GPS 接收器测试

作者：时间：2013-03-25 来源：网络收藏

当要记录任何无线讯号时，可将参考准位设定高出一般峰值功率至少 5 dB，以因应任何讯号强度的异常现象。在某些情况下，虽然上述此步骤将降低 VSA 的有效动态范围，但GPS讯号却不会受到影响。由于GPS讯号于天线输入的最大理想 SNR 即为 58 dB (-116 + 174)，因此若于 VSA 记录超过 58 dB 的动态范围将无任何意义。因此，我们甚至可以「抛弃」仪器的动态范围达 10 dB 以上，亦不会影响记录讯号的质量 (在此带宽中，PXI-5661 将提供优于 75 dB 的动态范围)。

由于必须设定合适的参考准位，适当设定记录装置的 RF 前端亦显得同样重要。如先前所提，若要获得最佳的 RF 记录数据，则建议使用主动式GPS天线。由于主动式天线内建 LNA，以低噪声系数提供最高 30 dB 的增益，因此亦可供应 DC 偏压。下方将接着说明多种偏压方式。

方法1: 以 GPS接收器进行供电的主动式天线

第一个方法，是以 DC 偏压「T」供电至主动式天线。在此范例中，我们将 DC 讯号 (此为 3.3 V) 套用至偏压「T」的DC 埠，且「T」又将合适的 DC 偏移套用至主动式天线。请注意，此处将根据主动式天线的 DC 功率需求，进而决定是否套用精确的 DC 电压。下图即说明相关连结情形。

图 7. 使用 DC 偏压「T」供电至主动式 GPS 天线

在图7 中可发现，PXI-4110 可程序化 DC 电源供应器，即可供应 DC 偏压讯号。虽然多款现成的电源供应器 (其中亦包含价位较低的电源供应器) 均可用于此应用中，我们还是使用 PXI-4110 以简化作业。同样的，现有常见的偏压器 (Bias tee) 可进行最高 1.58 GHz 的作业，而此处所使用的偏压器购自于 www.minicircuits.com.

方法 2：以接收器供电至主动式天线

供电至主动式 GPS 天线的第二个方法，即是透过天线本身的接收器。大多数的现成 GPS 接收器，均使用单一端口供电至主动式 GPS 天线，且此端口亦透过合适的 DC 讯号达到偏压。若将主动式 GPS 接收器整合分裂器 (Splitter) 与 DC 阻绝器 (Blocker)，即可供电至主动式 LNA，并仅记录 GPS 接收器所获得的讯号。下图即为正确的连结方式：

图 8. 透过 DC 阻绝器 (Blocker)，将可记录并分析 GPS 讯号

如图 8 所示，GPS 接收器的 DC 偏压即用以供电至 LNA。请注意，由于当进行记录时，即可观察接收器的相关特性，如速度与精确度衰减 (Dilution) 情形，因此方法 2 特别适用于驱动程序测试。

串联式 (Noise figure) 噪声系数计算

若要计算已记录 GPS 讯号的总噪声量，只要找出整体 RF 前端的噪声系数即可。就一般情况来说，整组系统的噪声系数，往往受到系统的第一组放大器所影响。在所有 RF 组件或系统中，噪声系数均可视为 SNRin 与 SNRout (参阅：量测技术的噪声系数) 的比例。当记录 GPS 讯号时，必须先找出整体 RF 前端的噪声系数。

当执行串联式噪声系数计算时，必须先行针对每笔噪声系数与增益，将之转换为线性等式;即所谓的「噪声因子 (Noise factor)」。当以串联的 RF 组件计算系统的噪声系数时，即可先找出系统的噪声因子，并接着转换为噪声系数。因此系统的噪声系数必须使用下列等式计算之：

等式 2. 串联式 RF 放大器的噪声系数计算作业 [3]

请注意，由于噪声因子 (nf) 与增益 (g) 属于线性关系而非对数 (Logarithmic) 关系，因此以小写表示之。下列即为增益与噪声系数，从线性转换为对数 (反之亦然) 的等式：

等式 3 到等式 6. 增益与噪声系数的线性/对数转换 [3]

内建低噪声放大器 (LNA) 的主动式 GPS 天线，一般均提供 30 dB 的增益，且其噪声系数约为 1.5 dB。在仪控记录作业的第二阶段，则由 NI PXI-5690 提供 30 dB 的附加增益。由于其噪声系数较高 (5 dB)，因此第二组放大器仅将产生极小的噪声至系统中。在教学实作中，可针对记录仪控作业的完整 RF 前端，使用等式 2 计算其噪声因子。增益与噪声系数值即如下图所示：