Den antennen du visar har har normalt integrerat jordplan eller ges det om den placeras på ett PCB. Det är en sk keramisk patch-antenn. Det kan finnas mindre vinst med jordplan för att skärma markreflexer men den är redan designad för att undertrycka sådana reflexer med sitt integrerade jordplan och resulterande strålningsdiagrammet är bra för oss som bor i Sverige då de flesta GNSS-satelliterna som vi kan använda ligger på en låg sydlig horisontvinkel, finns inga satelliter rakt upp.
Markreflex bidrar med felaktig positionsberäkning. Stora huskroppar eller berg kan också ge sådan 1:a-reflex som skiftar cirkulär-polarisationens rotations-riktning. Sådana reflexer undertrycks av denna typ av antenns utförande då antennen förutsätts vara placerad med antennytan riktad uppåt och rätt polariserad. Därav att sådana GNSS-antenner inte används i mobiltelefoner där man sällan orienterar telefonen plant.
Att antenn-typen är ingjuten i keramiskt material är för att minska antennens fysiska storlek.
Keramikens dielektriska egenskaper sänker utbredningshastigheten av RF-signalen, och en antenn kan då göras mindre men fortfarande vara resonant i längd relativt GNSS-frekvenser.
Keramik-krympningen av antennen kostar främst i bandbredd, gain och effektivitet.
Av de större tillverkarna av sådan antenner, Pulse/TE så använder de inte alltid ens något jordplan alls vid antenn-mätningarna i deras datablad. Taoglas gör det. I de fall optimalt anpassade jordplansstorlekar omnämns rör det sej om 50-70 mm. Detta för att ta hand om oönskade fringing-effekter.
När man inte har något behov att hålla ned antenn-storleken för en patch-antenn utan hellre vill vinna något i prestanda brukar man utföra snarlika antenner men helt utan keramiken. Luften får utgöra dielektrat, det som normalt fyller kaviteten som antenn-formen utgör.
Det är det som gör att referens antenner i patch-utförande med endast luft som dielektra ökar i storlek. För GNSS-frekvenser blir sådan antenn ca 190 mm i diameter.
Jordplanet i en patchantenn är av bestämd storlek för att skapa en resonanskavitet för en avsedd frekvens. Ovanpå kaviteten matas antennelementet på ett sådant sätt att man kan styra polarisationsrikning. Ökar man jordplanet skulle polarisationsegenskaperna och gain försämras då storleken av det integrerade jordplanet påverkar antennens-egenskaper, men i praktiken händer inte mycket. Det blir i stort inga jordplansströmmar som når antennen och för skärmningsegenskaper av betydelse krävs betydligt större jordplan.
Nedan proffsmonterade GNSS-antenner för referensmätning med ett flertal olika antenn-typer. Om det funnits något fördel med externa jordplan hade man använt det.
Screenshot 2025-06-18 at 20-08-05 rtk antenna design robot calibration - Sök på Google.png
För att minska risken för multipath sitter antennerna ovan jordplan och helst riktade mot resp satellit.
Avsaknad av rf-strömmar i yttre jordplan och som då inte heller kan störa antennens rf-strömmar gäller endast om antennen är korrekt matchad. Då finns ingen möjlighet för RF-strömmar i ett yttre jordplan att påverka antennen med oavsiktliga strömmar. Det är samma som det jordplan som koaxkabelns yttre mantel utgör, om antennen är korrekt matchad flyter det inga RF-strömmar i mantelns yttre.
-> Dålig matchning och antenn-strömmar kan påverkas av yttre jordplan.
Det finns antenner vars impedans är medvetet designade för att kräva en specifik storlek på ett yttre jordplan men dit hör inte patchantenner normalt. Har aldrig hört talas om någon sådan design.
Fringing är en egenskap som uppstår som effekt av att något ändras plötsligt, såsom att en antenn-yta tar slut.
Fringing i en patrchantenn här nedan sedd i genomskärning.
Screenshot 2025-06-18 at 20-10-02 patch antenna fringing - Sök på Google.png
En aspekt är att fringing-effekt är inget önskvärt men det blir en mer stabil situation om ett jordplan alltid finns någon centimeter runtom en patch-antenn och leder ner den strömmen. att ytterligare lägga på jordplansyta tillför inte mycket om inte ytan blir ett par kvadratmeter vilket då förbätrrar fram/back-förhållandet.
Just för GNSS avstår man gärna från stora jordplan, då ytan i sej kan skapa multipath-effekter. Det är en av anledningarna till varför man försöker placera antennerna en bit ovan större jordplan.
Om det rör sej om mer precisa antenn-designer vill man undvika att få interfererade jordplan allt för nära antennen.
