Cables del sistema de posicionamiento global o  de antena GPS

Muchas antenas GPS tienen conectores SMA-macho o cables de antena a conectores SMA-macho

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Los cables del sistema de posicionamiento global o  de antena GPS son tramos de cable coaxial que se utilizan específicamente para conducir señales GPS desde una antena GPS a un receptor de radio GPS que fluye con una pérdida o cambio mínimos. Es un componente crítico para utilizar el sistema de radionavegación por satélite patentado que es creado y propiedad del Gobierno de los Estados Unidos y se puede utilizar para acceder a las funciones de localización, navegación y tiempo del sistema. Por lo tanto, el cable es necesario para la comunicación por satélite entre los segmentos espacial y de usuario del GPS. Los datos recibidos por la antena GPS se transmiten por el cable a un receptor GPS. Este dispositivo de navegación por satélite tiene las capacidades de software y los controladores para extraer los datos del sistema satelital y mostrarlos en un formato accesible.

Un cable GPS termina con una clase de conector de radiofrecuencia que es compatible con el conector de la antena y capaz de realizar una conexión mecánica y eléctrica competente. Los cables se pueden usar para conectar una antena GPS externa a un dispositivo GPS o una antena GPS interna dentro de un dispositivo. También pueden ser necesarios para la conexión de un amplificador de bajo ruido (LNA) como se explica a continuación.

El tipo de cable utilizado como cable GPS es crítico para el rendimiento del conjunto de cables, siendo preferibles tipos específicos de cable coaxial que se fabrican para que sean de baja pérdida. La naturaleza de la señal GPS, que se explora a continuación, significa que las longitudes de los cables GPS deben mantener la menor pérdida posible. Esto se logra de varias maneras, en particular duplicando el blindaje del cable coaxial y manteniendo la longitud del cable corta.

La selección de cables GPS que se proporciona aquí se fabrica con los más altos estándares de calidad y procedencia. Todos los materiales y la fabricación de nuestros cables GPS cumplen con la  legislación de restricción de sustancias peligrosas de la UE (RoHS) y la legislación sobre minerales de conflicto, como la Ley Dodd-Frank (2010) y el Reglamento de Minerales de Conflicto (2020).

Acerca del GPS

¿Qué es el GPS?

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS,  por sus siglas en inglés) es el primer y más importante sistema de radionavegación por satélite del mundo. Fue ideado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en la década de 1970 y fue un proyecto novedoso y ambicioso. Durante los siguientes 20 años, Estados Unidos lanzó y estableció una constelación de 24 satélites en órbita continua, que se ha expandido a más de 30 en los tiempos contemporáneos. La constelación de satélites GPS se utiliza para proporcionar geolocalización de precisión y datos cronológicos que pueden utilizarse tanto con fines militares como civiles. Esto se hace utilizando una transmisión continua por satélite desde los satélites en órbita. El acceso a la señal transmitida inicialmente estaba restringido al ejército de los EE. UU., pero desde el año 2000, está disponible para todos los que pueden adquirir y utilizar la señal con un dispositivo compatible que tenga una línea de visión sin obstrucciones con el cielo. El Gobierno de los Estados Unidos ha mantenido la posibilidad de que el GPS se degrade o suspenda selectivamente en cualquier momento.

Cómo funciona el GPS

El GPS utiliza 24 de los satélites en órbita, que se han colocado en una órbita terrestre media, de modo que un mínimo de 4 satélites serán visibles para los receptores desde cualquier punto de la Tierra. Cada satélite da la vuelta a la Tierra dos veces en 24 horas, viajando a velocidades de más de 8.000 millas (12.875 kilómetros) por hora. Cada satélite en órbita de la constelación transmite continuamente una señal que codifica datos específicos de tiempo y posición utilizando relojes atómicos sincronizados que están a bordo de los satélites. Estas transmisiones son monitoreadas y corregidas continuamente cuando es necesario por la Fuerza Espacial de los Estados Unidos a través de su extensa red de centros de comando y control. Los componentes clave de la señal GPS incluyen:

1. Un código de ruido pseudoaleatorio (PRN) es una secuencia binaria única que se utiliza para identificar el satélite transmisor. El PRN se selecciona para evitar interferencias entre múltiples señales de satélite GPS y funciona como un tipo de código de propagación que aumenta el ancho de banda de la señal GPS.
2. Los datos de efemérides proporcionan información sobre el estado de salud del satélite de radiodifusión, así como datos específicos sobre la precisión del satélite, el número de semana, la antigüedad de los datos transmitidos y la hora. Sigue siendo válido para fines de cómputo hasta dos horas desde su emisión, conocida como Tiempo de Efemérides (ToE).
3. Los datos del almanaque proporcionan datos complementarios de posición y ubicación que informan sobre la constelación en su conjunto. Estos datos son válidos hasta por 90 días y pueden ser utilizados por los receptores GPS para acortar el tiempo hasta la primera fijación.

