מבוא: ההיסטוריה והשימושים המודרניים של יישומי GNSS

מערכות GNSS (מערכות ניווט גלובלי בעזרת לוויינים) הופכות יותר ויותר להיות יישום ת”ר ((RF נפוץ הן בשימושים צבאיים וגם בשימושים אזרחיים. טכנולוגיית GNSS מוקדמת או שירותים מבוססי מיקום (LBS), פותחה באופן בלעדי לשימושים צבאיים והופעלה עם שולי שגיאה של כ-9 מ’ (10 יארד), שהיו מספקים בזמנו, אבל הם הגבילו את התאמתה לשימושי קצה שלהם נדרשה דרגה גבוהה יותר של דיוק. בזמן שחלף מאז הושקו לראשונה השירותים של מערכת GPS, לפני יותר מ- 40 שנה, התפתחות הטכנולוגיה שיפרה את הדיוק עד כדי סדר של 1.83 – 2.74 מ’. התקדמות זו של הטכנולוגיה, בשילוב עם מזעור משמעותי והפחתת עלותם של התקנים מאופשרי שירותי LBS, פתחו שוק נרחב ומתפתח של שירותי GNSS. לדוגמה, מערכת GNSS משמשת כיום בתחום החקלאות לחישובים סטטיסטיים בנוגע למזג אוויר, לתנאי קרקע ולבריאות היבול, על מנת לעזור לחקלאים להגדיל למקסימום את היבולים ואת הרווחים שלהם. חידושים כאלה עודדו את הדרישה לרכיבים שתומכים ביישומים צבאיים ותעשייתיים וביישומי צריכה.

כתוצאה מהאופי הגיאוסטציונרי (המיקום הקבוע של הלוויינים ביחס לכדור הארץ) של מערכת GNSS, כל קבוצה משרתת אזורים גיאוגרפיים מוגדרים. הקבוצה של ארה”ב הידועה בשם GPS (מערכת מיקום גלובלית) הייתה הראשונה שאחריה באו רבות אחרות. מאחר שמערכת GPS מרחפת מעל אמריקה הצפונית והאות שלה יגיע רק לאותן המערכות הממוקמות בארה”ב, קנדה ומקסיקו, שוגרו מערכות GNSS נוספות בהמשך כדי שישרתו אזורים אחרים על פני כדור הארץ. חלק ממערכות נוספות אלו כולל את Galileo מעל אירופה, GLONASS (מערכת גלובלית של לוויינים לניווט) מעל רוסיה ו- BeiDou (מצפן) מעל סין.

כל אחד מהלוויינים במערכות אלו משדר אותות בתדירויות בפס L (L1, L2 ו- L5), אשר נקלטים על ידי המקלט בהתקנים בעלי יכולת LBS על פני כדור הארץ. המקלט קולט את תדירויות הגל הנושא המתקבלות מארבעה לוויינים ומקבל את הקואורדינטות מכל אחד מהם, על מנת לחשב את המיקום הנוכחי ביחס לנקודת יעד מתוכנתת.

דרישות התכנון

פסי L1, L2 ו- L5 פועלים בתדירויות נמוכות בטווח 1 – 2 ג’יגה הרץ, אשר הופכות את הגישה אליהם לנוחה ואת ההפעלה בהן לזולה, באופן יחסי. כתוצאה מכך, תחום הספקטרום הזה משמש גם פסי שידור מרובים של יישומים עבור מערכות תקשורת אחרות. ההתפתחות הצפופה של תדירויות בפס L יצרה סיכון מוגבר של הפרעה בין פסי השידור של המערכות השונות. במערכות GNSS התוצאה של הפרעה כזו עלולה להיות שגיאת נתונים שתתבטא כהיעדר מידע או כמידע שגוי.

לכן, בעת בחירת מסננים עבור מערכות GNSS, יש חשיבות לבחירה של מסנן שיש לו דחייה גבוהה עם ברירות גבוהה או “שמלות חדות” בגרף של הפסדי מעבר (insertion loss) בתלות בתדר. רוחבי פס צרים מתאימים במיוחד ליישומים בפס L שבהם הקצאות הספקטרום צפופות ביותר, ויש חשיבות להפסדי מעבר נמוכים למען קליטת האותות החלשים באופן יחסי, המשודרים מלוויינים אל מקלטים על פני כדור הארץ.

