GPS接收机射频前端测试的原理和方法

近年来，GPS（全球定位系统）已用于中国的军事，交通，邮电，地质，采矿，煤炭，石油，建筑和农业，时间测量和计时，物理勘探，姿态测定等领域已被广泛使用. 其应用的物质基础是各种类型的GPS. 其应用的物质基础是各种类型的GPS

粗略统计. 目前，中国在各个领域拥有数百万种不同类型的GPS，其中大多数是从国，镜像频率抑制，1dB压缩点和相位噪声，都直接影响接收机的性能. 因此，准确测量射频指数对于精确估计GPS接收机的性能非常重要. 要拥有具有独立知识产权的，必须有一套完整有效的射频模块索引测试方法.

GPS信号测试的基本要求

GPS信号通常使用两个RF频段: 一个RF频段为1575.42MHz（L1频段），另一个RF频段为1227.6MHz（L2频段）. 通常，商用GPS使用的频带是L1频带. 接收的最小信号功率为-133dBm至-130dBm. 该信号非常微弱，并淹没在噪声中. 用于测量GPS RF模块的仪器，设备和附件必须具有比卫星信号频率高五倍的可用频率，才能满足最基本的谐波失真测量要求. 对于测量中使用的同轴电缆，连接器和负载，所有特性阻抗必须为50Ω才能很好地匹配. 同时，除了良好的阻抗匹配外，其辅助测试工具还必须易于校正，误差小，易于连接，高度可靠且可重复. 定期校准测试设备也很重要，在校准过程中必须将所有电缆，连接器，衰减器和其他附件连接在一起并进行测量.

GPS射频指示器的测试方法

GPS射频部分有很多测试方案，其中更重要的指标是: 增益，可控制增益范围，输入压缩点，噪声系数，镜像频率抑制，本地振荡器到信号隔离，本地振荡器相位噪声等.

增益测量

GPS RF前端的增益是指输入到ADC的信号与GPS天线接收到的信号相比的放大程度. GPSRF前端的增益通常约为110dB. 增益可以使用频谱进行测量.

可以通过使用矢量网络测量S21来获得低噪声放大器，混频器和其他组件的增益. 注意端口的50Ω匹配. 连接如图2所示.

两个系统性能参数反映了接收机的线性度，三阶互调点和1dB压缩点. 三阶互调特性会将相邻信道信号的互调项混合到有用信号中，从而导致信号质量下降. 但是，对于GPS，该频带中只有一个信道，并且没有强的相邻信道干扰信号. 因此，主要从1dB的压缩性能来考虑系统的线性度. 随着输入功率的增加，实际放大器的输出功率无法始终保持线性比例放大gps接收机基本工作原理，并且将始终达到饱和. 当放大器的增益从线性理想值减小1 dB时，输入功率称为输入1 dB压缩点. （请参见图3）. 如图1所示连接后，使用信号发生器进行功率扫描以找到输入的1dB压缩点.

2.2噪声系数

GPS接收机的RF前端内部也会产生噪声. 它由噪声系数表示. 值越小越好.

Si和Ni是输入信号和输入噪声，So和No是输出信号和输出噪声.

在GPS接收机的前级使用的低噪声放大器（LNA）的噪声系数特别重要. 如果噪声系数太大，将影响GPS接收机的系统灵敏度. 有两种常用的测量噪声系数的方法: 使用噪声系数测试仪的直接测量和增益方法. 噪声系数测试仪的直接测量图如图4所示.

使用噪声系数是测量噪声系数的最直接方法. 结果也是最准确的. 可以同时显示增益和噪声系数. 但是，具有频率限制，并且在测量非常高的噪声系数（例如，噪声系数超过10dB）时，测量结果将非常不准确.

增益方法基于噪声系数的定义. 噪声是由两个因素引起的. 一种是到达射频系统输入的干扰，它与所需的有用信号不同. 第二是由于RF系统载波的随机扰动. 第二种情况是布朗运动的结果，该运动适用于任何电子设备中的热平衡. 该设备的可用噪声功率为: PNA =kTΔF，ΔF=噪声带宽（Hz）. 在室温（290ΔK）下，噪声功率谱密度PNAD = -174dBm / Hz.