La PRN es el componente de identificación con efemérides y datos de almanaque que proporciona la parte de radionavegación del mensaje de satélite. La descarga del mensaje completo puede tardar varios minutos, aunque los receptores pueden acortar este tiempo confiando únicamente en los datos de las efemérides. La señal de transmisión GPS es utilizada por los receptores GPS para capturar la hora de llegada (TOA) y la hora de vuelo (TOF). Conociendo la hora a la que llegó la señal y la posición, la dirección de desplazamiento y la velocidad de los satélites transmisores, se puede trazar el curso del satélite en relación con la posición del receptor en la Tierra.

Bandas de frecuencia utilizadas por el GPS

Las señales de satélite GPS son señales sub-2 GHz que utilizan una banda del espectro radioeléctrico conocida como banda L. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) ha designado la banda L, que abarca de 1 a 2 GHz y se utiliza principalmente para la comunicación aeroespacial y por satélite. Las señales de frecuencia de banda L son ventajosas, ya que son capaces de penetrar la ionosfera, las nubes atmosféricas, la niebla y la precipitación de manera eficiente sin la necesidad de una antena de haz difícil de manejar para recibir señales. Las principales frecuencias de banda L utilizadas por el GPS de acceso civil son:

• L1 opera a 1575,42 MHz y tiene 15,345 MHz de ancho.
• L2 funciona a 1227,60 MHz y tiene un ancho de canal de 11 MHz.
• L5 opera a 1176,45 MHz con un ancho de banda de 12,5 MHz.

Las frecuencias utilizadas son directamente proporcionales a la frecuencia predeterminada de la banda L del reloj atómico transportado por los satélites en órbita. Proporcionan un ancho de banda adecuado no solo para los datos del reloj, sino también para la codificación de los códigos PRN, los datos de efemérides y los datos del almanaque en la señal portadora. Dependiendo de la antena GPS utilizada, se pueden recibir una, dos o las tres frecuencias para una rápida adquisición de la señal y el menor tiempo posible para la primera fijación.

Cables de antenas GPS: puntos clave

La elección del cable de antena GPS es fundamental para el rendimiento de una antena y un receptor GPS debido a varias debilidades notables en un sistema que depende de recibir señales que tienen un origen extraterrestre. En el momento en que la señal GPS ha penetrado todas las capas de la atmósfera terrestre para llegar a un receptor, una proporción significativa de la energía electromagnética ha sido absorbida, lo que significa que la señal recibida ya está debilitada. Los principales desafíos encontrados con las señales GPS incluyen:

1. La interferencia multitrayecto del GPS es un problema común que prolongará el tiempo que tarda un dispositivo GPS en adquirirse una solución. Esta interferencia es causada por la reflexión y dispersión de la señal GPS de edificios, vegetación u otras estructuras naturales o hechas por el hombre. Esto conduce a la generación de múltiples versiones alternativas reflejadas de la señal que llegan a la antena receptora con retraso y pueden desvanecer o corromper la señal general, lo que lleva a errores de cálculo de posición.
2. El mal tiempo puede provocar el deterioro de la señal GPS, a pesar de su penetración fiable. El rendimiento de una antena GPS para exteriores puede verse comprometido por la acumulación de hielo y nieve, y las precipitaciones particularmente densas y la niebla densa pueden retrasar la adquisición de una señal y el tiempo hasta la primera fijación.
3. Las zonas urbanas tienen una línea de visión deficiente para las antenas GPS y los satélites objetivo debido a la densidad de edificios, lo que reduce la exposición a cielo abierto. La mala visibilidad significa que el dispositivo experimentará una deriva posicional y poca precisión. Las áreas construidas también causan más efectos de múltiples trayectos debido a la reflexión de la señal en materiales de construcción densos y superficies como el hormigón.
4. Los entornos interiores hacen que el GPS sea ineficaz, ya que están cerrados y no están expuestos a la señal del satélite. En el momento en que una señal penetra en un edificio, está tan atenuada que no podrá ser utilizada.