המערכות GPS, Galileo ו-GLONASS משתמשות לעתים קרובות באותן תדירויות מרכזיות בפסי השידור L1, L2 ו-L5 ומאפשרים בכך יכולת פעולה משותפת של התקנים מאופשרי LBS בין האזורים, על אף שרוחבי הפס שונים בכל אחת מהמערכות. מערכת ה- GPS משתמשת בדרך כלל ברוחב הפס הרחב ביותר (בערך 15 מגה הרץ) בהשוואה ל- Galileo ול- GLONASS. מאחר שכל קבוצה נפרדת מהקבוצות האחרות מבחינת גיאוגרפית, לא קיימת סכנה להפרעות בין המערכות השונות בשעה שהן משתמשות באותו תדר מרכזי.

יכולת פעולה משותפת זו נוחה הן למתכנני מסננים וגם למשתמשי הקצה. למשל, מסנן GPS אשר מיועד ללכוד טווח תדירויות בפס L1, יוכל להקיף את רוחבי הפס הצרים יותר של פס E1 של Galileo ואת פס II-L1 של GLONASS. חפיפה זו מאפשרת את השימוש במסנן מעביר פס אחד במערכות GNSS מרובות ומספקת למשתמש ערך גדול יותר וניידות רבה יותר עם התקן יחיד.

בחירת הטכנולוגיה הנכונה עבור המסנן

כמה טכנולוגיות של מסננים יכולות באופן פוטנציאלי לעמוד בדרישות של יישומי GNSS. באופן אידיאלי, המסנן צריך להיות בעל ערך Q גבוה על מנת למנוע הפרעות מאותות סמוכים, ובעל הפסדי מעבר נמוכים כדי לשמר את השלמות של אותות חלשים באופן יחסי שנקלטים. מסנן חלל (cavity) מציע את ערך ה- Q הגבוה ביותר, למעשה, מכל טכנולוגיית מסננים וכמו כן הפסדי מעבר נמוכים. עם זאת, מסנני חלל הם בדרך כלל גדולים ויקרים. מגבלות מעשיות אלו הופכות אותם לבלתי מתאימים לרוב יישומי GNSS בעולם הממשי, שבהם הגודל וגם העלות מהווים גורמים בעלי חשיבות.

מסנני L–C מיחידות מקובצות, יהיו בדרך כלל קטנים יותר וכדאיים יותר מבחינת העלות. בתיאוריה, הם יכולים להגיע לדחייה עמוקה עם ברירות גבוהה, אבל לשם כך ייתכן שיידרשו תשעה או עשרה קטבים בתגובת המסנן. על אף שקטבים רבים יותר ייצרו דחייה גבוהה יותר ו”שמלות חדות”, לגישה זו מצטרפת פשרה בהפסדי המעבר בסדר של 5 – 7 dB בקירוב, אשר תפגע ברגישות של המקלט.

בניגוד לכך, מסנני מהוד (resonator) קרמיים יכולים להגיע לדחייה וברירות גבוהות עם הפסדי מעבר נמוכים בהרבה (1.5 dB אופייני או טוב יותר) מאלו של מסנני L–C עם ביצועי דחייה שווי ערך. על אף שהם גדולים במקצת ממסנני L–C, מסנני מהוד קרמיים עודם בעלי גודל ועלות סבירים, בהתייחס לדרישות של יישומי GNSS. שילוב זה של ביצועים, גודל ועלות הופך את מסנני המהוד הקרמיים לפתרון אידיאלי לשימוש ביישומי GNSS.

מסנני מהוד ודיפלקסרים קרמיים ליישומי GNSS

Mini–Circuits מציעה טווח רחב של מסנני מהוד קרמיים המתוכננים באופן מיוחד ליישומי GNSS, לרבות דגמים מהמדף ודגמים בתכנון מותאם ללקוח. מסנני המהוד הקרמיים שלנו מתוכננים עם מהוד בעל ערך Q גבוה. אשר מספק פסי מעבר צרים עם הפסדי מעבר נמוכים בטווח מ- 0.9 dB עד 3.0 dB. הם מתהדרים ביחס דחייה ובערכי ברירות מצוינים, וכן במארז בעל פרופיל נמוך לשימוש בפרישות (layouts) מערכת צפופות. הם מציעים יציבות טמפרטורה מצוינת ומבנה קשיח, ובכך מתאימים ליישומים בעלי חשיבות קריטית בתנאי הפעלה קשים ביותר.

