GPS антенна своими руками за 5 минут

    Для приема GPS сигналов, можно изготовить несложную антенну, которая по своим возможностям будет соответствовать маленькой патч-антенне.

    Предлагаемая антенна — диполь, пассивная, поэтому небольшой выигрыш в токе потребления GPS модуля достигается.

    Принимаем центральную частоту GPS сигнала равной 1575.42 МГц, находим длину одного плеча антенны L/4 = 47.7 мм. Цифра справедлива для провода без изоляции. Провод в изоляции должен быть чуть короче. Длина плеч диполя и монополя отсчитывается от грани оплетки кабеля.

    Если половинка диполя одна, то это уже монополь. Я подготовил диполь и монополь.



    Антенны крепятся на короткий коаксиал с разъемом типа IPX.В качестве эталонной антенны используем активную маленькую патч-антенну. GPS-модуль NEO6.



    Сравниваем сигналы спутников показанные в u-center 19.11.01.



    Антенны, располагаем близко к окну. Ориентация — по усредненному максимуму сигналов.



    Уровни сигналов

    Керамика:



    Диполь:



    Монополь:



    Вывод:

    1. Активная патч-антенна сопоставима с диполем.
    2. Диполь дает прирост усиления относительно монополя ~ 5 дБ (до 4 раз по мощности).

    Основной вывод: диполь может заменить маленькую патч-антенну. Экономия тока около 6 мА, при 3.3В питании. (20 мВт!). Масса малой патч-антенны около 3 грамм, масса диполя с проводом IPX всего 0.65 грамм!
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 46

      +1

      Вы не на уровни смотрИте, снимите облако точек в том-же u-center, часа за 3 на каждую антенну и сравните.

        0
        При анализе антенны достаточно смотреть на уровни. Все остальное (сигма по 95% и тд) — последствия уровней.
          +1

          А переотраженку как отличать? ;)

            +2
            Да ну? А как с нестабильностью фазового центра? А что с внеполосной помехой?
          0
          Спасибо, интересное исследование.
          Оказывается, совсем не обязательно иметь такую керамическую антенну.
            +3

            А патч аннтена испытывалась с земляным полигоном? Как положено таким антеннам.
            Так то нормальная пачт антенна лучше диполя.

              0
              Мне вот интересно, а в трекерах, мобилках, игрушках, везде керамика установлена на земле?
              В данном опыте патч-антенна направлена в окно, но сравнить с «полигонным» вариантом стОит!
                0
                В трекерах полигон есть, но недостаточный.
                В мобилках Я видел диполь но на печатной плате в полигона с прорезью.
                Ищется как «GPS chip loop antennas».

                С большим (как в даташите, обычно 70 на 70 мм или 100 на 100 мм) полигоном будет сильно лучше. Но сильно больше.
                  0
                  Привет! Смотри, сделал сравнение с проводящей подложкой и без неё.

                  Сравнение Без подложки/Малая

                  Сравнение Без подложки/Большая

                  Какого-то эффекта от появления земляного полигона не могу отметить
                    0
                    Очень странно. Мне помогало всегда.
              +9
              Основная проблема в антеннах — нестабильность характеристик, связанных с разной диэлектрической проницаемостью материалов. Пока ваша антенна висит в воздухе (до ближайших предметов более 1/2 длины волны) — ее характеристики стабильны. Как только вы подносите руку, пластик, металл — характеристики (центральная частота, коэффициент усиления) меняются. Для керамической антенны вы можете взять datasheet и аккуратно скопировать референсный дизайн, надеясь (!) на то, что все будет хорошо. Как только вы накроете печатную плату пластиковым корпусом — частота уйдет.

              В целом антенны — это некая магия. Вы конечно можете рассчитывать их на калькуляторе, но финальный результат в любом случает придется проверять приборами. Хотя бы центральную частоту.

              Ваш NEO-6 поддерживает только GPS, но модуль уже давно устарел. Более современные модули поддерживают GPS+Glonass+Beidou+Galileo, у каждой системы своя частота, и антенны нужны мультичастотные.
                +2
                У диполя ширина полосы пропускания (IL, S11) очень широкая, вплоть до 35%, не говоря о bowtie, а значит частоты перечисленных навигационных систем (от 1.1 ГГц до 1.6 ГГц) попадают в полосу — диполь как раз намного проще в этом плане, чем patch или керамические со своей довольно узкой полосой. Вы очень точно подметили на счёт стабильности характеристик линейных антенн в зависимости от среды — это боль!
                  +3
                  Уж лучше две отдельных антенны, на 1.2 и 1.6 ГГц, не зачем принимать лишнее. И с круговой поляризацией как у patch, не зачем терять 3 Дб.
                  А так да, хочешь познать боль займись настройкой и согласованием антенн.
                    0

                    Конечно, Вы абсолютно правы, я извращений таких не видел, где один диполь на такой диапазон — в поле воин) Но в рамках статьи — бюджетное решение.

