fbpx
Share this article
Share on linkedin
Share on facebook
Share on twitter

מסנני מהוד קרמיים בעלי גורם איכות (Q) גבוה ליישומי GNSS

Giri Krishnamurthy, Mini-Circuits Engineering

Boris Benger, Mini-Circuits Applications

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.

Spectrum Designations for GNSS Applications
ייעוד פסי הספקטרום עבור יישומי GNSS

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).
Offers excellent rejection and high-power handling, equipped with miniature, shielded SMT package.
מציע דחייה מצויינת ועמידות בהספק גבוה, מגיע במארז SMT זעיר ומסוכך.
  • 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).
Offers excellent rejection and stable insertion loss vs. temperature at 0.3 dB Typ.
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).
Offers a narrow bandwidth with excellent rejection, high power handling, and low pass band VSWR.
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).
Offers pass bands up to 6000 MHz with excellent temperature stability, low profile and rugged construction to withstand harsh environmental conditions.
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).
This surface mount configuration offers low insertion loss, low pass band insertion loss, high rejection, and good return loss.
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.
This connectorized diplexer offers low insertion loss, high rejection, and good return loss.
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 דג

פס מעבר (מגה הרץ)

הפסדים בפס המעבר
(
dB)

דחייה
(
dB)

תיאום
(
dB)

 
      
      

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

Liked this article? Please share it!

Share on linkedin
LinkedIn
Share on facebook
Facebook
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on telegram
Telegram
Share on email
Email