Svenska ElektronikForumet

Hejhopp!

Sitter och surfar runt på GPS-antenner (för kretskortsmontage) och blir bara mer och mer förvirrad. Chip-antennen jag har tre av verkar
säljas i minst kvantiteter om 250 stycken (2 dollar styck), så att designa runt den verkar jobbigt. Patch-antenner har jag förstått är
helt ok. Nån som vet var man kan köpa en liten patch-antenn? (typ 10*10mm) för GPS-frekvens? (gärna billigt)

Nån som har koll på antenner som går att sätta på en kortkant så att kretskortet är vertikalt, antennen monterat på kretskortet men ändå
"riktad" uppåt? Jag är öppen för förslag.

MVH: Mikael

Möjliga val av antenntyper beror på dina prestandakrav med avseende på utrymme, strålningskarakteristik, om cirkulär polarisation eller inte och budgeterad gain/LNA. Eftersom GPS-signalnivån är låg säljs många antenner med integrerad LNA. För GPS med integrerad LNA i ett hembygge, köp en GPS-puck och slakta.
På antennutrymmet 10*10 mm får man som bäst rum med en keramisk resonator, kräver nätverksanalysator för matchning för varje enskild design och ställer höga krav på LNA. I praktiken är det jordplanet som blir antenn. Placeringen på kretskortet avgör polarisation. Polarisationen är med avseende på horisontalplanet. Bästa riktningskaraktäristiken är beroende på en mängd faktorer såsom om det är handhållet eller fordonsmonterat och var det ska användas någonstans. Är geografiska användningsområdet enbart sverige och längre åt norr är det meningslöst med antenn som har sitt max-gain rakt upp. Där finns ju inga GPS-satelliter.
Ska GPS:en användas i kuperad terräng eller i storstadsområde kan polarisationen bli av betydelse då reflektioner ger falska positioner och höjdangivelser. Polarisationen avgörs av både antenn och jordplanets utformning.
För en mindre krävande GPS-funktion i hembygge och utan nätverksanalysator, använd 5 cm tråd, ansluten från ett hörn av kretskort med minst lika stort RF-mässigt jordplan. Är du missnöjd med antennens känslighet kan tråden senare ersättas med en puck med integrerad LNA.

Tack för tipsen. Antennen ska sitta i en segelbåt, så reflektioner från byggnader är inget problem. Möjligen om riggen kan ställa till det lite. Antennen jag har är en liten fraktalantenn ca 12*12mm. Den verkar fungera bra.
De pyttesmå chip-antennerna känns inte så bra. LNA behövs väl mest om antennen sitter en bit ifrån GPS-kretsen? Mina krav på prestanda är att det gärna får vara lite bättre än i en generisk mobiltelefon.

Hastigheten är det som ska mätas.

MVH: Mikael

Nu anser jag att 12*12 mm GPS-antenn är något med starkt reducerad funktion. Fraktala antenner anses olämpliga för GPS då fraktala strukturen främst ger vintser i bandbredd på bekostnad av max-gain, vilket är bortkastat för GPS.
För GPS-frekvenser gäller kvarts-våglängden 5 cm. Minimmåttet för en bra antenn är alltså 5 cm under förutsättning att också jordplanet har minst lika stor utstäckning. Allt kortare än detta och man har prutat på antennfunktionen med avseende på gain, riktverkan eller bandbredd. Jordplanets utformning 5 cm runt om antennen är lika viktig för riktverkan och polarisation som själva antennen.
Jämfört med t.ex. FM-radio som kan anses ha succesiv sämre funktion med svagare antennsignal är mottagen signal från en GPS-satellit antingen fullt ok eller ingen alls. Ju bättre antenn, ju större chans att man dessutom kan ta emot signal från fler satelliter för bättre och snabbare uppdatering av GPS-data.
Uppenbarligen är de flesta GPS-antenner kortare än 5 cm, vilket innebär att det är jordplanet som bär huvudansvaret för antennens funktion. Med en mycket bra antenn och du kan få reflekterande GPS-data inne i betonghus där antennen inte har direkt sikt mot himlen. Visserligen innebär alltid reflekterande signaler att man får missvisning i position eller hastighet men det är bättre än inget alls.
En dålig GPS-antenn kan aldrig kompenseras med mer LNA-gain, du får nöja dej med en svagare mottagning/färre satelliter.
Antennen är mycket beroende av sin polarisation om man vill ha bra data då korrekt polarisation är ett sätt att undvika att reflekterande signaler stör ut direktsignalen. Tydligast syns detta på GPS där höjd kan utläsas. Om en av signalerna som ett resultat av triangulering har studsat i marken och upp till din antenn kan felet bli avsevärt. Det bör vaara tydligt i synnerhet på en segelbåt där höjden i möh bör vara rätt konstant. Det som händer är att en signal kan studsa i vattnet eller i större reflektorer (+10 cm) och därmed kommer fram till antennen något fördröjd.
Eftersom signalen som studsar byter cirkulärpolarisation kan man utnyttja detta för att undertrycka falska signaler.
Om antenn och jordplanet är tillräckligt bra.
För en GPS-radio behövs ett visst systemgain. Inga problem med det, det klarar alla moderna GPS-mottagare så det behövs av det skälet inga extra förstärkare vid antennen. Problemet är att vid långa överföringsavstånd så tappar man signal/brus-förhållande vilket inte kan kompenseras i efterhand. Enda sättet är att ha en LNA direkt vid antennen.
Mätbart långa överföringsavstånd är på PCB ca 10 mm. Koaxkabel utan antennmonterad LNA är felkalkyl. Därför har de flesta mindre GPS-antenner inbyggd LNA direkt i antennstrukturen även om överföringsavstånet är bara några mm. Tänker då på GPS-puckar med inbyggd komplett mottagare.
En generisk GPS-antenn i mobiltelefon har typiskt dåligt kontrollerad antennpolarisation. De ger ofta lite hoppande data +/- 50 m i alla dimensioner om den endast ser tre satelliter. Ser den fler så försöker mottagaren vara smart och själv välja bort misstänkt felaktiga data.
För beräkning av hastighet använder mottagaren utöver förändring i positionsdata även dopplereffekten.
Om du enbart är ute efter hastighet och accepterar att det ibland hickar, så förmodar jag att en antenn på en segelbåt har mycket fri tillgång till himlen jämfört med t.ex. inne i en bil, och du bör då klara dej med i stort sett 1 mm antennlängd. 1 eller 10 mm har ingen större betydelse, det är i bägge fallen i huvudsak jordplanet som fungerar som antenn.
Men som val av fast antenn på en segelbåt, hur stor är din segelbåt? Skulle en fullstor antenn med fullstort jordplan öka dödvikten eller bli för stort vindfång? Själv vill jag ha bäst möjliga funktion för att mha många satelliter få uppdaterad information så ofta som möjligt med minsta felvisning. I en bärbar grej som ska få rum i innerfickan är det okey med haltande antennfunktion och seg uppdatering men på en segelbåt skulle åtminstone inte jag satsa på en krympling.

