確で信頼性の高い測位情報を提供します。
• RTK GNSS アンテナ : RTK GNSS (リアルタイム キネマティック グローバル ナビゲーション衛星システム) は、GNSS 基準局のネットワークを使用して正確なリアルタイムの測位情報を提供する高精度測位技術です。RTK アプリケーション用に特別に設計されており、高度な処理機能と、データ リンクやコントローラーなどの追加コンポーネント。 RTK GNSS アンテナは、測量、マッピング、建設、精密農業、採掘など、高精度の測位を必要とするアプリケーションで使用されます。 数センチメートルまでの位置決め精度を提供できるため、高レベルの精度と精度が必要なアプリケーションに最適です。

GNSS アンテナの各タイプには独自の長所と短所があり、アンテナの選択は、必要な精度、環境、コストなど、特定のアプリケーション要件によって異なります。

GNSSアンテナの特徴

GNSS アンテナの主な特徴には次のようなものがあります。

• 周波数範囲 : GNSS アンテナは、1.1 GHz ～ 1.6 GHz の周波数範囲で動作します。
• ゲイン: GNSS アンテナのゲインは、信号をどれだけ効果的に受信できるかを決定します。 通常、GNSS アンテナのゲインは 0 ～ 5 dB です。
• 偏波: GNSS アンテナの偏波は、アンテナが信号を受信する方法を決定します。 GNSS アンテナは通常、円偏波を使用してすべての方向から信号を受信します。
• 放射パターン : GNSS アンテナの放射パターンは、さまざまな方向から信号を受信する方法を表します。 通常、GNSS アンテナは無指向性放射パターンを持ち、あらゆる方向から信号を受信できます。
• インピーダンス : GNSS アンテナは、ほとんどの RF デバイスの標準インピーダンスである 50 オームのインピーダンスを持つように設計されています。
• サイズ : GNSS アンテナは比較的小さく、多くのアンテナの長さは 10 cm 未満です。
• 取り付けオプション: GNSS アンテナは、マストやタワー、屋根、車両など、さまざまな方法で取り付けることができます。
• 耐環境性 : GNSS アンテナは過酷な屋外環境にさらされることが多く、温度、湿気、紫外線などの環境要因に耐えるように設計する必要があります。
• コスト : GNSS アンテナのコストは、アンテナの特定の特性と機能によって異なります。 一般に、GNSS アンテナは、他のタイプのアンテナに比べて比較的手頃な価格になる傾向があります。

GNSSアンテナの選び方

考慮すべきいくつかの要因があります。

• 周波数範囲: 使用する予定の GNSS システムで使用される周波数をサポートするアンテナを選択します (例: GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou)。 たとえば、GPS アンテナは通常、L1 および L2 周波数帯域で動作します。
• ゲイン: アンテナのゲインは、GNSS 衛星からの信号をどれだけうまく受信できるかを決定します。 ゲインの高いアンテナは弱い信号を受信でき、都市の峡谷や密集した葉の下などの困難な環境でより高い精度を提供できます。 ただし、アンテナのゲインが高いほど、マルチパス干渉の影響を受けやすくなります。
• 放射パターン: アンテナの放射パターンは、信号の送受信方法を決定します。 GNSS アンテナの放射パターンの最も一般的なタイプは、半球アンテナとパッチ アンテナです。 半球アンテナはアンテナが高い仰角で取り付けられるアプリケーションに適していますが、パッチ アンテナは低い仰角のアプリケーションにより適しています。
• サイズと重量: アンテナのサイズと重量は、特にスペースが限られているアプリケーションや携帯性が重要なアプリケーションでは、考慮すべき重要な要素になる場合があります。
• 取り付けオプション: アンテナの取り付けオプションを検討してください。 屋根、マスト、または車両に取り付けられますか? 取り付け金具が用途に適していることを確認してください。
• 環境要因: アンテナの動作環境を考慮してください。 過酷な気象条件や極端な温度にさらされる予定はありますか? これらの条件で動作するように設計されたアンテナを選択してください。
• 価格: GNSS アンテナは、機能と性能によって価格が異なります。 アプリケーションの機能と性能要件を決定し、予算内でそれらのニーズを満たすアンテナを選択してください。

全体として、GNSS アンテナを選択するときは、アプリケーションの特定の要件を考慮し、予算内でそれらの要件を満たすアンテナを選択してください。

GNSS アンテナの取り付け方法

アンテナに適した場所を選択してください: アンテナは、GNSS 衛星からの信号を受信するために空を遮るものがない場所に配置する必要があります。 高い建物、木、または信号をブロックする可能性のあるその他の障害物がある場所は避けてください。

