Filtres SAW pour antennes GPS:

Les filtres SAW sont un ajout clé à l'interface de radiofréquence des appareils GPS et permettent de s'assurer que, même si les récepteurs sont sensibles, ils peuvent conserver leur spécificité en séparant et en rejetant les signaux indésirables et les interférences. Ce court article explique ce que sont les filtres SAW et leur utilisation dans les appareils GPS.

La Data Alliance Antennes GPS tous comprennent un filtre SAW, y compris notre Antennes combinées GPS combinées qui sont des GPS combinés à LTE et/ou Wifi.

Qu'est-ce qu'un filtre SAW?

Les filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) sont des dispositifs électroniques spécialisés capables de filtrer les signaux de radiofréquence. Cela signifie qu'ils sont soit perméables, soit capables de bloquer les signaux RF d'une fréquence spécifique.

Les filtres SAW effectuent généralement leur action de filtrage en absorbant l'énergie des radiofréquences et en la convertissant en énergie acoustique ou mécanique à l'aide de matériaux piézoélectriques tels que le quartz, le niobate de lithium (LiNbO3) ou la tantalite de lithium (LiTaO3). L'échange d'énergie a lieu dans un composant appelé transducteur internumérique (IDT) qui contient un réseau d'électrodes qui convertissent l'électricité, générant des ondes acoustiques de surface. Ces ondes acoustiques de surface se propagent ensuite à travers le matériau piézoélectrique qui reconvertit l'énergie en énergie électrique pour la dispersion.

Les filtres SAW sont des unités compactes et économiques qui sont fabriquées pour une gamme d'applications. Les filtres SAW sont généralement utilisés pour les fréquences micro-ondes jusqu'à un maximum de 3 GHz, la sélectivité du filtre diminuant progressivement à des fréquences supérieures à 1,5 GHz. Un filtre SAW aura une fréquence centrale, mais son efficacité et sa spécificité peuvent être affectées par des conditions environnementales telles que la température. Les filtres non compensés en température (TC) connaissent souvent une augmentation de la fréquence centrale à des températures plus basses et une diminution de la fréquence centrale à des températures plus élevées.

Filtres SAW pour appareils et applications GPS:

Un filtre GPS est un type de filtre SAW qui est utilisé pour filtrer les signaux qui interfèrent avec le GPS, améliorant ainsi la réception et les performances globales d'un récepteur. Il s'agit généralement d'unités technologiques montées en surface et conçues pour ne passer qu'une fréquence spécifique (par exemple 1575 MHz L1).

Un filtre GPS SAW typique fournira une bande passante de 20 MHz autour de sa fréquence centrale, ce qui signifie qu'un filtre L1 qui a une fréquence centrale de 1575 MHz aura une bande passante de 1565 à 1585 MHz. Le filtre rejettera les interférences et les signaux indésirables à 10 dB à 1525 MHz et à 1625 MHz la réjection sera de 22 Db. Selon le fabricant, les pertes d'insertion et les pertes de retour d'un filtre GPS SMT peuvent être respectivement d'environ 0,9 dB et 14 dB.

Les récepteurs GNSS sont déjà capables de traiter les signaux reçus pour éliminer les éléments indésirables et amplifier les signaux satellitaires. Une partie du processus d'acquisition d'une « correction » GPS consiste à séparer le signal GPS d'un code présent dans la diffusion par satellite GPS.

Cependant, la présence d'interférences de fréquence radio entraîne un retard du Time To First Fix (TTFF). L'interaction du signal de diffusion GPS avec l'ionosphère et l'atmosphère qu'il traverse sur le chemin du récepteur peut produire des distorsions et des retards. Un filtre GPS sépare ces fréquences indésirables et rend le signal réel plus clair.

Les récepteurs GPS nécessitent de la spécificité ainsi que de la sensibilité.