                  +1
                  Вот только вопрос, зачем это обилие навигационных систем в одном модуле?
                  Зацени вот такой «многосистемник»:

                  Выдает сообщения такими порциями:
                  + 10:42:32 $GNGGA,104232.000,5546.4661,N,03744.4404,E,1,06,2.7,20.5,M,0.0,M,,*47
                  + 10:42:32 $GNGLL,5546.4661,N,03744.4404,E,104232.000,A,A*46
                  + 10:42:32 $GPGSA,A,3,28,05,30,08,07,,,,,,,,3.8,2.7,2.6*3B
                  + 10:42:32 $BDGSA,A,3,19,,,,,,,,,,,,3.8,2.7,2.6*21
                  + 10:42:32 $GPGSV,3,1,09,05,25,237,30,07,42,092,24,08,28,052,19,11,09,085,*70
                  + 10:42:32 $GPGSV,3,2,09,13,54,291,,15,25,306,,27,10,023,,28,55,188,29*7B
                  + 10:42:32 $GPGSV,3,3,09,30,77,101,20*41
                  + 10:42:32 $BDGSV,1,1,01,19,35,214,35*56
                  Какой-то чудовищный микс GPS/GLONASS/BDS!
                    0
                    Более современные модули поддерживают GPS+Glonass+Beidou+Galileo, у каждой системы своя частота, и антенны нужны мультичастотные.

                    Если забить на потери и использовать линейную поляризацию, то несложно получить или многочастотный вариант диполя, или необходимо широкополосный. С другой стороны, если уж затеваться, то есть смысл сделать все настолько близко к идеальному компромиссу, насколько позволяет моделирование и возможности реализовать модель в виде готового изделия. Как по мне, то лучшая фиксированная спутниковая антенна — квадрифиллярная. За ней с небольшим отрывом турникетная (с рефлектором, т.е. по сути двухэлементная кросс-Яги). Тут скорее вопрос в том, что легче изготовить точно, а не что лучше в виде расчетной модели. В отсутствие возможности замерить результаты своих трудов остается только надеяться на достаточную широкополосность конструкции, которая простит неизбежные неточности изготовления и позволит получить приемлемые, близкие к ожидаемым параметры.
                    0

                    Предположу, что патч-антенна таки ближе к изотропному излучателю, а у диполя есть заметная ДН. Это может быть как на руку диполю, так и против него.


                    [зануда]


                    короткий коаксиал с концом типа IPX.

                    Хорошо-бы подправить терминологию.

                      0

                      Ширина диаграммы направленности (beamwidth) у диполя (полудлинноволновой, 78 градусов) шире чем у patch-антенны (35-40 градусов), в добавок, patch требует наличие земли, что отрезает половину эффективного пространства излучения. В плане рациональности не просто так выбрали patch-антенну, не смотря на все минусы по сравнению с диполем: это и стабильность характеристик, и простое получение круговой поляризации без бубнов, и высокое усиление, и компактность, и монолитность конструкции. А диполь можно на коленке спаять и будет работать, и в этом его красота :3

                        0
                        напиши, что на что поправить
                        0
                        не подскажете — тоненький коаксиал вот такого диаметра, как на рисунке в пару мм по какому названию продается?
                          0
                          РК-50 бывает разного диаметра, в том числе и такого.
                            +1
                            RG-178 и RG-316
                              0

                              эти толще, около 4мм диаметр. Там по диаметру больше на SF-047 ST похоже, но это СВЧ кабель, он достаточно дорогой.