Los cables y antenas GPS de calidad son esenciales para que los dispositivos GPS funcionen correctamente

Estos desafíos significan que la antena receptora y el equipo de radio utilizados para el GPS deben ser eficientes en la adquisición y transmisión de la señal GPS. Además, se necesitará una batería o una alimentación de red óptima debido al consumo de energía requerido para los dispositivos GPS y el software front-end utilizado para el mapeo debe ser preciso. Un cable GPS de alta calidad es vital para mantener la pérdida de señal al mínimo absoluto para el correcto funcionamiento de este circuito de radiofrecuencia.

Las antenas utilizadas para GPS deben ser eficientes, antenas omnidireccionales  de impedancia de 50 ohmios  que tengan polarización circular dextrógira (RHCP) que coincida con la polarización de la señal GPS y permita que la antena reciba la señal en cualquier punto desde el cenit hasta el horizonte. Las antenas GPS suelen ser de alta ganancia, con límites legales especificados por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Cuando se combinan con líneas de transmisión de cable coaxial bien adaptadas, estas antenas convierten de manera eficiente al menos el 50% de la energía electromagnética que reciben en potencia radiada con una relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR) que se mantiene lo más baja posible.

El mejor cable coaxial para el montaje de cables GPS

• El mejor cable coaxial para GPS es un cable coaxial de baja pérdida que tiene una pérdida o atenuación de señal reducida  a lo largo de su longitud en las frecuencias de banda L utilizadas por GPS.

La estructura única del cable coaxial lo convierte en el medio más eficiente de transferir señales GPS desde la fuente hasta la terminación. Sus conductores duales exterior e interior protegen la energía electromagnética que viaja a lo largo de la línea de interferencias externas y mantienen la energía de radiofrecuencia transferida dentro de la línea. El tipo de cable coaxial seleccionado para su uso como cable de antena GPS determinará los conectores de radiofrecuencia necesarios y las especificaciones eléctricas para todo el conjunto deben coincidir con precisión para mantener las pérdidas o variaciones en el conjunto general lo más bajas posible.

Dentro del límite superior de frecuencia (la frecuencia de corte) de un cable GPS, las señales de radiofrecuencia viajan a lo largo de su longitud en modo de campo eléctrico y magnético transversal (TEM), con los campos eléctrico y magnético en ángulo recto entre sí y con el eje del cable. Los límites del cable estarán determinados por el diámetro del cable, con un cable de antena GPS de menor diámetro que tolera frecuencias más altas. Esto, sin embargo, debe equilibrarse con la atenuación experimentada a frecuencias más altas debido a la pérdida dieléctrica y el efecto piel.

Pérdida de señal GPS a través de cables de antena

La atenuación es la cantidad de energía de radiofrecuencia que se pierde a medida que una señal se transmite a lo largo de un tramo de cable. Las pérdidas suelen ser por disipación térmica, efecto piel, fugas por un mal blindaje del cable y pérdidas dieléctricas, así como una proporción de señal que puede reflejarse debido a discontinuidades en la línea. En frecuencias inferiores a 10 GHz, como las frecuencias de banda L utilizadas por el GPS, las pérdidas de los conductores son el principal contribuyente a las pérdidas de señal.

El blindaje es clave para el rendimiento del cable de antena GPS

El blindaje protege el cable de la antena GPS de las pérdidas radiativas que pueden comprometer la función del conjunto. Aunque una línea 100% blindada es difícil de lograr, un cable bien blindado mantendrá los campos electromagnéticos dentro del cable y mantendrá las pérdidas radiativas al mínimo. La fuga de energía de radiofrecuencia no solo disminuye la intensidad y la calidad de la señal, sino que también puede ser una fuente de interferencia. La combinación de una capa dieléctrica completamente cerrada, trenzado de cobre y capas de blindaje de lámina minimizará la penetración de energía electromagnética no deseada a través de las capas exteriores del cable y también el rechazo de la interferencia del entorno que rodea el cable. Los cables con buena eficacia de apantallamiento combinan mecanismos de apantallamiento (por ejemplo, una capa trenzada con un apantallamiento de lámina interior) para obtener la máxima cobertura contra la pérdida de señal.

Cable de antena GPS LMR 100

El cable coaxial de alta calidad LMR 100 o equivalente ofrece un rendimiento líder en el mercado para cables de antenas GPS. Este cable mini coaxial semiflexible es conocido por su excelente rendimiento y su excepcional baja pérdida y, por lo tanto, se usa de forma rutinaria en conjuntos de cables GPS. Las especificaciones físicas y eléctricas de este cable que se detallan a continuación respaldan su utilidad para la conectividad GPS.

