Влияние GSM-модема на GPS-антенну Опции

[Zayac]

Уважаемые знатоки, помогите разобраться. Есть прибор, имеющий в своем составе GSM-модем (Sierra Wireless Q2687), навигационный приемник и блютус-модуль. Назначение прибора - расширенный вариант отладочной платы для навигационного приемника, программа в модеме транслирует данные с приемника по TCP на удаленный сервер и одновременно по блютусу.
Проблема заключается во влиянии модема с поднятым соединением на размещенную на этой же плате навигационную антенну. Для антенны на плате предусмотрена площадка, так вот если антенна находится на этой площадке, то уровни сигналов спутников стабильно ниже на 3-5 дБ, чем если антенну вынести хотя бы на 20...30 см. от платы. Используется обычная активная автомобильная антенна (с магнитным креплением), на всей площади платы (в том числе и под антенной) земляной полигон. Уменьшение мощности блютуса до минимума ничего не дает, а вот при работе без GSM связи (без сим-карты) уменьшения уровней сигналов спутников почти не происходит.
Подскажите, на что стоит обратить внимание - дизайн платы, экранирование модема, помехи по питанию? Питаются модем и навигационный приемник от отдельных DC-DC преобразователей. Антенны GSM и блютус внешние, расположены рядом с платой, уровни сигналов спутников не уменьшаются даже если положить навигационную антенну непосредственно на антенну блютус или GSM. Может ли земляной полигон под навигационной антенной служить источником помех, например, при неправильном соединении земли модема и приемника?

[jack_avenger]

Вы уже нашли решение: вынести GSM антенну подальше. Не подходит?

[Zayac]

Вы уже нашли решение: вынести GSM антенну подальше. Не подходит?

Выносилась как раз навигационная антенна. Месторасположение GSM антенны практически никак не влияет на результат. Такое ощущение, что уровень сигнала уменьшается именно вследствие размещения антенны на земляном полигоне платы.
Вынос навигационной антенны - решение очевидное, но хотелось бы все иметь в едином модуле. Ведь работают те же сотовые телефоны с GPS в одном корпусе. Плюс ко всему хотелось бы понять причину такого поведения.

Сообщение отредактировал Zayac - Apr 2 2013, 19:40

[jack_avenger]

Я не очень силен в этом вопросе, но похожие проблемы на форуме обсуждались. Связано это как-то с входными цепями GPS, мощный сигнал с GSM модема негативно влияет на них в момент передачи данных в GSM сеть. В некоторых модемах даже есть выход предупреждающего сигнала, который активизируется перед тем как GSM модем собирается что-то передавать. Это выход как-то используют для оповещения GPS приемника, чтоб он приготовился к мощным помехам

[viakon]

Это обычная проблема в радиосвязи. Если приемная и передающая антенны близко расположены, то при передаче, чувствительность приемника резко падает. Лечится установкой полосовых фильтров (банок) или разносом антенн. Причем при близких частотах банки плохо помогают. В Вашем случае только вынос GPS антенны подальше. Видел еще совмещенные GPS/GSM антенны, в них видимо эта проблема как-то решена. По питанию помехи еще могут лезть.

[Zayac]

По питанию помехи еще могут лезть.

Как лучше побороть помехи по питанию? Блокировочные конденсаторы в цепях модема и приемника стоят.

[ArtemKAD]

Как лучше побороть помехи по питанию? Блокировочные конденсаторы в цепях модема и приемника стоят.

Там на тех частотах 90% влияет исключительно разводка платы.

Для антенны на плате предусмотрена площадка, так вот если антенна находится на этой площадке, то уровни сигналов спутников стабильно ниже на 3-5 дБ, чем если антенну вынести хотя бы на 20...30 см. от платы. Используется обычная активная автомобильная антенна (с магнитным креплением), на всей площади платы (в том числе и под антенной) земляной полигон.

Не ясно что значит "Используется обычная активная автомобильная антенна" ? Как эту активную антенну размещают на плате?
ЗЫ. Что за GPS-модуль?

[ViKo]

Мне кажется, что полигон под антенной ей вредит. Могу ошибаться.

[Zayac]

Там на тех частотах 90% влияет исключительно разводка платы.