1. アンテナの取り付け: アンテナのタイプと用途に応じて、アンテナを屋根、ポール、マスト、または車両に取り付けることができます。 製造元の指示に従ってアンテナをしっかりと取り付け、取り付け金具が用途に適していることを確認してください。
2. ケーブルの接続: GNSS アンテナは、同軸ケーブルを介して GNSS 受信機またはモデムに接続されます。 ケーブルが正しい長さであり、ケーブルを損傷する可能性のある急激な曲がりやよじれを避ける方法で配線されていることを確認してください。
3. アンテナを接地する: 落雷から保護するには、GNSS アンテナを接地することが重要です。 接地ブロックまたは避雷器を使用して、アンテナを接地棒または建物の接地システムに接続します。
4. GNSS 受信機の構成: アンテナを取り付けたら、アンテナを認識して信号の受信を開始するように GNSS 受信機を構成します。 製造元の指示に従って受信機を構成し、受信機がアンテナと互換性があることを確認してください。
5. システムのテスト: アンテナを取り付けて受信機を構成したら、GNSS システムをテストして、正しく機能していることを確認します。 信号強度と測位データの精度をチェックして、システムが期待どおりに機能していることを確認します。

全体として、GNSS アンテナの設置には、アンテナが適切な場所に設置され、しっかりと取り付けられ、適切に接地され、受信機またはモデムに正しく接続されるように、慎重な計画と細部への注意が必要です。

GNSS アンテナのアプリケーション

GNSS アンテナは、GNSS 衛星から提供される測位、ナビゲーション、およびタイミング情報に依存するさまざまなアプリケーションで使用されます。 GNSS アンテナの最も一般的なアプリケーションの一部を次に示します。

1. ナビゲーション: GNSS アンテナはナビゲーション システムで使用され、車両、船、航空機などの移動物体の位置、速度、および方向を特定します。
2. 測量とマッピング: GNSS アンテナは測量とマッピングのアプリケーションで使用され、土地の境界、建設現場、天然資源など、地上の物体の位置を正確に測定します。
3. 農業: GNSS アンテナは精密農業で使用され、植え付け、施肥、収穫のための正確な位置情報を提供することで、収穫量を最適化し、廃棄物を削減します。
4. 輸送: GNSS アンテナは、輸送システムで車両の位置と動きを監視し、交通の流れを改善し、安全性を高めるために使用されます。
5. タイミングと同期: GNSS アンテナは、電気通信、電力網、金融取引などのタイミングと同期のアプリケーションで使用され、複数の場所で正確かつ同期された計時を保証します。
6. 捜索救助: GNSS アンテナは捜索救助活動で使用され、行方不明または遭難した個人や船舶の位置を特定します。
7. 軍事および防衛: GNSS アンテナは、航空機、船舶、および地上車両のナビゲーション、誘導、およびターゲティングをサポートするために、軍事および防衛アプリケーションで使用されます。

全体として、GNSS アンテナのアプリケーションは幅広く多様であり、正確な位置情報とタイミング情報に依存する多くの業界で重要な役割を果たしています。

GNSS アンテナ設計

GNSS アンテナの設計は、アンテナ理論、電磁界理論、および回路設計の専門知識を必要とする複雑なプロセスになる場合があります。 GNSS アンテナを設計するために従うことができるいくつかの一般的な手順を次に示します。

1. 動作周波数を決定する: GNSS システムは特定の周波数帯域で動作するため、最初のステップは、アンテナが設計される周波数帯域を決定することです。
2. アンテナの種類を選択する: GNSS アンテナには、パッチ アンテナ、ヘリカル アンテナ、スパイラル アンテナなど、いくつかの種類があります。 アンテナ タイプの選択は、目的のゲイン、サイズ、放射パターンなどの要因によって異なります。
3. アンテナの仕様を定義します。これには、ゲイン、帯域幅、偏波、放射パターンなどのパラメーターが含まれます。 仕様は、目的のアプリケーションと動作環境によって異なります。
4. アンテナ設計にソフトウェア ツールを使用する: HFSS、CST、FEKO など、アンテナの設計に使用できるソフトウェア ツールがいくつかあります。 これらのツールは、アンテナの動作をシミュレートし、目的の仕様に合わせて設計パラメーターを最適化できます。
5. アンテナの製造とテスト: 設計が完了したら、アンテナを製造してテストし、その性能を検証できます。 これには、リターン ロス、ゲイン、放射パターンなどの測定パラメータが含まれます。

GNSS アンテナの設計は複雑で反復的なプロセスになる可能性があり、設計を最適化して目的のパフォーマンスを得るには複数回の反復が必要になる場合があることに注意することが重要です。 したがって、アンテナ理論の十分なバックグラウンドを持ち、シミュレーション ツールとテスト機器にアクセスすることをお勧めします。

私たちは、GNSS アンテナ設計に関して 20 年以上の経験を持つ専門チームとエンジニアを擁しています。 弊社までお問い合わせください。.