עבור מערכות עם דרישות מיוחדות, מחלקת היישומים של Mini–Circuits יכולה לספק ייעוץ בנוגע לפתרונות שיתאימו לסינון, כשירות (qualification), ותכנונים בהתאמה אישית נוספים. לדוגמה, אפשר להרחיב עוד את הדחייה בפס העצירה (stopband rejection) של דגמים סטנדרטיים על ידי חיבור מדורג (cascading) של מסנני LTCC בטור. בחברת Mini–Circuits יש גם יכולות תכנון וייצור כדי לבצע שינויי בפס מעבר או ברוחב פס של המסננים קיימים או יכולת ביצוע התאמה אישית על פי דרישה.

בהמשך מוצגות כמה דוגמאות למסנני מהוד מעבירי פס קרמיים מהמדף, שמומלצים ליישומי GNSS:

·        CPB–1228C+ (1217 – 1238 מגה הרץ) הוא מסנן פס צר עם הפסדי שילוב נמוכים
של 1.3 dB אופייני. הוא פועל בפס L2 של GPS (1215 – 1239.6 מגה הרץ).

.

 

• CSB–D1228+ (1203 – 1253 מגה הרץ) פועל עם הפסדי מעבר במעביר נמוכים
  של 0.9 dB (אופייני) והוא מתאים לפס GLONASS G2 (1237 – 1254 מגה הרץ).

מציע דחייה מצוינת והפסדי מעבר יציבים בתלות בטמפרטורה ב- 0.3 dB אפייני

• CBP–1555C+ (1585 – 1525 מגה הרץ) פועל עם פס L1 של GPS
  (1563 – 1587 מגה הרץ). הוא מספק הפסדי מעבר נמוכים של 1.1 dB (אופייני).

מציע רוחב פס צר עם דחייה מצוינת, עמידות בהספק גבוה ויג”ע (VSWR) בפס מעביר נמוכים

• CBP–1183A+ (1165 – 1201 מגה הרץ) מסנן עם ברירות גבוהה והפסדי מעבר נמוכים שאפשר להשתמש בו בפס L5 של מערכת GPS (1164- 1189 מגה הרץ) ובפס E5a של Galileo (1164 – 1189 מגה הרץ).

מציע פסי מעבר עד 6000 מגה הרץ עם יציבות מצוינת בטמפרטורה,
פרופיל נמוך ומבנה מוקשח כדי לעמוד בתנאי סביבה קשים.

בנוסף למסנני מהוד קרמיים, Mini–Circuits מציעה דיפלקסרים עבור יישומי GNSS, אשר מספקים אותם יתרונות ואפשרויות להתאמה אישית. אפשר לצפות לקבל אותם הפסדי מעבר נמוכים וברירות גבוהה שנצפו במסננים הקרמיים של Mini–Circuits גם בדיפלקסרים של Mini–Circuits במארזים להתקנה משטחית (surface mount) וגם במארזי מחברים (connectorized):

• CDPL–1710+ הוא דיפלקסר SMT עם ערוץ-1 הפועל ב- 1176 מגה הרץ (פס L5 ב–GPS ופס E5a של Galileo) וערוץ-2 הפועל ב- 1590 מגה הרץ (פס E1 של Galileo).

תצורה זו להתקנה משטחית מציעה הפסדי מעבר נמוכים, הפסדי מעבר נמוכים בפס המעבר, דחייה גבוהה והפסדי החזרה טובים

• ZCDP-1710A+ הוא CDPL-1710A+ בגרסת מארז עם מחברים.