所以我们有以下公式:

NF = PNOUT-（-174dBm / Hz + 20 * log10（BW）+增益）

在公式中，PNOUT是测得的总输出噪声功率，-174dBm / Hz是在290°K时环境噪声的功率谱密度. BW是感兴趣的频率带宽. 增益是系统的增益. NF是DUT的噪声系数. 为了简化公式，我们可以直接测量输出噪声功率谱密度（dBm / Hz），则公式变为:

NF = PNOUTD + 174dBm / Hz增益

所以我们可以通过再次测量增益来计算噪声系数.

镜像抑制

镜像信号的存在会影响信号的信噪比. 为了抑制这种影响，必须具有一定的镜像抑制率. 即，在混频器之前将图像位置处的信号抑制到一定程度，以减小在频带中混合的信号对中频信号的影响. 测量图像抑制所需的仪器包括信号发生器，衰减器和频谱. 信号发生器生成一定功率的图像信号，通过固定的衰减器将其发送到GPS的RF输入，然后使用频谱查看混频器前面的图像信号的功率.

2.4 LO到RF隔离

的频率端口之间的隔离包括三项: 信号与本地振荡器之间的隔离，信号与中频之间的隔离以及本地振荡器与中频之间的隔离. 隔离度定义为本地振荡器或泄漏到其他端口的信号的功率与原始功率之比gps接收机基本工作原理，以dB为单位. 在GPS接收机中，更重要的指标是射频之间的隔离. 当从本地振荡器到RF信号的隔离度不好时，本地振荡器的功率可能会从信号端向后辐射或从天线反向发射，从而导致电气设备的干扰. 另一方面，对于具有直接下变频结构的GPS，它也会引起自混合，从而引起诸如直流偏移之类的问题. 测量本地振荡器和RF之间的隔离度的连接方法请参见图6.

在GPS RF模块的本地端添加一个信号发生器. 衰减器可以确保50Ω阻抗匹配. 在RF端添加频谱分析结果. 未使用的IF端应连接到50Ω匹配负载. 测量其他隔离度，测量方法完全相似.

2.5 LO相位噪声

频率合成器提供的本地振荡器信号的相位噪声太大，这将降低GPS RF前端的信噪比，从而影响GPS接收灵敏度. 本地振荡器的相位噪声表示为:

L（f）= Pn（f）/ Pc（dBc / Hz）

其中，L（f）为单边带相位噪声频谱密度，单位为dBc / Hz； Pn（f）是单边带功率，其带宽为1Hz，与载波频率f偏离，以dBm为单位； Pc是载波功率，单位为dBm.

可以使用频谱直接测量本地振荡器的相位噪声. 为了进行准确的测量，必须根据测得的相位噪声载波频率偏移来正确选择频谱的SPAN和RBWS值. 因为这两个值决定了频谱内部IF滤波器的带宽，所以如果带宽太大，则被测相位噪声将被淹没在滤波器裙边之下，这将导致测量结果不正确. 参见图7.

某些新型频谱现在提供了基于频率偏移自动选择合适的SPAN和RBWS值的选项，从而帮助我们更准确地测量相位噪声. 例如，安捷伦PSA系列具有以下选项以帮助优化测量.

针对距载波小于50kHz的频率偏移优化相位噪声（用于测量小于50kHz的频率的相位噪声）.

针对距载波50kHz的频率偏移优化相位噪声（用于测量大于50kHz的频率的相位噪声）.

优化本振以进行快速调谐（用于测量2MHz以上频率的相位噪声）.

3. 摘要

GPS行业的发展和重要性日益提高，其产品的开发也变得越来越重要. 结果，对GPS接收机的测试要求越来越高，以便发现产品中的问题并准确地估计产品的性能. 但是，射频测试技术在中国起步较晚. 可靠耐用的RF测试仪器和辅助工具的供应商来自美国和日本等先进的高科技国家，因此不利于测试技术的创新和发展.

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