Screenshot 2025-06-18 at 14-35-06 BD900 GNSS Antenna High Precision RTK Survey GPS Antenna for Base Station GLONASS Multi-Frequency L1_L2_L5 Band IP67 Waterproof - AliExpress 34.png
https://vi.aliexpress.com/item/1005009235482762.html
För att minska problem med bl.a multipath och missmatch pga yttre jordplan är den vanligaste lösningen att antennen monteras på en fot för placering en bit ovanför eventuellt jordplan som på denna bild.
Patchantenn i full storlek med luft som dielektra kräver en antenn-storlek på ca 190 mm men om man läser tekniska data för antennen ovan är den endast 150 mm i diameter.
Det är därför med stor sannolikhet ingen ren patch-antenn som visas på bilden. De vanligaste antenn-typerna för fullstora GNSS-antenner av pannkaks-typ är hybrid-varianter med fasstyrda dipoler och patchytor och tranmissionsledare för god cirkulärpolarisation. Antennen består ofta av 2-3-4 dipoler på ett och samma PCB.
Ett annat alternativ är en dubbelpatch med PCB som dielektra vilket oftast inte minskar antennens resonanta storlek lika mycket som keram-material kan göra men ger en påtaglig storleksminskning. Dubbelpatchen är inte så uppenbar i sin design men syftar till att effektivare täcka fler GNSS-band såsom GPS L1 L2 L5.
Screenshot 2025-06-18 at 14-50-19 GNSS antenna RTK High-precision Multi-Frequency Ceramic Antenna GPS L1 L2 L5 Glonass Galileo BDs With SMA MMCX MCX UFL - AliExpress 34.png
Kan då invändigt se ut så här. Enklast är det en patch för 1500 MHz och en yttre ring med 1200 MHz resonansfrekvens.
Den andra vanliga varianten av "fullstor" GNSS.antenn är när det i stället för utformat som en pannkaka är utformat som en en upphöjd dom. Invändigt finns då ofta en mer eller mindre hög antenn av helix-typ, en spiralform.
Screenshot 2025-06-18 at 15-49-32 1Pcs GNSS Helix Antenna EM-701N-00 SMA Build in Embedded Aerial GPS L1 L2 L5 Glonass Galileo L band For Drone RTK Receiver - AliExpress.png
Dess strålningsdiagram är normalt max i riktning av dess centeraxel, vilket är bra i stora delar av världen men vi som inte har några GNSS-satelliter rakt ovan oss har mindre glädje av den antenn-typen.
Helix-antennen har liksom för andra GNSS-antenner uttalad höger cirkulärpolarisation. Därav att den är skruvad åt ett visst håll.
Om den vore skruvad åt andra hållet skulle den hellre ta emot reflexer än direktsignal. Direktsignalen blir då nästa helt undertryckt. Jordplanet för denna antenntypen är optimalt 0.5 lambda i diameter plus diameter av spolen för optimal riktverkan i antennens pekade riktning men ofta minskar man storleken på jordplanet för att minska riktverkan och bättre ta emot satellitsignaler som kommer från lägre vinklar.
I situationer där man har extra höga kvalitetskrav på att undertrycka oönskade polarisationer och multipath och mer precist designad strålningsutbredning är en variant att förse antennen med strukturer som undertrycker oönskade polarisationer och oönskade jordströmmar. Det är på sitt sätt en del av det jordplan som omger antennen.
Sådana anordningar brukar kallas för konduktiva ringar eller spikar. cSådant hittas på flygplan och i komplicerade stadsmiljöer med höga hus där man vill mäta med god precision.
Screenshot 2025-06-18 at 19-26-29 gnss antenna conductive rings - Sök på Google.png
Antenner av typen dipolen eller loop är inte nödvändigtvis beroende av jordplan. Jordplan kan existera för att reflektera strålningen i viss riktning från dessa antenn-typer. De skiljer sej från monopol-antennen där större jordplan nästa alltid är positivt. Monopolen finns formellt inte som antenntyp. Det är fortfarande en dipol, men ena halvan av är virtuell och existerar som en spegling i jordplanet. Därav att en sådan antenn är absolut beroende av jordplanet för sin funktion, vilket inte en fullstor dipol är.
Tvärs om, ju närmare jordplanet kommer en dipol eller loop, ju mer lastas den ned.
Det finns naturligtvis undantag. Turnstile, korsade fasade dipoler är vanliga i vissa miljöer för GNSS-positionering. De kräver i princip ett reflekterande jordplan och blir då i funktion som två korspolariserade YagiUda-antenner.
