Antennenstrahlungsdiagramm
Das Strahlungsdiagramm einer GNSS-Antenne ist durch die Fähigkeit der Antenne definiert, Signalenergie in verschiedene Richtung abzustrahlen oder zu empfangen. Dieses Diagramm beeinflusst direkt die Signalqualität und die Positionierungsgenauigkeit. GNSS-Antennen sind so konstruiert, dass sie Signale von Satelliten am gesamten Himmel empfangen.
Erstens weist die ideale GNSS-Antenne ein omnidirektionales Strahlungsdiagramm in der Azimutebene auf. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Empfindlichkeit in allen horizontalen Richtungen. Sie verfügt zudem über ein halbkugelförmiges Diagramm in der Elevationsebene, um den sichtbaren Himmel abzudecken.
Der nächste Schritt besteht darin, dass die Antenne schwache Satellitensignale von hohen Elevationswinkeln bis zum Horizont empfängt. Daher muss sie eine starke Verstärkung zum Zenit hin aufweisen. Dies trägt dazu bei, die Signalstärke von Satelliten in einer direkten Position über dem Kopf zu maximieren. Es ist jedoch zu beachten, dass die Verstärkung bei niedrigeren Elevationswinkeln typischerweise abnimmt. Entwickler steuern diesen Kompromiss, um den Empfang unerwünschter Signale zu reduzieren. Bitte beachten Sie, dass von Gebäuden oder dem Boden reflektierte Signale Mehrwegfehler (Multipath) verursachen können. Antennen mit reduzierter Verstärkung am Horizont können dazu beitragen, diese Reflexionen auszublenden.
Zusätzlich spielt die Groundplane (Massefläche) der Antenne eine entscheidende Rolle. Diese hat einen erheblichen Einfluss auf das Strahlungsdiagramm, wodurch der nach unten gerichtete Signalempfang unterdrückt wird. Es hat sich gezeigt, dass eine gut gestaltete Groundplane die Symmetrie des Diagramms verbessert und Signalverzerrungen reduziert.
Darüber hinaus verwenden qualifizierte Fachleute häufig Choke-Ring- und Patch-Antennen in präzisen GNSS-Anwendungen. Diese Antennen bieten stabile Strahlungsdiagramme und reduzieren Mehrweginterferenzen. Tests zeigen, dass sie über verschiedene Elevationswinke hinweg eine konstante Verstärkung beibehalten. Es ist zwingend erforderlich, die Stabilität des Strahlungsdiagramms sicherzustellen, um präzise Phasenmessungen zu ermöglichen. Jede Verzerrung oder Asymmetrie kann zu einer Verzerrung (Bias) bei der Positionsschätzung führen. Daher verwenden hochpräzise GNSS-Empfänger kalibrierte Antennen mit bekannten Strahlungseigenschaften.
Anwendungen in der Praxis
In dynamischen Umgebungen ist die Konsistenz des Strahlungsdiagramms für eine zuverlässige Verfolgung unerlässlich. Beispielsweise bei UAVs oder mobilen Plattformen sind stabile Diagramme der Schlüssel zur Minimierung von Signalabbrüchen.
In der Vermessung und Geodäsie helfen Antennen mit stabilen Diagrammen dabei, zentimetergenaue Ergebnisse zu erzielen. UAVs benötigen Antennen, die Satelliten auch bei schnellen Kurven und Bewegungen weiter verfolgen. In der Landwirtschaft nutzen Maschinen Antennen mit großer Abdeckung, um auch nahe dem Horizont präzise zu bleiben.
Auf Schiffen reduzieren Antennen Signalreflexionen vom Wasser. Flugzeuge benötigen Antennen, die starke Signale von Satelliten direkt über ihnen empfangen.
Taktzentralen nutzen stabile Diagramme, um Telekommunikations- und Stromnetze synchron zu halten. Autonome Fahrzeuge setzen auf eine gleichmäßige Abdeckung, um Signalverluste in Städten zu vermeiden.
Militärische Systeme verwenden spezielle Antennendiagramme, um Störsignale (Jamming) zu unterdrücken und sich auf Satellitensignale zu konzentrieren. In all diesen Fällen trägt das Antennendiagramm dazu bei, Signale stark zu halten, Fehler zu reduzieren und die GNSS-Genauigkeit in verschiedenen Umgebungen zu verbessern.
