멀티 밴드 GNSS: L1 + L5가 중요한 이유와 안테나에 요구되는 조건
20년 동안 대중 시장의 측위는 곧 하나의 신호, GPS L1을 의미했습니다. 오늘날에는 저가형 수신기 칩셋이 네 개의 위성군에 걸쳐 두 개, 심지어 세 개의 주파수를 추적하며, 미터급 또는 그 이상의 정확도가 자산 추적기, 드론, 농업 기계, 배송 로봇에까지 도달하고 있습니다. 그러나 안테나는 여전히 아무것도 바뀌지 않은 것처럼 선택되는 경우가 많으며, 듀얼 밴드 수신기에 싱글 밴드 안테나를 사용하면 그 이점이 소리 없이 사라집니다.
신호
현재 네 개의 글로벌 위성군은 모두 L-밴드의 두 주요 영역, 즉 약 1560–1610 MHz의 상위 대역과 약 1165–1300 MHz의 하위 대역에서 개방형 민간 신호를 송출합니다.
| 대역 | 중심 주파수 | 위성군 / 신호 |
|---|---|---|
| 상위 L-밴드 | 1575.42 MHz | GPS L1, Galileo E1, BeiDou B1C |
| 상위 L-밴드 | 1561.098 MHz | BeiDou B1I |
| 상위 L-밴드 | 1598–1606 MHz | GLONASS L1 (FDMA) |
| 하위 L-밴드 | 1227.60 MHz | GPS L2 |
| 하위 L-밴드 | 1207.14 MHz | Galileo E5b, BeiDou B2b |
| 하위 L-밴드 | 1176.45 MHz | GPS L5, Galileo E5a, BeiDou B2a |
1575.42 MHz와 1176.45 MHz는 각각 GPS, Galileo, BeiDou가 공유한다는 점에 주목하십시오. 이것이 L1 + L5가 새로운 듀얼 밴드 설계의 표준 조합이 된 이유입니다. 두 개의 주파수로 세 위성군의 최신 신호를 한꺼번에 이용할 수 있습니다. L2는 측량 및 기존 전문가용 장비에서 여전히 중요합니다.
두 번째 주파수가 가져다주는 이점
- 전리층 보정. 전리층은 주파수에 따라 달라지는 양(1/f²에 비례)만큼 GNSS 신호를 지연시키며, 이는 일반적으로 단일 주파수 수신기에서 가장 큰 단일 오차 요인입니다. 같은 위성을 두 주파수에서 측정하면 수신기는 방송되는 모델에 의존하는 대신 1차 지연을 계산하여 제거할 수 있습니다.
- 향상된 다중 경로 내성. L5와 E5a는 L1 C/A 코드의 10배인 10.23 Mcps의 칩 속도를 사용합니다. 상관 피크가 더 날카로워 건물에서 반사된 신호와 직접 신호를 구분하기가 훨씬 쉬워지며, 이러한 반사는 도심에서 가장 지배적인 문제입니다.
- 더 강하고 보호받는 신호. L5는 L1 C/A보다 높은 전력으로 송신되며 항공 무선 항행용으로 지정된 대역에 있어 간섭으로부터 추가적인 보호를 받습니다.
- 더 빠르고 신뢰성 높은 고정밀 위치 해. RTK와 PPP에서 이중 주파수 측정은 반송파 위상 모호정수를 결정하는 데 필요한 시간을 크게 단축하고, 더 긴 기선에서도 해를 더욱 견고하게 만듭니다.
안테나에 요구되는 조건
상위 대역과 하위 대역은 약 400 MHz 떨어져 있습니다. 기존의 L1용 단일 급전 세라믹 패치는 사용 가능한 대역폭이 수십 MHz에 불과하므로 1176 MHz에서는 아예 응답하지 않습니다. 멀티 밴드 GNSS 안테나에는 다른 방사 구조(일반적으로 적층 패치, 다중 급전 광대역 패치 또는 헬리컬 소자)와 세심하게 설계된 액티브 단이 필요합니다. 멀티 밴드 안테나를 비교할 때는 다음 사항을 확인하시기 바랍니다.