Не ясно что значит "Используется обычная активная автомобильная антенна" ? Как эту активную антенну размещают на плате?
ЗЫ. Что за GPS-модуль?

Антенна вот такая:
http://www.taoglas.com/images/categories/AA.105.%20popup.jpg

На плате размещена с помощью двухстороннего скотча ))

Модуль эксперементальный, собственно для различных эксперементов с ним и проектировалось данное устройство. Зависит ли подверженность помехам от внутренних цепей модуля - полосового фильтра, МШУ, или же на это больше должен влять полосовой фильтр в антенне?

[viakon]

Там на тех частотах 90% влияет исключительно разводка платы.

Согласен полностью, сколько раз было макет доведешь до ума, плату изготовили, и все по новой.

Поставьте дроссель по питанию, хотя в Вашем случае скорее по земле прет помеха. Если вынос антенны помогает, то, как Вам правильно сказали, ловится помеха от земляного полигона.

[ArtemKAD]

Антенна вот такая:

Что с кабелем который идет от антенны?

[Zayac]

Что с кабелем который идет от антенны?

Кабель от антенны штатный, смотанный рядом с платой. Планировалось в дальнейшем его укоротить, но пока оставили как есть.

Подключил GPS-антенну к анализатору спектра (через разветвитель, для запитки антенны). Похоже, излучает земляной полигон. Виден постоянный повышенный уровень на 900 МГц, периодические всплески на 1800 МГц. Когда GPS антенна расположена на земляном полигоне платы, добавляются значительные по величине всплески в диапазоне 1500-1600 МГц, видимо они и влияют на работу приемника.
Почему может излучать земляной полигон? Это может быть из-за плохого согласования модема с антенной, или нужно как-то дополнительно экранировать модем?

[Aner]

А тут надо посмотреть, как у вас выполнен земляной полигон и пути протекания токов. Так же как выполнено согласование и для 900 и для 1800.

[Falkon_99]

На антенне GPS очень мощный магнит на пузе, может он влияет на модуль? Ведь это же внешняя антенна, зачем её в корпус к плате тулить, есть другие внутренние антенны...

Почему может излучать земляной полигон?

Это врятли!!! Излучает антенна, которая наводит токи в земляном проводнике

[Zayac]

На антенне GPS очень мощный магнит на пузе, может он влияет на модуль?

Прошу прощения, что ввел в заблуждение - антенна без магнита, сразу не посмотрел

А тут надо посмотреть, как у вас выполнен земляной полигон и пути протекания токов. Так же как выполнено согласование и для 900 и для 1800.

Какого-либо специального согласования модема и антенны не проводилось. На модеме есть UFL-коннектор, к нему подключен хвостик с разъемом, к нему - внешняя GSM антенна. Антенны пробовались разные, результат практически одинаков.
Земляной полигон тоже не представляет собой ничего особенного - вся свободная площадь верхнего слоя платы. Sierra Wireless не пишет никаких особенных требований по поводу земли: "Ground plane : Sierra Wireless recommends to have a common ground plane for analog / digital / RF grounds".
При просмотре на анализаторе спектра можно наблюдать, что наводки возрастают при нахождении антенны над земляным полигоном и непосредственно над модемом.
Модем допускает аж три способа подключения к нему антенны - через UFL-коннектор, подпаиванием к специальной площадке, спец. разъемом на плате. Не нужно ли как-то "выключать" неиспользуемые RF-выходы? В документации по этому поводу ничего нет.

[Aner]

Если задействован один из разъёмов, то предполагается что согласование сделано. Ничего в другие разъемы подключать не нужно. Это только ухудшит согласование.

Еще можете поискать такие ферритовые цилиндрики Ferrite beade, кторые надевают на кабель для предотвращения излучения оплетки. На многих стандартных кабелях ввиде бочёнка. Но вам нужен для вч кабеля. Такие тоже есть. Возможно установка его ближе к излучаемой антенне поможет вам.