Características físicas y especificaciones del cable de antena GPS LMR 100

LMR 100 tiene una estructura comparable a la mayoría de los cables coaxiales con características clave que mejoran su rendimiento como cable de baja pérdida. El diámetro del LMR 100 es de 0,11 pulgadas o (2,79 mm) y el cable es conocido por su flexibilidad, lo que significa que se puede enrutar fácilmente sin riesgo de daños. Este cable confiable también es resistente a la intemperie y a los rayos UV, con una longevidad que abarca décadas, lo que lo convierte en una buena opción para la instalación de antenas GPS.

Su conductor central de acero sólido revestido de cobre desnudo (BCCS) tiene una alta conductividad. Alrededor del conductor, un dieléctrico de polietileno (PE) mejora el rendimiento eléctrico del cable y sigue siendo resistente al agua y a los disolventes químicos. La capa dieléctrica está rodeada por cinta de aluminio sin ataduras y una trenza exterior de cobre estañado que está cubierta con una cubierta exterior de plástico que suele ser de PVC o polietileno.

La importancia del doble blindaje de los cables de las antenas GPS

El diseño de doble blindaje de este cable es una característica premium con la combinación de lámina y trenza especialmente ventajosa para reducir la pérdida de señal GPS, especialmente las pérdidas radiativas por el efecto de piel en el conductor central. Su eficacia de blindaje supera los 90 decibelios. La cinta de papel de aluminio mylar encierra completamente el dieléctrico confiriendo una cobertura del 100% que es resistente al agrietamiento cuando el cable está flexionado. El escudo trenzado de cobre estañado está fuertemente trenzado con al menos un 95% de cobertura. Esta trenza densa de calidad tiene un efecto de conexión a tierra beneficioso.

Especificación eléctrica del cable coaxial de la antena GPS LMR 100

Este cable coaxial de 50 ohmios ofrece un rendimiento robusto en las frecuencias de banda L con un límite de frecuencia de más de 60 GHz. Los materiales y la fabricación de este cable GPS lo hacen capaz de retener la corriente dentro del cable, lo que se refleja en su capacitancia de 30,8 pF/ft (100,1 pF/m). Tiene una inducción de 0,077uH/ft (0,25 uH/m). Esta es una medida de la tendencia del cable a soportar la corriente conducida y está relacionada con la impedancia del cable. Su núcleo BCCS es altamente conductor y la velocidad de propagación (Vp), expresada como porcentaje de la velocidad de la luz, es del 66%. Su núcleo de acero recubierto de cobre también puede tolerar voltajes de hasta 500 voltios.

Conectores clave utilizados en conjuntos de cables de antenas GPS

La elección del conector utilizado en el cable de la antena GPS también debe minimizar las pérdidas de señal, las reflexiones y la dispersión. En la realidad no existe un conector homogéneo perfectamente adaptado, pero hay muchas buenas opciones de conectores disponibles en cables de antena GPS premontados  que ofrecen un buen rendimiento. Todos los conectores coaxiales que se usan comúnmente tienen una impedancia de 50 ohmios con un rango de frecuencia que se adapta completamente a la conectividad de banda L. La mayoría de los conectores también mantienen el VSWR, la pérdida de inserción y la fuga de radiofrecuencia lo más bajos posible, al tiempo que proporcionan un alto número de ciclos de acoplamiento para la longevidad del conjunto. Se pueden utilizar conectores en miniatura o microminiatura para conectar una antena GPS directamente a una placa de circuito impreso a través de un adaptador de coleta microminiatura que se mantiene lo más corto posible.

Los conectores comunes utilizados en un conjunto de cable de antena GPS LMR 100 incluyen:

• SMA
• RP-SMA
• Tipo N
• BNC
• MMCX
• CNC

Preguntas frecuentes

¿Cómo instalo una antena GPS?

Tener cuidado de montar correctamente la antena y el cable GPS asegurará que funcione como debería. Estos son algunos pasos clave para instalar correctamente su antena GPS:

1. Cómo localizar correctamente una antena GPS

Para que las antenas GPS funcionen correctamente, requieren una exposición sin obstáculos al cielo abierto para que puedan ser visibles para tantos satélites como sea posible. Monte la antena lo más alto posible, en el techo de un edificio o automóvil, lejos de otras estructuras importantes que interfieran con la línea del horizonte. Se puede utilizar un sistema de montaje de poste o soporte adecuado para edificios y los soportes magnéticos o los sistemas de montaje de orificio pasante se utilizan comúnmente para vehículos. Al ubicar la antena, se deben evitar otras instalaciones de antena, así como entornos donde la antena o su cable puedan sumergirse en agua estancada o cubrirse de vegetación o nieve.