                                0
                                Спасибо! Хоть какая то информация! Правда на али такого не нашел.
                                Все завалено железяками с тонким коаксиалом, но что за кабель нигде нет информации.
                                  0

                                  Вот тут поковыряйтесь алик

                                    0
                                    Привет! Посмотри здесь потоньше: aliexpress.ru/item/32971407582.html
                                    и потолще: aliexpress.ru/item/32981172826.html
                                      +1
                                      Спасибо! Но мне нужен кабель, а не обрезки.
                                      По обоим ссылкам обрезки. Просто весь али завален таким обрезками.
                                      upd:
                                      Сам нашел. Надо было не по обрезкам искать, а собственно по коаксиальным кабелям. RG178 имеет внешний диаметр менее 2мм.
                              +4
                              Спасибо за эксперименты. У вас диполь питается от коаксиала без симметрирования. Для балансировки можно применить синфазный фильтр (балун) — несколько витков питающего кабеля на ферритовом кольце, высокочастотном, ближе к антенне.
                              Еще можно расчитать укорочение для настройки в резонанс на средней частоте.
                                0
                                еще можно было бы добавить антенны вытравленные на печатной плате без/с покрытием серебром
                                  0
                                  Когда-то достался мне телефон с жутко плохим приёмом GPS.
                                  Разобрал, вывел небольшим кусочком медной фольги наружу вход, к которому можно было просто прижимать чехлом какую-нибудь «антенну».
                                  Ставил много экспериментов «и так, и сяк».
                                  Чистая практика, вообще без теории.
                                  Однозначно самым лучшим оказался вариант антенна типа «метёлка» из медной фольги.
                                  Что-то типа этого:
                                  www.radioscanner.ru/uploader/2015/metla1-2.jpg

                                  Результат превзошёл все ожидания. В машине, в самых сложных местах, приём был отличнейший.
                                    +6
                                    И никто не пишет про потери на срезании круговой поляризации.
                                    Сигнал GPS — имеет круговую поляризацию (вроде, правую), а диполь — вертикальную или горизонтальную. При конвертации одного в другое — имеем потери 3 Дб только на конвертацию. Плюс, круговая поляризация — она не зря. При отражении сигнала — поляризация меняется на противоположную, а ослабление такого сигнала в антенне достигает 38 дБ, если я всё правильно помню. В случае приёма на диполь — никакого ослабления отражёнки нет, и антенна принимает шлак.

                                    В общем — диполь для GPS — конечно, можно, только непонятно зачем.
                                    Если хотите попробовать самодельную антенну — сделайте клевер. Тем более, на такую частоту он вполне успешно делается с помощью одной лишь линейки. И при этом ещё не монструозен, как на 900 МГц
                                      0

                                      Верно насчёт поляризации, но ослабление отражённого сигнала зависит от антенны. Также основной смысл круговой поляризации сигнала со спутника — компромисс ради избежания зависимости от взаимного расположения спутник-приёмник.

                                        +1
                                        Никогда не задумывался про поляризацию GPS сигнала, пошел читать. Правда, так сделано для подавления сигналов переотражения. Но такое впечатление, что в телефонах простенькие антенны, потому как я неоднократно сталкивался (Sony Xperia), что например на узких улочках навигация перекидывает тебя то на соседнюю улицу, то обратно. А при использовании «правильных» антенн вроде такого не наблюдается.
                                          +1
                                          Скорее всего, дело не в антенне. Просто программа карты притягивает положение к ближайшей дороге, и когда, в условиях плохого приёма, точность падает, и положение начинает плавать — программа подглючивает, и притягивает то к одной улице, то к другой.
                                          А антенны, даже в телефонах, нормальные, керамические, с поляризацией.

                                          К слову. На «стандартных» квадратных патч-антеннах круговую поляризацию делают срезы в уголках металлизации антенны. А царапины по краю — точная подстройка.
                                          image
                                            0

                                            Смотрю сейчас на внутренности парочки своих телефонов и не нахожу керамики. Если она и есть — видимо спрятана совсем в странные и неожиданные места (:

                                        0
                                        Диполь и 1/4 вибратор в таких условиях должны быть одинаковы, у этих полноразмерных антенн одинаковое сопротивление излучения, разницы быть не должно. А самое не приятное у вас кабель 3/4 длинны волны (по фото на глаз), даже с учётом укорочения кабеля антенны (оба типа) скорее всего не согласованы (47мм это больше чем надо, по замерам с приборами получается нужно около 40мм), потому и отличие от керамики. Кабель нужен 1/2 длины волны (повторитель сопротивлений), тогда для короткого фидера согласование влияет заметно меньше. По опытам согласованный полноразмерный вибратор 1/4 выигрывает у керамики.
                                          0

                                          У диполя и четвертьволнового вибратора как раз разное сопротивление излучения, хотя антенны крайне близки по прочим характеристикам. Настраивать фидер можно, но не на СВЧ — слишком велики потери. А согласование и так приемлемое, поэтому настройка едва ли нужна. Самый очевидный изъян описанной конструкции — отсутствие симметрирования.