[ArtemKAD]

Какого-либо специального согласования модема и антенны не проводилось. На модеме есть UFL-коннектор, к нему подключен хвостик с разъемом, к нему - внешняя GSM антенна. Антенны пробовались разные, результат практически одинаков.
Земляной полигон тоже не представляет собой ничего особенного - вся свободная площадь верхнего слоя платы. Sierra Wireless не пишет никаких особенных требований по поводу земли: "Ground plane : Sierra Wireless recommends to have a common ground plane for analog / digital / RF grounds".

Как много интересного Вам предстоит еще узнать о ЭМС....

При просмотре на анализаторе спектра можно наблюдать, что наводки возрастают при нахождении антенны над земляным полигоном и непосредственно над модемом.

Когда GPS антенна расположена на земляном полигоне платы, добавляются значительные по величине всплески в диапазоне 1500-1600 МГц, видимо они и влияют на работу приемника.

1500-1600 МГц это скорее всего результат прямой наводки на усилитель GPS-антенны мощного GSM-сигнала который после пары-тройки нелинейных эффектов на полупроводниковых переходах транзисторов вылез вот таким боком. Есть вероятность, что замена GPS-антенны на другой тип изменит и картину поведения...

[Zayac]

Как много интересного Вам предстоит еще узнать о ЭМС....


1500-1600 МГц это скорее всего результат прямой наводки на усилитель GPS-антенны мощного GSM-сигнала который после пары-тройки нелинейных эффектов на полупроводниковых переходах транзисторов вылез вот таким боком. Есть вероятность, что замена GPS-антенны на другой тип изменит и картину поведения...

Пробовали и другой тип. Картина поведения действительно меняется, но разве что в худшую сторону )) С антеннами разного типа изменяется величина выбросов.
Может, стоит тогда вообще попробовать пассивную антенну?
Я понимаю, что на таких частотах требуется принимать меры для согласования, но вот только какие? Ведь выпускаются же трекеры аналогичной конструкции с внутренними антеннами, как там добиваются нормальной работы?
Может, конечно, там просто глубоко не занимались данным вопросом - приемник работает и так, просто с вынесенной антенной результат заметно лучше.

[ArtemKAD]

Ведь выпускаются же трекеры аналогичной конструкции с внутренними антеннами, как там добиваются нормальной работы?

Там как минимум LNA внутри модуля, а GPS-антенна пассивная на которой нелинейных эффектов физически нет.

[Falkon_99]

думаю в Вашей конструкции поможет дополнительный металлический экран между платой и GPS антенной. Обязательное условие - это не подключать этот экран к земле на плате.

[vassabi]

думаю в Вашей конструкции поможет дополнительный металлический экран между платой и GPS антенной. Обязательное условие - это не подключать этот экран к земле на плате.

Наводка же идет по земле. К тому же не заземленный экран будет работать как ретранслятор

Сообщение отредактировал vassabi - Apr 5 2013, 20:16

[ArtemKAD]

Вряд-ли... Экран мог бы помочь только в составе антенны. При условии, что экранирует усилитель, а вход (фильтр сразу за антенной) и выход заходят через фильтры. Такая схема не самая оптимальная по Кш, но самая дуракоустойчивая по перекрестным помехам. Навешивать экран снаружи - конечно что-то может поменять, но по закону падающего бутерброда, не факт, что в лучшую сторону.

[Falkon_99]

ходим вокруг да около, хотьбы на фотке глянуть что там за махарайка... ))

Наводка же идет по земле. К тому же не заземленный экран будет работать как ретранслятор

стоит проверить)) самый простой вариант взять корпус металлический, поместить туда плату, а снаружи приклеить антенну, все компактно

а в экране наведется едс в том случае, если возникнет резонанс ,а металлических кожух будет резонировать разве что на коротких и длинных волнах (до 1 МГц)

[Telit]

какая бы конструкция антенного тракта не была, но 2 вата на передаче GSM слота все равно сделают свое дело.


поэтому у нормальных GSM модулей (например у Telit) на один из GPIO ног выведена индикация TX слота GSM.

чтобы можно было управлять через коммутатор антенным трактом навигационного премника на это время.

на навигационную часть это выключение не оказывает сильного влияния, но зато предотвращает уход в насыщение входного тракта GPS/GLONASS модулей.

