GPS 接收器测试
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。
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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:
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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:
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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:
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![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_4_5.jpg)
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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:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_4_7.jpg)
表3. RF 前端的首 2 组组件噪声系数与因子。
根据上列计算,即可找出接收器的整体噪声因子:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_4_8.jpg)
等式 7. RF 记录系统的串联噪声系数
若要将噪声因子转换为噪声系数 (单位为 dB),则可套用等式 3 以获得下列结果:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_4_9.jpg)
等式 8. 第一组 LNA 的噪声系数将影响接收器的噪声系数
如等式 8 所示,第一组 LNA (1.5 dB) 的噪声系数,将影响整组量测系统的噪声系数。透过 VSA 的相关设定,可让仪器的噪声水平 (Noise floor) 低于输入激发的噪声水平,因此用户所进行的记录作业,将仅对无线讯号造成 1.507 dB 的噪声。
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