Groundplane und Mehrwegeempfang

Die Bedeutung von Bodenstationen zur Verbesserung des GNSS-Empfangs und der Genauigkeit

Wie Signalreflexionen den GNSS-Empfang beeinflussen und welche Rolle Bodenflächen bei der Verbesserung der Genauigkeit spielen
Eine der größten Herausforderungen beim Empfang von GNSS-Signalen (Globales Navigationssatellitensystem) ist die Signalreflexion, auch bekannt als Mehrwegeausbreitung. Diese tritt auf, wenn Satellitensignale von Hindernissen wie Gebäuden, Bäumen, Personen und dem Boden reflektiert werden, bevor sie die Antenne erreichen. Dadurch empfängt die Antenne mehrere Signale: ein direktes Signal vom Satelliten und weitere, die von verschiedenen Oberflächen wie Gebäuden oder dem Boden reflektiert werden. Diese Reflexionen verzerren das Signal und verringern die Empfangsgenauigkeit.

Signalreflexionen und deren Auswirkungen auf den GNSS-Empfang verstehen

Die stärksten Signalreflexionen entstehen typischerweise vom Boden unterhalb der Antenne. Um dieses Problem zu beheben, entwickelten Ingenieure eine Lösung namens „Groundplane“. Eine Groundplane verhindert, dass Signale der unteren Hemisphäre (Boden und umgebende Reflexionen) die Antenne erreichen. In ihrer einfachsten Form kann eine Groundplane eine ebene Fläche, wie beispielsweise eine CD, sein, in deren Mitte die Antenne platziert wird. Fortgeschrittenere Konstruktionen verwenden Ringantennen , die aus mehreren konzentrischen Ringen um die Antenne bestehen.

Groundplane-Lösungen: Von einfachen CD-Scheiben bis hin zu fortschrittlichen Drosselringantennen

Eine gut konstruierte Drosselringantenne mit einem Gewicht von etwa 7,5 Kilogramm kann mehrere tausend Dollar kosten. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen können jedoch preiswerte Masseflächen, wie beispielsweise alte CD-Schallplatten, den Signalempfang deutlich verbessern.

Die ideale Größe einer Grundfläche für GNSS-Patchantennen

Wird beispielsweise ein Satellitenkompass zur Messung der Vektoren zwischen zwei Antennen verwendet, führt die Platzierung der Antennen nur wenige Zentimeter über einem Autodach (das als Signalreflektor wirkt) zu ungenauen Messungen. Auf dem Foto mit dem Titel „ Das funktioniert nicht “ verursacht diese Anordnung Signalschwankungen von bis zu 1–2 Zentimetern anstelle der erforderlichen Genauigkeit von 5 mm RMS (Effektivwert). Werden die Antennen jedoch auf einer geeigneten Grundfläche, wie beispielsweise einer CD, platziert, verbessert sich die Genauigkeit drastisch. Dies wird auf dem Foto mit dem Titel „ Das funktioniert “ veranschaulicht. Es gibt Diskussionen über die ideale Größe einer Grundfläche für Patchantennen. Einige Experten empfehlen, dass die Grundfläche etwas größer als die halbe Wellenlänge sein sollte, also etwa 10 Zentimeter für L1- und 13 Zentimeter für L2-Frequenzen. Weitere Details hierzu finden sich im Dokument „GNSS-Antennas_AppNote_UBX“. Es ist wichtig zu beachten, dass Patchantennen ohne Grundfläche im Allgemeinen eine schlechte Leistung erbringen. Im Gegensatz dazu reagieren andere Antennentypen weniger empfindlich auf das Fehlen einer Grundfläche.

© Eltehs SIA 2023