[Zayac]

Всем спасибо, особенно ArtemKAD. Судя по всему, дело было действительно в нелинейных эффектах усилителя активной антенны. С пассивной антенной ухудшения приема при включении GSM передатчика не происходит. Правда, чувствительность приемника с пассивной антенной оставляет желать лучшего, но это уже другой вопрос.

Сообщение отредактировал Zayac - Apr 9 2013, 12:35

[CADiLO]

Для пассивной антенны обязательно делайте рекомендованый GroungPlane с размещением антенны по центру иначе получите падение характеристик. Так например Таoglas для своей керамики пишет следующее: 5dBi peak zenit gain (on 70mm*70mm ground-plane)

[Alechek]

CADiLO, если б все так было плохо, то не было бы тучи китайских навигаторов и трекеров с квадратной керамикой в качестве антенны.
Где ж взять этот план, если все изделие 35х70 габаритами (к примеру), да еще и деталек в нем немало?

[CADiLO]

Ну можно сделать двумя способами.

1. Правильно.
2. По китайски. Он же русский "авось" - экономим на всем, а потом удивляемся разным непоняткам.

[Zayac]

Кстати, испытали один из вариантов встраиваемой активной антенны - он показал вполне приемлимые результаты. Анализатором спектра видны всплески на 1800 МГц при работе GSM-передатчика, но всплесков в диапазоне 1600 в эти моменты не наблюдается. Усилитель антенны расположен снизу и имеет экранирование, видимо, это и спасает положение. Рассматриваем эту антенну (АСНП-2 от НИИ КП) как основной вариант.
При работе с этим приемником есть еще один момент, в отношении которого хотелось бы услышать совет от более опытных товарищей. Приемник выдает напряжение для питания антенны +2,7 В, в то время как вышеупомянутая АСНП-2 требует по документации от 3 до 5,5. Вопрос - сильно ли может сказываться такое уменьшение напряжения питания антенны на ее работе? И второй вопрос - насколько сложно организовать развязку антенны и приемника по постоянному току и запитать ее отдельно? На таких частотах конденсатора и дросселя, наверное, будет недостаточно? И наверняка потребуется хорошее экранирование данной развязки?

[Aner]

Хорошее согласование и экранирование данной развязки потребуется, поскольку используемые там усилители малошумящие и широкополосные. Еще многие исползуют ПАВ фильтры, иногда перед и после усилителя.

[Falkon_99]

все пассивные антенны - это просто кусок проволоки, например дорожка печатной платы. Можно исамому сделать на печатке

[ArtemKAD]

Можно исамому сделать на печатке

GPS-антенну "на печатке" с тем-же усилением сделать конечно можно. Вот только она станет раз 5-10 габаритней чем керамическая. Связано это прежде всего с диэлектрической проницаемостью той керамики и текстолита.

[Aner]

GPS-антенну "на печатке" с тем-же усилением сделать не очень то и получиться, из-за требования к диаграмме направленности и из-за температурных нестабильностей стеклотекстолита для узкого спектра GPSа, также из-за "шумности" стеклтекстолита.

все пассивные антенны - это просто кусок проволоки, например дорожка печатной платы. Можно исамому сделать на печатке

Для GSM еще как то можно сделать, для GPS проблемно.

[Falkon_99]

Почему, ведь частоты приблизительно одинаковые? GPS - это ~1.6ГГц, а GSM - 1.8 ГГц

__www.kosmodrom.com.ua/el.php?name=EB-240TD
Здесь сборка с пассивной антенной, сигнал на ней подается через какойто SMD элемент, вроде как конденсатор, Вопрос его обязательно ставить? и какого номинала?

[Aner]

Почему, ведь частоты приблизительно одинаковые? GPS - это ~1.6ГГц, а GSM - 1.8 ГГц

__www.kosmodrom.com.ua/el.php?name=EB-240TD
Здесь сборка с пассивной антенной, сигнал на ней подается через какойто SMD элемент, вроде как конденсатор, Вопрос его обязательно ставить? и какого номинала?

Так это и есть керамическая антенна. Причины постом выше написал. Близость частот не причем. Там SMD элемент, на фото, конденсатор или катушка - как элемент согласования. Ставить обязательно.