2. Conexión del cable GPS a la antena

El cable coaxial debe conectarse tanto a la antena como a otros productos auxiliares del GPS, incluidos los supresores de iluminación y los LNA.  Es posible que se necesiten varios  cables de antena GPS y adaptadores de conector adecuados para interiores y exteriores para los distintos componentes de radio. Las longitudes de los cables deben ser lo más cortas posible y, lo ideal es evitar los adaptadores, ya que aumentan las discontinuidades en la configuración. El cable de la antena se puede apoyar con colgadores de cable o instalarse en un conducto sellado que pueda acomodar sus conectores.

3. Evalúe el rendimiento del sistema GPS y ajuste la instalación si es necesario

Todos los componentes del conjunto pueden requerir un ajuste si el rendimiento de la instalación de la antena GPS es deficiente. Vuelva a colocar la antena y su soporte si es necesario. Ajustar la longitud del cable puede marcar una diferencia significativa en el rendimiento del sistema en general. Una vez que se alcanza el rendimiento óptimo de la antena GPS, el sistema se puede impermeabilizar adecuadamente con cinta de cable coaxial o grasa dieléctrica para sellar y proteger las conexiones expuestas.

¿Funcionan estos cables con otros sistemas de navegación por satélite?

Los cables de antena GPS disponibles anteriormente se pueden utilizar para el suministro competente de conectividad para cualquier Sistema Mundial de Navegación por Satélite (GNSS), incluidos:

• GLONASS (Rusia)
• BeiDou (China)
• Galileo (Unión Europea)
• Quasi-Zenith (Japón)

Todos estos sistemas alternativos de navegación por satélite funcionan de forma similar al GPS, pero difieren en el número de satélites y planos orbitales utilizados.

¿Se puede utilizar el RG 174 como cable GPS?

El RG 174 es un cable coaxial flexible de diámetro similar al LMR 100. Sin embargo, es diferente de los cables de tipo LMR 100, ya que solo tiene un solo blindaje, tiene un conductor interno trenzado y un límite de frecuencia más bajo. LMR 100 es una mejor opción para el cableado de antenas GPS, ya que tiene una atenuación más baja en dB/ft en todas las frecuencias.

¿Qué es un LNA?

Un amplificador de bajo ruido (LNA) es un dispositivo electrónico que se puede instalar en línea para amplificar señales GPS de muy baja potencia. Un amplificador genérico amplificará tanto la señal recibida como cualquier interferencia o ruido presente. Un amplificador de bajo ruido es capaz de eliminar el ruido de la señal, preservando una relación señal/ruido (SNR) óptima.

En conclusión

La selección de un cable GPS es fundamental para el rendimiento de una antena y un receptor GPS. Los cables de las antenas GPS deben elegirse por su calidad de blindaje, con un cable coaxial de doble blindaje como el LMR 100 que ofrece la menor pérdida de señal. Los conjuntos de cables de antena GPS cuentan con conectores robustos de alta calidad que resistirán ciclos de acoplamiento repetidos y condiciones exteriores.

APRENDE MÁS:

• Antenas GPS
• ¿Por qué es importante el cable de antena de doble blindaje?
• LMR 100
• Glosario de cables de antena

Divisor de señal (Splitter) GNSS

El divisor de señal (Splitter) GNSS de Data Alliance es la solución para dividir la señal de una antena GPS para dos receptores GPS.

Resuelve estos problemas:

• Una antena combinada no puede tener dos antenas internas GPS, porque ambas tendrían demasiada interferencia.
• Las antenas GPS no se pueden colocar demasiado juntas porque causan interferencias entre sí.

Podemos proporcionarlo con conectores SMA, por supuesto, o cualquier conector, en los cables divisores.

Especificaciones del artículo

• Rango de frecuencia del divisor  1535 ~ 1616MHz
• Banda de onda GPS L1/BRÚJULA B1/GLONASS G1
• Impedancia 50Ω
• Pérdida de inserción <1.5dB
• Valor de aislamiento ≥15dB
• V.S.W.R  <1.5
• Voltaje soportado: 18 V CC máx.
• Corriente soportada: 100 mA máx.
• Cable: LMR-100 equivalente (doble blindaje)
• Pérdida de inserción≈1,2 dB/m@1575MHz
• Conectores: SMA, FAKRA u otros
• Carcasa de plástico: ABS
• Temperatura de funcionamiento: -40 °C ~ + 85 °C
• Humedad relativa de hasta el 75%
• Vibración de 10 a 55 Hz con una amplitud de 1,5 mm 2 horas

Respetuoso con el medio ambiente Cumple con ROHS.