Skulle det vara så att du ångrar dej och vill satsa på större antenn, är det möjligt att bygga själv till låg kostnad.
5 cm tråd är billigt och fungerar bättre än någon keramisk puck. Med fyra spdana trådar kan man bygga en riktigt bra turnstile antenn.
En bra GPS-antenn för båt brukar vara förpackad i vädertåligt hölje som invändigt rymmer något sådant:
http://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php
En förpackad båt-produkt:
http://www.procom.dk/products/gps-anten ... nnas/gps-4

Hej!

Det var lite lurigt. Får nog testa att göra en sådan vriden antenn och se om det blir bättre.
Dock tyckte jag den lilla antennen fungerade bra utomhus med fri sikt. När jag stod still
visade den hastigheter under 0.1 knop. Å andra sidan är nog jordplanet på det kortet
i storleksordningen 5*5cm. Tanken är att det ska bli en trevlig GPS-log för segelbåtar
generellt. Så en riktigt bra antenn blir nog lite för dyr och kanske onödigt bra (om det nu
finns något som heter så .

Har du hängt länge på forumet och så var det min fråga som triggade dig att skriva något, eller
råkade du bara titta förbi? Välkommen hit iaf och fortsatt tack för hjälpen!

MVH: Mikael

Jag arbetar proffesionellt med radio och antenn design. Googlar mycket radio-termer och emellanåt blir det napp på detta forumet.
En av mina vanligare jobb är försöka rädda projekt där man satsat på för dålig antennlösning och designat utan RF-kunnande.
Inte bara antennen utan även jordplanets roll förbises alltför ofta. Man köper en antenn med uppmätta data på ett idealt stort jordplan och tror att det ska bli samma sak när antennen placeras under batteripacken, utan jordplan.
En bra fungerande antennkonstruktion är lagom bra för sitt ändamål och det hänger mycket på att man tänkt igenom helheten inte bara själva antennelementet.
Är smått allergisk mot alla dessa miniresonatorer, Dålig prestanda, dyr implementation och inköpet är sällan gratis. I volym typ 0.5 $, vilket är bra betalt för något som lite blanktråd gör bättre. Ett avstämt kretskortsmönster, som kostar 3 mm på en PCB-långsida fungerar oftast ännu bättre och kostar inget extra på ett befintligt kretskort. Nackdelen med både resonatorer och kretskortsmönster är att de oftast måste impedansmatchas mot radion om det ska bli bra. Det är inte som en plug&play Yagi-antenn där antennen är färdigdesignat för ett utrymme fritt från hinder.

En quadrifilär antenn är mycket passande för GPS men är inte så lätt att göra utan dyra mätverktyg. Enklaste antennen som fungerar hyffsat är en kvartsvåg vertikal pinne på ett tillräckligt stort jordplan. Vill man få till polarisationen rätt så är det nog enkast med en turnstile vilken utmärkt kan etsas direkt på ett 50*50 mm stort kretskort.
Fukt är döden för GPS-antenner så därför är kapslingen dyrare än för hemelektronik om den ska tåla sjöluft.
Räknar man in kostnader för allt runt omkring själva GPS:en så blir det betydligt billigare att köpa färdiginkapslat från Kina som levererar NMEA som output via Bluetooth. Det enda som behövs kopplas till burken som sitter mest utsatt är då en strömkabel.
Att GPS:en visar hastighet fast än du står stilla är typiskt att GPS:en jittrar i sin mottagning. Om du går runt i en 10 meter stor cirkel i normal gångfart, kan du då logga en sekvensiell cirkel har du bra mottagning och får tillräckligt ofta uppdaterad och korrekt information. Det kräver både bra mottagare och antenn. Ett annat sätt är att dubbla mottageriet och förlita sej på Ryska motsvarigheten till GPS, samt kommande Europeiska navigationssystemet. Det finns kombimottagare och under goda omständigheter kan du få bra positionsangivelser med några sekunders mellanrum.

Erbjuder förstås mina tjänster att designa in både radio & antenn, vilket jag tar dyrt betalt för, men sedan är kostnaden noll för antennen i serieprodukten. För ännu dyrare pengar ser jag till att din minresonator förmår ta emot mer än en satellit när molnen skymmer .