הדיפלקסר בגרסה עם מחברים מציע הפסדי מעבר נמוכים, דחייה גבוהה ותיאום טוב

רשימת מסנני מהוד קרמיים של Mini–Circuits ליישומי GNSS

מסננים מעבירי פס עם מחברים:

מספר דגם	פס מעבר F1 (מגה הרץ(	פס מעבר F2 (מגה הרץ(	פס עצירה F3 (מגה הרץ(	דחייה @ F3 (dB)	פס עצירהF4 (מגה הרץ)	דחייה @ F4 (dB)
ZX75BP-1450-S+	1320	1580	DC-1100	46	2000-2500	54
ZX75BP-A1060-S+	1015	1105	DC-880	25	1350-4000	30
ZX75BP-A1230-S+	1160	1300	DC-950	30	1670-3500	20
ZX75BP-B1230-S+	1120	1340	DC-940	25	1750-3500	20
ZX75BP-B1280-S+	1160	1400	DC-955	40	1700-2200	40

מסננים מעבירי פס להתקנה משטחית:

מספר דגם	פס מעבר F1 (מגה הרץ(	פס מעבר F2 (מגה הרץ(	פס עצירה F3 (מגה הרץ(	דחייה @ F3 (dB)	פס עצירהF4 (מגה הרץ)	דחייה @ F4 (dB)
CBP-1000F+	900	1100	DC-790	20	1260-1800	20
CBP-1023A+	1005	1041	DC-970	20	1075-2400	20
CBP-1034C+	978	1090	DC-790	20	1400-2000	20
CBP-1060Q+	1030	1090	500-930	20	1190-1400	20
CBP-1062C+	960	1164	DC-735	20	1620-1900	20
CBP-1090C+	1060	1120	DC-955	20	1255-2200	20
CBP-1120F+	1020	1220	DC-880	20	1420-2000	20
CBP-1170C+	1110	1230	DC-900	20	1560-2200	20
CBP-1183A+	1165	1201	DC-1130	20	1235-2800	20
CBP-1228C+	1217	1238	DC-1140	20	1330-3000	20
CBP-1250C+	1215	1285	DC-1055	20	1510-2500	20
CBP-1260C+	1200	1320	DC-1025	20	1640-2450	20
CBP-1280C+	1170	1390	DC-950+	20	1850-2450	20
CBP-1280F+	1160	1400	DC-1000	20	1570-2100	20
CBP-1300A+	1200	1400	DC-1040	20	1640-3100	20
CBP-1307C+	1215	1400	DC-1000+	20	1820-2500	20
CBP-1320Q+	1280	1360	900-1170	20	1490-20000	20
CBP-1350C+	1300	1400	DC-1125	20	1665-2700	20
CBP-1400E+	1320	1480	DC-1150+	20	1600-2400	20
CBP-1400F+	1300	1500	DC-1090+	20	1740-2450	20
CBP-1423AF+	1333	1513	DC-1113	60	1669-2600	55
CBP-1450F+	1320	1580	DC-1150	20	1775-2350	20
CBP-1475E+	1375	1575	DC-1230	40	1750-2600	40
CBP-1490A+	1465	1515	DC-1430	20	1550-3000	20
CBP-1538J+	1518	1559	DC-1390	20	1750-3000	20
CBP-1555C+	1525	1585	DC-1415	20	1700-3600	20
CBP-1598AF+	1505.5	1690.5	DC-1264	60	1888-2900	60
CBP-1630F+	1500	1760	DC-1320	20	1960-2600	20
CBP-1645J+	1616	1675	DC-1500	20	1850-3000	20
CBP-A1060C+	1015	1105	DC-865	20	1350-2250	20
CBP-A1230C+	1160	1300	DC-950	20	1670-2400	20
CBP-B1230C+	1120	1340	DC-980	20	1750-2350	20
CSBP-B1300-75+	1210	1390	DC-1080	20	1545-2500	20
CSBP-D1189+	1130	1246	DC-950	20	1550-2400	20
CSBP-D1228+	1203	1253	DC-1020	20	1425-2500	20

דיפלקסרים בגרסה עם מחברים:

מספר דגם	פס מעבר (מגה הרץ)	הפסדים בפס המעבר (dB)	דחייה (dB)	תיאום (dB)	בידוד צולב (dB)
ZCDP-1710-S+	1590	0.8	40 @ 1176	11	–
ZCDP-1710-S+	1176	0.8	50 @ 1590	11	–

דיפלקסרים בהתקנה משטחית:

מספר דגם	פס מעבר (מגה הרץ)	הפסדים בפס המעבר (dB)		דחייה (dB)		תיאום (dB)	בידוד צולב (dB)
CDPL-1710A+	1176		0.8		50.6 @ 1590	10.9		–
CDPL-1710A+	1590		0.8		39.7 @ 1176	10.9		–

---