Entwicklung eines münzgroßen solarbetriebenen GPS-Empfängers

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Hochleistungs-GPS-Empfänger mit On-board-LNA und SAW-Filter

Bei Designs, die eine separate Antenne erfordern, bietet das GPS-Empfängermodul der SG-Serie von Linx Technologies einen eigenständigen Hochleistungs-GPS-Empfänger mit On-board-LNA und SAW-Filter. Es basiert auf dem SiRFstar-III-Chipset, ist hochempfindlich und hat einen sehr niedrigen Stromverbrauch, wodurch sich die Laufzeiten in Energy-Harvesting-Anwendungen maximieren lassen. Dank über 200.000 effektiven Korrelatoren kann der Empfänger der SG-Serie in Sekundenschnelle bis zu 20 Satelliten gleichzeitig erfassen und orten, sogar bei niedrigsten Signalpegeln.

Im kompakten SMD-Gehäuse

Der Empfänger ist in einem kompakten reflow-kompatiblen SMD-Gehäuse untergebracht. Es ist keine Programmierung erforderlich und abgesehen von einer Antenne werden keine zusätzlichen HF-Komponenten benötigt, was dieses Modul zu einer GPS-Komplettlösung macht. Dank unkomplizierter Konfiguration der fünf GPIOs mithilfe einfacher serieller Befehle und der Standard-NMEA-Datenausgabe ist das Modul leicht zu integrieren, sogar von Technikern ohne Vorkenntnisse bezüglich HF oder GPS.

Der GPS-Kern übernimmt die erforderliche Initialisierung, die Ortung und die Berechnungen selbstständig; es ist also keinerlei Programmierung erforderlich. Die HF-Einheit ist für geringe Signalpegel optimiert, was eine Abstimmung während des Betriebs überflüssig macht. Die SG-Serie arbeitet standardmäßig mit voller Stromversorgung, sie verfügt jedoch auch über den Stromsteuerungsmodus Adaptive Trickle Power, falls eine Energy-Harvesting-Quelle eingesetzt wird.

Technische Überlegungen zur optimalen Antenne

Das Modul der SG-Serie kann mit einer Vielzahl verschiedener externer Antennen kombiniert werden. Es verfügt über einen geregelten Leistungsausgang, was den Einsatz von GPS-Antennen mit externer Stromversorgung vereinfacht. Dies bietet große Flexibilität bei der Antennenauswahl, allerdings muss auch auf eine optimale Leistung geachtet werden.

Ein winziges tragbares Gerät kann sehr variabel ausgerichtet werden. Das bedeutet, ein Antennenelement mit einem breiten, einheitlichen Empfangsmuster kann eine bessere Gesamtleistung liefern als ein Antennenelement mit hoher Verstärkung und einem entsprechend engeren Empfangsfeld.

Andererseits kann eine fest installierte Antenne von Muster- und Verstärkungseigenschaften profitieren, die für die betreffende Anwendung gut geeignet sind. Um die optimale Antennenlösung für die Anwendung auszuwählen, bietet es sich an, mehrere Antennen unter realen Einsatzbedingungen zu testen.

Antenne sollt gute rechtshändige Polarisationseigenschaften haben

Für GPS-Anwendungen sollte die Antenne über gute rechtshändige Polarisationseigenschaften (RHCP, Right-hand Circular Polarization) verfügen, damit sie mit der Polarisation des GPS-Signals übereinstimmt. Am häufigsten werden Keramik-Patch-Antennen eingesetzt; es sind jedoch viele verschiedene Formen, Größen und Arten von Antennen erhältlich.

Passive Antennen sind Antennen, die auf die richtige Frequenz abgestimmt sind, wohingegen aktive Antennen mit einem rauscharmen Empfänger (LNA) ausgestattet sind (nach der Antenneneinheit und vor dem Modul), um schwache GPS-Satellitensignale zu verstärken. Die letzteren können einen höheren Strombedarf haben, als von der Energy-Harvesting-Quelle geliefert wird, da die V_out-Leitung zur Versorgung der externen LNA 2,85 V bei 30 mA liefert.

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