                                            0
                                            Если запихать диполь и четверть волновый вибратор с противовесами в «чёрные коробки» то снаружи на клеммах никакой антенный анализатор (настоящий не виртуальный) не обнаружит разницы в комплексном сопротивлении этих двух конструкций ;) В конструкции автора для 1/4 вибратора противовесом будет сам фидер, так как там нет запорного дросселя. В принципе оплётку можно было вывернуть как чулок на фидер и получить вибратор с запорным стаканом (по факту тот-же диполь), но на приём (в том числе и по реальным измерениям) это влияет не критично. Симметрирующее устройство(су) нужно чтобы фидер не работал как часть антенны, в случае с 1/4 вибратором конструкция сама по себе заменяет су. Да и на таких частотах на приём фидер не соберёт сильно много помех чтобы этим симметрированием заморачиваться. Согласование без приборов (а у автора их похоже нет) бесполезное занятие, и единственный способ(получить максимум от настройки) это исключить из этой схемы влияние фидера, это возможно если применить фидер в виде повторителя сопротивлений (1/2 длинны волны), тогда настроить антенну можно просто подгибая/обрезая вибратор по уровню сигнала спутников. С диполем такая настройка тоже возможна но много затратнее по времени и фидер сильнее влияет (положение относительно лучей и других железяк конструкции)
                                              0
                                              Привет! У диполя волновое 73 Ом, у 1/4 с противовесами поменьше, 28-38 Ом. Полезный совет здесь — «про исключение фидера». Можно припаять вибратор сразу ко входу модуля.
                                                0
                                                Вы сначала померяйте _реальную_ подобную показанной в статье конструкцию, а потом из книжек информацию повторяйте ))) Чтобы получить теоретический (как в книжках) 1/4 вибратор вам надо иметь поверхность проводящую плоскую и перпендикулярную вибратору (чтобы вибратор в ней отзеркаливался как в книжках при теоретических расчётах), крыша авто например, вот тогда прибор покажет 73/2 ом )))

                                                Если припаять 1/4 вибратор сразу к модулю, то не получится никакого согласования, уровень сигнала будет сильно хуже, вряд ли применённый автором модуль имеет выход на 73/2 ом. Такой опыт мной тоже делался (для реального, а не книжного устройства) и показал гораздо худшие результаты чем с использованием фидера )))

                                                PS. если найду фото с экрана измерителей, выложу сюда, давно дело было не НаноВной меряли, а немечинной фирмовой 8)
                                                  0
                                                  Привет! У диполя волновое 73 Ом, у 1/4 с противовесами поменьше, 28-38 Ом.

                                                  У идеального диполя — где-то так. У реального — не совсем. То же касается граундплейна, только там еще угол радиалов к вибратору заметно влияет.

                                                  Полезный совет здесь — «про исключение фидера».

                                                  На СВЧ полностью исключить фидер нельзя, потому что там даже единицы миллиметров имеют значение в масштабах длины волны и необходимо делать поправку на это.

                                                  Можно припаять вибратор сразу ко входу модуля.

                                                  Если у модуля вход несимметричный, то прямо или опосредовано подключать к нему симметричную антенну без симметрирующего устройства немного самонадеянно. Если в результате прием окажется заметно менее плохим, чем со штатной антенной, то это только ошибочно убедит в правильности решения. В результате получится очередная суперантенна, которых в последнее время становится все меньше из-за того, что развивается моделирование и измерительная аппаратура, а значит становится меньше ошибок в первоначальных расчетах и практических замерах изготовленных антенн, убеждающих экспериментаторов в достижении ими нереальных показателей.
                                                  0
                                                  Если запихать диполь и четверть волновый вибратор с противовесами в «чёрные коробки» то снаружи на клеммах никакой антенный анализатор (настоящий не виртуальный) не обнаружит разницы в комплексном сопротивлении этих двух конструкций

                                                  Предлагаю для начала определиться, в «черных коробках» находятся сферические идеальные модели в вакууме из бесконечно тонких проводников и не учитывающие скин-эффект, а в случае с четвертьволновым граундплейном еще и идеальная, к тому же бесконечная земля? Или мы говорим о каких-то реальных конструкциях из каких-то реальных материалов с какими-то предполагаемыми потерями? В первом случае импеданс на частоте резонанса будет различаться ровно вдвое. Во втором случае можно будет делать убедительные предположения об отношении неизвестного, но предполагаемого сопротивления излучения к сопротивлению потерь, иными словами предположить КПД, сравнивая теоретическую модель с реально измеряемой в «черной коробке».

