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アンテナの革新的な素材と設計がマルチバンドGNSSのジレンマを解決 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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MAIL MAGAGINE No. 2057 2025. 9. 9 |
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アンテナの革新的な素材と設計がマルチバンドGNSSのジレンマを解決 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、衛星測位に際して複数の衛星システムの電波を受信するのに適したTaoglas社製のマルチバンドGNSSアンテナについて解説した記事をご紹介します。 ■アンテナの革新的な素材と設計がマルチバンドGNSSのジレンマを解決 衛星を利用した測位は、現在ではスマートホンを始めとしてあらゆる場所で使用されています。衛星測位システムは、米国が軍事用として開発したGPSが最初ですが、その後、GLONASS(ロシア)、Galileo(EU)、BeiDou(中国)、QZSS(日本)、NavIC(インド)などそれぞれの国で独自のシステムが構築され、これらを総称してGNSS(Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム)と呼んでいます。なお、国土地理院は、全球測位衛星システムと訳しています。 衛星測位は最低4個の衛星からの信号を受信できれば実現できますが、8個以上の信号を受信できれば都市部や山間部でも安定に測位ができます。そのため、現在使用されているGNSS受信デバイスの多くは、複数の衛星システムの電波を受信でき、さらにマルチバンド対応になっています。 それぞれの衛星システムは、3つから4つの複数の周波数帯を使用しています。GPSの場合、L1(中心周波数1575.42MHz)、L2(1227.60MHz)、L5(1176.45MHz)が使用されています。L1は民生用、L2は軍事用、L5は航空機用とされていますが、現在ではすべて民生用として利用できます。 Lは、戦前から使用されていたマイクロ波帯のLバンドに由来しています(後にIEEEで規定された)。ただし、精密測定に使用する1,525～1,559MHzの補正信号もLバンドと呼ばれているので注意してください。ちなみに、周波数の分類は国際規格としてはITUが定めたものが標準とされていて、IEEE規格は国際規格ではありませんが、ITUのUHFやSHFは範囲が広すぎるため、慣例的にLバンドやSバンド、Xバンドなどが使用されています。 GLONASSは独自のバンド名でG1/G2/G3、GalileoはE1/E5/E6、BeiDouはB1/B2/B3と呼んでいますが、いずれの衛星システムの周波数もGPSのL帯と重複または近接しています。 【アプリケーションラボ】の解説記事では、それぞれの衛星システムが使用している周波数の違いについて解説した後、Taoglas社製のマルチバンドアンテナを紹介しています。Taoglas社は、2004年に設立されたアイルランドに本社を置く高性能アンテナとRFモジュールを設計/製造するグローバル企業です。 複数の帯域の信号を受信するにはそれぞれの電波に対応するアンテナが必要ですが、マルチバンドアンテナは1個のアンテナで複数の帯域に対応することができます。Taoglas社のHP5354.Aは、patch-within-a-patch構造を採用したマルチバンドGNSSアンテナです。 従来のマルチバンドアンテナは、特定の周波数に共振する金属板を用いたパッチアンテナ(マイクロストリップアンテナ)を積み重ねた構造になっていますが、HP5354.Aは大きなセラミックパッチアンテナの内部に、小型パッチアンテナを同心円状に配置した構造になっています。そのため、外側でL1帯を、内側でL5帯を受信することができます。 また、TFM.100Bは2段の低ノイズアンプを搭載したRFフロントエンドモジュールで、HP5354.A用に最適化されています。さらに、TFM.100BとHP5354.Aを搭載した評価ボードのAHPD5354Aが用意されており、GNSSの評価や量産品への組み込みなどに使用できます。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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