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GPS 接收器測試

作者: 時間:2013-03-25 來源:網絡 收藏

當要記錄任何無線訊號時,可將參考準位設定高出一般峰值功率至少 5 dB,以因應任何訊號強度的異常現象。在某些情況下,雖然上述此步驟將降低 VSA 的有效動態(tài)范圍,但 訊號卻不會受到影響。由于 訊號于天線輸入的最大理想 SNR 即為 58 dB (-116 + 174),因此若于 VSA 記錄超過 58 dB 的動態(tài)范圍將無任何意義。因此,我們甚至可以「拋棄」儀器的動態(tài)范圍達 10 dB 以上,亦不會影響記錄訊號的質量 (在此帶寬中,PXI-5661 將提供優(yōu)于 75 dB 的動態(tài)范圍)。

由于必須設定合適的參考準位,適當設定記錄裝置的 RF 前端亦顯得同樣重要。如先前所提,若要獲得最佳的 RF 記錄數據,則建議使用主動式 天線。由于主動式天線內建 LNA,以低噪聲系數提供最高 30 dB 的增益,因此亦可供應 DC 偏壓。下方將接著說明多種偏壓方式。

方法1: 以 GPS 進行供電的主動式天線

第一個方法,是以 DC 偏壓「T」供電至主動式天線。在此范例中,我們將 DC 訊號 (此為 3.3 V) 套用至偏壓「T」的DC 埠,且「T」又將合適的 DC 偏移套用至主動式天線。請注意,此處將根據主動式天線的 DC 功率需求,進而決定是否套用精確的 DC 電壓。下圖即說明相關連結情形。

圖 7. 使用 DC 偏壓「T」供電至主動式 GPS 天線

在圖7 中可發(fā)現,PXI-4110 可程序化 DC 電源供應器,即可供應 DC 偏壓訊號。雖然多款現成的電源供應器 (其中亦包含價位較低的電源供應器) 均可用于此應用中,我們還是使用 PXI-4110 以簡化作業(yè)。同樣的,現有常見的偏壓器 (Bias tee) 可進行最高 1.58 GHz 的作業(yè),而此處所使用的偏壓器購自于 www.minicircuits.com.

方法 2:以供電至主動式天線

供電至主動式 GPS 天線的第二個方法,即是透過天線本身的。大多數的現成 GPS 接收器,均使用單一端口供電至主動式 GPS 天線,且此端口亦透過合適的 DC 訊號達到偏壓。若將主動式 GPS 接收器整合分裂器 (Splitter) 與 DC 阻絕器 (Blocker),即可供電至主動式 LNA,并僅記錄 GPS 接收器所獲得的訊號。下圖即為正確的連結方式:

圖 8. 透過 DC 阻絕器 (Blocker),將可記錄并分析 GPS 訊號

如圖 8 所示,GPS 接收器的 DC 偏壓即用以供電至 LNA。請注意,由于當進行記錄時,即可觀察接收器的相關特性,如速度與精確度衰減 (Dilution) 情形,因此方法 2 特別適用于驅動程序。

串聯式 (Noise figure) 噪聲系數計算

若要計算已記錄 GPS 訊號的總噪聲量,只要找出整體 RF 前端的噪聲系數即可。就一般情況來說,整組系統(tǒng)的噪聲系數,往往受到系統(tǒng)的第一組放大器所影響。在所有 RF 組件或系統(tǒng)中,噪聲系數均可視為 SNRin 與 SNRout (參閱:量測技術的噪聲系數) 的比例。當記錄 GPS 訊號時,必須先找出整體 RF 前端的噪聲系數。

當執(zhí)行串聯式噪聲系數計算時,必須先行針對每筆噪聲系數與增益,將之轉換為線性等式;即所謂的「噪聲因子 (Noise factor)」。當以串聯的 RF 組件計算系統(tǒng)的噪聲系數時,即可先找出系統(tǒng)的噪聲因子,并接著轉換為噪聲系數。因此系統(tǒng)的噪聲系數必須使用下列等式計算之:

等式 2. 串聯式 RF 放大器的噪聲系數計算作業(yè) [3]

請注意,由于噪聲因子 (nf) 與增益 (g) 屬于線性關系而非對數 (Logarithmic) 關系,因此以小寫表示之。下列即為增益與噪聲系數,從線性轉換為對數 (反之亦然) 的等式:

等式 3 到等式 6. 增益與噪聲系數的線性/對數轉換 [3]

內建低噪聲放大器 (LNA) 的主動式 GPS 天線,一般均提供 30 dB 的增益,且其噪聲系數約為 1.5 dB。在儀控記錄作業(yè)的第二階段,則由 NI PXI-5690 提供 30 dB 的附加增益。由于其噪聲系數較高 (5 dB),因此第二組放大器僅將產生極小的噪聲至系統(tǒng)中。在教學實作中,可針對記錄儀控作業(yè)的完整 RF 前端,使用等式 2 計算其噪聲因子。增益與噪聲系數值即如下圖所示:


表3. RF 前端的首 2 組組件噪聲系數與因子。

根據上列計算,即可找出接收器的整體噪聲因子:

等式 7. RF 記錄系統(tǒng)的串聯噪聲系數

若要將噪聲因子轉換為噪聲系數 (單位為 dB),則可套用等式 3 以獲得下列結果:

等式 8. 第一組 LNA 的噪聲系數將影響接收器的噪聲系數

如等式 8 所示,第一組 LNA (1.5 dB) 的噪聲系數,將影響整組量測系統(tǒng)的噪聲系數。透過 VSA 的相關設定,可讓儀器的噪聲水平 (Noise floor) 低于輸入激發(fā)的噪聲水平,因此用戶所進行的記錄作業(yè),將僅對無線訊號造成 1.507 dB 的噪聲。

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關鍵詞: 測試 接收器 GPS

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