                                                  В конструкции автора для 1/4 вибратора противовесом будет сам фидер, так как там нет запорного дросселя.

                                                  Упрощенно да. Последствия довольно очевидны и, зная только последствия в виде замеров, можно предположить причину. Если мы договорились на этом этапе вылезти из «черной коробки», то замерять предпочтительнее диаграмму направленности. Будет интересно, обещаю.

                                                  В принципе оплётку можно было вывернуть как чулок на фидер и получить вибратор с запорным стаканом (по факту тот-же диполь)

                                                  Диполь — частный случай антенны «четвертьволновый граундплейн», в которой радиалы достигают угла в 180° к вибратору и вырождаются в симметричный вибратору цельный проводник.

                                                  но на приём (в том числе и по реальным измерениям) это влияет не критично

                                                  Вы сейчас (предумышленно или нет — не знаю) переходите от «черных коробок» к тому, что на практике многие технически отвратительные компромиссы оказываются достаточно работоспособны для того, чтобы их использовать вместо более изящных решений. Никем не рассчитанный кусок дорожки на плате работает как антенна? Работает. Хорошо ли он работает? Большинству, похоже, безразлично, что иногда работает совсем плохо в сравнении с несколько лучше просчитанной конструкцией — достаточно того, что хоть как-то работает. Вспомните страдания по поводу плохого приема GPS в целых поколениях китайских телефонов — это, как мне кажется, один из наглядных примеров даже для довольно далеких от антенного дела энтузиастов, потому что проблемы были не программные и даже не особо связаны с топологией платы как суррогатной земли, а исключительно с неумением и нежеланием применять подходящие антенны. Работает же как-то?

                                                  Симметрирующее устройство(су) нужно чтобы фидер не работал как часть антенны, в случае с 1/4 вибратором конструкция сама по себе заменяет су.

                                                  Пожалуйста, дайте более точное определение.

                                                  Да и на таких частотах на приём фидер не соберёт сильно много помех чтобы этим симметрированием заморачиваться.

                                                  Паразитный прием или паразитное излучение фидера при передаче сами по себе — только одна из проблем, иногда критичная, а иногда маловажная против других проблем.

                                                  Согласование без приборов (а у автора их похоже нет) бесполезное занятие, и единственный способ(получить максимум от настройки) это исключить из этой схемы влияние фидера, это возможно если применить фидер в виде повторителя сопротивлений (1/2 длинны волны), тогда настроить антенну можно просто подгибая/обрезая вибратор по уровню сигнала спутников.

                                                  В отсутствие приборов нужно моделировать конструкцию максимально тщательно и потом максимально точно ее реализовывать: если модель сравнительно толерантна, то есть какая-то (большая) вероятность, что все заработает почти так, как предполагалось по модели. Это не совсем инженерный подход, а скорее любительский, но в отсутствие возможности объективно контролировать результат, по сути, единственный доступный. Настройка фидера на СВЧ — довольно глупая идея, хотя успешно применяется на частотах коротких волн.

                                                  С диполем такая настройка тоже возможна но много затратнее по времени и фидер сильнее влияет (положение относительно лучей и других железяк конструкции)

                                                  Напомню еще раз: диполь — частный случай граундплейна.
                                              –1
                                              А как сделать антенну GPS для велосипеда? Ну что б спрятать внутри велика маячек противоворный и не палиться при этом перед вором?
                                                0
                                                Разрешенные у нас трекеры обычно уже все имеют на борту. Остается только сам трекер так замаскировать на велике, чтобы и спутники ловил, и не опознавался ворами сходу как трекер.
                                                Кстати, слушая канал местного отдела ментиции, слышал ориентировки на кражи великов — так что их ищут на деле, не забивают на поиск — как многие считают!
                                                  0
                                                  Именно в этом и проблема. Разместить. Вот если бы, например, разместить его внутри рамы, а антеннку НЕЗАМЕТНО вывести наружу…
                                                  Я ведь верно понимаю, что антенна должна быть приклеена к непроводящему материалу? Например к карбону?
                                                  Если взять карбоновый руль и на него наклеить антенну? Или вообще пустить ее внутри руля?
                                                    +1
                                                    Карбон, если это действительно карбон, а не имитация из стекловолокна — отлично проводит электричество. Так что антенна внутри карбонового руля будет работать плохо. Проще к внутренней стороне седушки приклеить

                                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.