Denna typ av antenner är särskilt lämpliga när man verkligen vill mäta även mängden vänsterpolariserad signal i en kraftigt störd miljö. Antennen kan switchas från den ena polarisationen till den andra med en enkel omkopplare och det kan ske som en automatisk del av mätningen.
Noname pnnnkaksantenner som säljs för RTK GNSS utan tillförlitliga datablad kan innehålla en billig kerampuck. Det säljs sådant även på Aliexpress. Bor man i en öppen miljö med få störningar och inga RF-reflekterande reflexytor så kommer det fungera lika bra ändå. Det skulle gå riktigt bra med en horisontell öst-väst-orienterad dipol uppsatt på en pinne några meter ovan andra ytor. Även de flesta hustak reflekterar.
Korrekt impedansmatchning brister ofta, särskilt i billiga noname-antenner.
---
Vad gäller död räkning är det inte något nytt. Har det i min bils navigator. Gör att navigeringen fungerar även i längre biltunnlar inkl. underjordiska vägbyten och där biltunnlar går i olika våningsplan och parkeringshus under jord.
En av insignalerna förutom inbyggda rörelse-sensorerna är att den även får signaler om hur fort hjulen roterar via ABS-hjulen. Ju fler indata, ju säkrare kan navigeringen göras även utan GNSS.
För länge sedan, innan ToF fanns för BT eller andra ToF dedicerade kretsar såsom UWB tog man fram ett system för att beräkna 3D bollposition baserat på BT+acc-sensorer inuti olika sport-bollar. Exempel:
https://eurekanetwork.org/news/meet-iba ... ext-level/ och
https://www.spalding.com/basketball/bas ... asketball/
Av olika anledningar har det aldrig riktigt lyft som ide. Numera används ibland istället data från ett antal kameror för att följa boll i 3D. Ursprungliga iden till att positionera bollar kommer från gamla Nokia mobildivisionen.
Dess finska ursprung syns här:
https://sportiq.fi/pages/contact
Numera är det mer fokus på att följa bollen med i princip samma teknik, med referenser i plan-hörnor, fast med UWB-teknik. Här exempel:
https://kinexon-sports.com/technology/ball-tracking/
ToF-chip utvecklas i många utförande RF, IR diod och IR laser såsom lidar men även ultraljud fins exempel där man skapat virtuella omgivningsbilder och positionsbestämning. Genom att analysera multipath-signaler med hjälp av maskininlärning kan man tolka komplexa indirekta signaler och bestämma dess position.
Tyngdpunkten är teknik för detektering och navigering inomhus men med minne av vad som varit och ett antal referenspunkter kan man bygga upp virtuella bilder av utomhusmiljöer och var man befinner sej allt från så enkelt som backvarnare på bil till att manövrera bilen i verklig trafik, med eller utan lidar och det är nog inga bilar av någon autonom grad som törs lita på GNSS vid den direkta navigeringen.
På gräsklipparsidan är ToF-varianten med ljusreflektion som avstånds-sensor. dvs Lidar, ett vanligt navigations-alternativ. Tack vare scanning och minne att spara/analysera inscannade resultat och jämföra med tidigare kända referenser kan gräsklipparen eller fabrikstrucken klara att navigera i komplicerade miljöer utan andra sensorer.
En fördel med BLE som navigations-system är att man kan få inomhusnavigation i en mobiltelefon utan extra hårdvara förutom i lokalen installerade referenser.
Exempel:
https://mapsted.com/en-dk/indoor-positioning-system
De system som används i t.ex. butiker för att följa kunders förflyttning bygger dock oftast på RSSI från mobilers BT.
Dessa olika system har alla lite olika egenskaper vad gäller störningar, räckvidd och precision. Det gäller även när man använder RSSI-nivå från ett WiFi-chip som mätvärde men i princip efter kalibrering kan RSSI-värdet översättas till avstånd (Friis ekvation). Vid fritt fält kan detta fungera bra men kommer t.ex. en människa i vägen för optiska sikten mellan enheterna så får man oftast nöja sej med svagare reflexer då BT signalutbredning nästan helt dämpas av en människa.
En variant av ToF-sensorer är de som inte kräver några aktiva referenser. För BLE är det när man analyserar tiden för att den egna utsända pulsen att eka tillbaka. Det är ungefär samma som för backvarnare. Praktiska räckvidden blir kortare och för
positionsbestämning är det knappast bästa sättet att ha koll över var gräskliparen finns på en gräsmatta. Att den alls rör sej bör fungera men med tanke på befintlig simpel teknik så lär det vara svårt att göra något enklare eller billigare än att just lyssna på RSSI över WiFi, samtidigt som man kan överföra annan data.