- L1뿐 아니라 모든 대역에서의 이득. 하위 대역과 상위 대역에 대해 각각 명시된 천정 방향 이득(dBic)을 확인하십시오. 하위 대역이 다소 약한 것은 정상이지만, 반드시 명시되어 있어야 합니다.
- 편파와 축비. GNSS 신호는 우선회 원형 편파(RHCP)입니다. 반사되면 편파가 좌선회로 뒤집히므로, 원형 편파 특성이 좋은(축비가 낮은) 안테나는 설계상 반사 신호를 제거합니다. 이러한 다중 경로 제거 성능은 두 대역 모두에서 유지되어야 합니다.
- LNA 잡음 지수(NF)와 이득. 액티브 안테나에서는 첫 번째 증폭기가 수신 체인 전체의 잡음 지수를 대부분 결정하므로 낮을수록 좋습니다. LNA 이득(일반적으로 25–30 dB)은 수신기 입력에 과부하를 주지 않으면서 케이블 구간의 손실을 보상하기에 충분해야 합니다.
- 필터링과 대역 외 제거. 안테나가 셀룰러 모뎀 옆에 있으면 강한 LTE 송신 신호가 GNSS LNA의 감도를 떨어뜨릴 수 있습니다. 예를 들어 LTE Band 13 업링크(777–787 MHz)의 2차 고조파는 L1 바로 옆인 1554–1574 MHz에 떨어집니다. LNA 앞단의 우수한 전치 필터링이 있어야 트래커가 송신 중에도 계속 동작합니다.
- 위상 중심 안정성. RTK급 작업에서는 안테나가 신호를 수신하는 것으로 보이는 지점이 고도각, 방위각, 주파수에 걸쳐 안정적으로 유지되어야 합니다. 미터급 추적에서는 그 중요도가 훨씬 낮습니다.
- 접지면과 장착 방식. 패치 안테나는 특정 접지면을 염두에 두고 튜닝됩니다. 금속 표면에 마그네틱 마운트 또는 나사 고정식으로 장착하면 일반적으로 하늘 방향 이득이 향상되고 아래쪽에서 오는 반사 신호의 수신이 줄어듭니다. 안테나는 다른 송신 안테나에서 떨어진, 하늘이 탁 트인 곳에 설치하십시오.
멀티 밴드가 필요합니까?
| 적용 분야 | 일반적인 요구 사항 | 권장 사항 |
|---|---|---|
| 기본 자산 추적 또는 차량 추적, 타이밍 | 수 미터 | 싱글 밴드 L1 다중 위성군 방식이면 대개 충분하며 비용도 가장 낮습니다. |
| 도심 추적, 마이크로모빌리티, 차로 수준 내비게이션 | 약 1미터, 고층 건물 사이에서도 견고한 성능 | L1 + L5는 다중 경로 내성을 통해 뚜렷한 이점을 제공합니다. |
| 드론, 정밀 농업, 기계 제어, 측량 | 데시미터~센티미터(RTK / PPP) | 축비가 낮고 위상 중심이 안정적인 안테나를 갖춘 멀티 밴드(L1 + L2 및/또는 L5). |
어느 쪽을 선택하든 안테나와 수신기는 서로 맞아야 합니다. 멀티 밴드 수신기를 L1 전용 안테나에 연결하면 L1 전용 수신기처럼 동작합니다.
당사 제품군
- GNB-55 – GPS L1 / L2 / L5, BeiDou B1 및 GLONASS L1을 지원하며 LNA와 필터를 내장한 고감도 로우 프로파일(저상형) 액티브 안테나
- 모든 GNSS / GPS 안테나
- 콤보 안테나 – GNSS와 LTE / 5G, Wi-Fi를 하나의 하우징에 통합
- GNSS 기초 지식: 글로벌 측위 시스템에 대한 일반 상식
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