Les récepteurs GPS doivent être sensibles car le signal GPS subit une atténuation significative  lorsqu'il se déplace vers la terre. Les amplificateurs à faible bruit (LNA) sont couramment utilisés avec les récepteurs GPS pour augmenter la réception du signal.

Cependant, cela rend les récepteurs vulnérables aux effets des interférences électromagnétiques provenant de diverses sources, ce qui peut nuire à la capacité de l'appareil à se verrouiller sur un signal clair. Les appareils multimodes dotés de nombreuses technologies sans fil fonctionnant simultanément peuvent subir un brouillage et le couplage des signaux cellulaires peut également être perturbateur.

Un filtre SAW, placé devant le LNA, aide à protéger contre les effets d'un tel bruit car il sera efficacement filtré et rejeté. Les filtres GPS SAW rendent un système GPS plus fiable, en particulier lorsque des interférences sont régulièrement rencontrées. Dans les zones urbaines, ou lorsqu'une antenne GPS est située à proximité d'antennes émettrices, elles sont particulièrement avantageuses. Ils nécessitent une installation compétente pour s'assurer que seule la fréquence centrale est autorisée.

Gestion des pertes d'insertion des filtres SAW.

La faiblesse des signaux GPS signifie que la perte d'insertion due à l'inclusion d'un filtre SAW sur la ligne RF du récepteur peut être importante. La décision d'inclure un filtre SAW doit équilibrer ces pertes d'insertion de la chaîne du récepteur avec le rejet des signaux hors bande qui peut être obtenu.

Le type de filtre SAW utilisé peut affecter les pertes d'insertion.

• Les filtres SAW avec transducteurs interdigitaux (IDT) ont des électrodes qui projettent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde acoustique de surface. Cette disposition géométrique est connue pour limiter les performances du filtre, notamment en limitant sa bande passante maximale. Le nombre de paires d'électrodes à doigts dans un IDT a une relation inverse avec la bande passante fractionnaire des filtres. Les filtres à bande passante plus grande auront peu de doigts IDT, mais cela conduit à la génération d'ondes massives et à une augmentation significative de la perte d'insertion du filtre.
• Les filtres SFIT (Slanted Finger Interdigital Transducer) sont un type de filtre SAW utilisé dans les applications GPS qui ont une perte d'insertion plus faible par rapport à la conception IDT conventionnelle. Ils ont une plus grande densité d'électrodes, en raison de leur orientation inclinée, ce qui signifie qu'ils peuvent également atteindre un petit facteur de forme.

Le type de matériau piézoélectrique et sa préparation peuvent également affecter les pertes d'insertion d'un filtre SAW.

La position d'un filtre SAW dans la ligne du récepteur affecte également les performances.

Les filtres SAW sont généralement utilisés en série avec un LNA. Le positionnement du filtre avant l'entrée LNA peut empêcher le LNA d'être saturé de signaux de brouillage haute puissance et d'améliorer sa sélectivité pour la fréquence cible. Les filtres GPS peuvent également être positionnés après le LNA pour supprimer les interférences électromagnétiques et les signaux indésirables qui peuvent se coupler à la ligne.

Protection supérieure pour les applications GPS critiques

Les filtres SAW sont une amélioration essentielle des récepteurs GPS utilisés dans les situations d'urgence où les performances des appareils GPS doivent être fiables et robustes. Il a été démontré que les filtres SAW sont plus performants que les filtres en céramique et les filtres LC, ce qui en fait un ajout régulier aux récepteurs GPS déployés dans des environnements difficiles.

Conclusion:

Les filtres SAW jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la fiabilité et de la précision des récepteurs GPS en filtrant les interférences tout en préservant les signaux satellites souhaités. Bien qu'ils introduisent une certaine perte d'insertion, leur capacité à protéger les systèmes GPS sensibles du bruit électromagnétique et du brouillage les rend indispensables, en particulier dans les appareils multimodes et les environnements difficiles. En améliorant la clarté du signal et en réduisant le temps de première réparation, les filtres SAW garantissent que les antennes GPS offrent des performances constantes et critiques.