Le antenne GNSS svolgono un ruolo centrale nei sistemi di posizionamento satellitare, in quanto fungono da interfaccia principale tra un ricevitore GNSS e la costellazione di satelliti di navigazione in orbita intorno alla Terra. Queste antenne catturano i deboli segnali radio trasmessi dai satelliti GNSS , come GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou, e li trasmettono al ricevitore per l'elaborazione. Senza un'antenna GNSS di alta qualità, anche il sistema di navigazione più avanzato non può funzionare efficacemente. Le prestazioni, l'accuratezza e l'affidabilità dei dati di posizionamento dipendono fortemente dalla qualità e dalle caratteristiche dell'antenna, rendendola un componente vitale in un'ampia gamma di applicazioni, dall'aviazione e l'agricoltura ai rilevamenti e alla difesa.
Un'antenna GNSS deve rilevare i segnali che arrivano da più satelliti situati in diverse parti del cielo. Questi segnali sono trasmessi nella gamma di frequenze della banda L e raggiungono la Terra con una potenza molto bassa, in genere intorno ai -130 dBm. A causa della natura debole di questi segnali, le antenne GNSS richiedono un'elevata sensibilità, un basso rumore e un filtraggio preciso per garantire una ricezione pulita del segnale. Qualsiasi distorsione o perdita in questa fase influisce direttamente sull'accuratezza della soluzione di posizione e temporizzazione.
Ci sono diverse caratteristiche chiave che definiscono le prestazioni di un'antenna GNSS . Innanzitutto, deve supportare le costellazioni satellitari e le bande di frequenza desiderate. Le antenne a doppia frequenza ricevono i segnali dalle bande L1 e L2, o L1 e L5, in base alla progettazione del sistema. Il supporto di più costellazioni consente all'antenna di tracciare più satelliti. Ciò migliora la disponibilità del segnale e riduce gli errori di posizionamento nei canyon urbani e nelle foreste.
Un'altra caratteristica fondamentale è la stabilità del centro di fase. Il centro di fase è il punto dell'antenna in cui i segnali sembrano avere origine. Nelle applicazioni di alta precisione, come i rilievi geodetici o le stazioni di riferimento, anche piccole variazioni nel centro di fase possono introdurre errori di posizione significativi. Un'antenna GNSS di alta qualità mantiene un centro di fase stabile su tutte le frequenze e gli angoli di arrivo, garantendo misure coerenti e affidabili nel tempo.
Guadagno e diagramma di radiazione
Anche il guadagno dell'antenna e il diagramma di radiazione giocano un ruolo importante nelle prestazioni. L'antenna deve fornire un guadagno sufficiente in tutto il cielo, soprattutto a bassi angoli di elevazione, dove i segnali percorrono percorsi più lunghi attraverso l'atmosfera e subiscono una maggiore attenuazione. Un'antenna GNSS ideale ha un diagramma omnidirezionale ed emisferico che garantisce una ricezione uniforme del segnale dai satelliti in tutta la cupola del cielo. Inoltre, include un filtro integrato e un'amplificazione a basso rumore per migliorare il rapporto segnale/rumore prima che i dati raggiungano il ricevitore.
Le antenneGNSS devono anche respingere i segnali indesiderati come il multipath e le interferenze a radiofrequenza (RFI). Il multipath si verifica quando i segnali GNSS si riflettono su superfici come edifici, veicoli o acqua prima di raggiungere l'antenna. Queste riflessioni creano ritardi e distorsioni del segnale che riducono la precisione del posizionamento. I progetti avanzati di antenne utilizzano piani di terra, anelli di arresto o tecniche di elaborazione del segnale per sopprimere gli effetti di multipath. Inoltre, molte antenne includono filtri a banda stretta e amplificatori a basso rumore(LNA) per proteggere dalle RFI provenienti da trasmettitori vicini, garantendo un'acquisizione del segnale pulita e affidabile.
Antenne GNSS e applicazioni
Applicazioni GNSS diverse richiedono tipi diversi di antenne. I professionisti del rilevamento e della mappatura utilizzano spesso antenne geodetiche di alta precisione con anelli di arresto o capacità multibanda per ottenere una precisione di livello centimetrico. Queste antenne sono in genere montate su treppiedi o stazioni fisse e sono dotate di una robusta schermatura per eliminare il multipath. Le applicazioni per autoveicoli e UAV, invece, privilegiano le dimensioni, il peso e l'efficienza energetica. Queste piattaforme utilizzano antenne patch o elicoidali compatte che offrono un buon equilibrio tra prestazioni e fattore di forma. Gli ambienti marini e aeronautici richiedono antenne robuste che resistano alle vibrazioni, all'umidità e alle temperature estreme, spesso montate esternamente su navi o aerei.
Nelle applicazioni di difesa e aerospaziali, le antenne GNSS devono operare in ambienti difficili e contestati. Le antenne di livello militare spesso includono funzionalità anti-jamming o anti-spoofing, come le antenne a schema di ricezione controllato (CRPA) in grado di indirizzare i null verso le fonti di interferenza. Queste antenne avanzate contribuiscono a garantire un posizionamento e una temporizzazione ininterrotti, anche in ambienti ostili.
Anche l'installazione e il posizionamento influiscono sulle prestazioni dell'antenna. Per ottenere risultati ottimali, l'antenna deve avere una visuale libera sul cielo, senza ostacoli che possano bloccare o riflettere i segnali. Nelle piattaforme mobili, è necessario tenere conto anche dell'isolamento dalle vibrazioni, del montaggio sicuro e della compatibilità elettromagnetica (EMC) per evitare il degrado delle prestazioni. Anche la lunghezza dei cavi e la qualità dei connettori possono influire sull'integrità del segnale, per cui la scelta e la manutenzione corretta sono essenziali.
Con l'evoluzione della tecnologia GNSS , si evolvono anche le capacità delle antenne. Nuovi segnali come Galileo E5 e GPS L5 hanno ampliato la gamma di frequenze supportate dalle antenne moderne. Queste antenne offrono ora un migliore isolamento del segnale. La crescente domanda di RTK, PPP e fusione INS aumenta la necessità di precisione dell'antenna. Gli utenti si aspettano una maggiore coerenza e precisione dalle antenne GNSS .