如何测试GPS天线是否匹配达到最佳效果？

Arm720 · 发表于 2006-3-26 13:01:00

一直不明白为什么加了不平衡变换器就能匹配GPS的外接天线？
另外，如何知道和测试GPS天线匹配已经达到最佳状态，在PCB布局方面需要注意哪些些什么？多谢！

wjljmuxmcn · 发表于 2006-3-28 10:15:00

我是觉得不管是GPS天线还是蓝牙天线，没有使用不平衡器是杂音比较多，这个跟匹配没有直接的关系，匹配是靠天线后端的MATCHING电路来调整的。有些厂家为了节约成本就将BALUN去掉了（一般常见的是在那些单声的蓝牙耳机上，做国内市场大家拼成本）一个BALUN就0.06USD，其实你从芯片及晶体去降价格都可以了，没有必要因为这个器件而把产品搞砸了。[br]+3 RD币

wjljmuxmcn · 发表于 2006-3-28 10:21:00

另外关于GPS天线效果一般是以能接收到多少卫星数量来确定的（当然跟你的产品所处的环境有很大的关系，空旷场地上接收效果较好）。如果外接天线的话，它的接收效果垂直分量比较好，其他分量差，对PCB布板的要求倒不是太严格，反而陶瓷天线需要多注意，它需要留净空区，同时需要注意周围器件的影响。具体各个厂家的不一样，要咨询不同厂家。陶瓷天线是立体接收，各个分量都差不多。

Arm720 · 发表于 2006-3-28 11:13:00

非常感谢楼上兄弟的回复，对陶瓷天线的认识又进了一步，但是关于匹配比较晕。我的标题有点不恰当，应该是分两个部分，蓝牙和GPS的匹配。 一般情况下蓝牙天线信号的过程是滤波器，不平衡变压器，LNA（器件集成）问题1：这个匹配过程不知是如何分析的？GPS天线信号的过程为LNA（调试过程比较复杂），滤波器， GPS芯片？问题2：匹配的主要工作的NF设计，增益确定，然后确定匹配电路的参数，在实际电路中是如何测量的？问题3：匹配是为了解决传输线的反射而消耗功率，但是如果传输线近似为0，那么匹配就是为了获得最大传输功率而进行的阻抗匹配。问题就是实际上匹配包含传输线匹配和阻抗匹配，不知我的理解是否正确？问题4：SAW放在LNA的前面好还是后面好，还是与具体的天线接收信号强度有一定的关系? 我看蓝牙是在前面，GPS是在后面。[br]+3 RD币

abraham1976 · 发表于 2006-3-29 00:15:00

第一個問題我比較不清楚,因為沒做過藍芽,不過第二點量測NF,你首先要有Noise Figure meter,如果沒有就要請廠商提供Load pull data,做matching之用,load pull data其實就是在smith-chart上畫上gain circle跟NF circle,並且標示出不穩定圓的範圍,所以使用這個來matching電路也是可以的,問題三,第一句沒有問題,第二句有一些語病,因為你所謂趨近0歐姆是指哪方面,是傳輸線走1/4 wavelength後open的情況還是本身其特性阻抗趨近0,這點要釐清,另外阻抗匹配是指兩者之間看你是要用天線去匹配傳輸線,還是要傳輸線去匹配天線,不會兩者同時匹配,問題四,假如是GPS的話SAW需要擺在LNA後面,原因是GPS接收的功率已經很小,通常都是-100 dBm以下,甚至到-150 dBm都有機會,如果再加上SAW 1~2dB損耗,你想想接收功率到LNA會是多少,不過LNA Gain也不能放太大,因為會飽和,主要是GPS chip內都有接近60dB 的多級放大,因此在輸入前必須要把雜訊濾乾淨.[br]+3 RD币

wjljmuxmcn · 发表于 2006-3-29 10:15:00

第一个问题，我不是太清楚，一般是天线厂家经过仪器测试的，具体不是太清楚如何进行（你可交由厂家去完成）；第四个问题SAW对于GPS有前端跟后端两个器件，如果使用外接GPS天线一般是用后端的，如果使用陶瓷GPS天线需要前后端一起用效果会好很多，具体我不是太清楚原理，实际经验是这样的。[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-3-30 00:54:00

两位大侠的经验使我对匹配的认识又近了一步，非常感谢！abraham1976大侠说明了天线和传输线的匹配关系取其一，而且这种匹配是一定要的，而且传输线的长度不能为0，阻抗也不能为0。（应该是可以这么理解吧）经过这几天的了解，还有就是为什么要使用1/4 Wavelength的原因有两个方面:（供讨论）1）用1/2 Wavelength，阻抗就和天线完全匹配了，会引起和LNA输入阻抗不匹配。（这一点看《射频电路设计－理论与应用》能了解）2）用1/4 Wavelength，能实现天馈和LNA的输入阻抗匹配，得到最到接收功率。（一般不这么做，见第3点）3）天馈匹配和噪声系数(NF)的匹配不能兼得，一般情况下是折中考虑，对于第一级LNA，在增益可接受的情况下，以NF为主要考虑因数。关于NF的匹配，小弟还需要继续充电，有问题后面再请教，先谢过！wjljmuxmcn大侠说明了陶瓷天线很敏感，而且对于GPS，加两个SAW效果会改善，这是个有趣的现象。能否说明一下下面几种天线的优缺点哪：1）普通扁平天线2）陶瓷天线3）螺旋形天线另外：关于蓝牙天线的匹配分析还需要进一步的研究。多谢各位大侠！[br]+5 RD币

Arm720 · 发表于 2006-4-12 11:30:00

经过这段时间的对LNA的持续学习，一些心得和大家分享，欢迎各位朋友指正和交流。1）为什么要SAW？目的：滤掉GPS (1.57542GHz外的频段)，经过研究一些有源天线，发现为了防止频段外的信号造成LNA的非线性饱和和失真，通常在天线引入处，对GPS频率外信号加上微带滤波衰减器。2）LNA的匹配设计这个还需要进一步的学习，设计步骤为使用软件画出Gain圆(期望的增益指标)，NF圆(期望的NF指标)，稳定圆；确定GamaS，然后计算GamaL；下面就是负载沿着Smith圆走到GamaS点，就是需要匹配的电容和电感网络。（如果不对，望各位指正，感激不尽！）[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-4-13 12:15:00

感谢斑竹的鼓励！这段时间一直在强攻LNA设计，所以对于匹配测量方面还需要继续充电，如果那位朋友有资料或者主意，感激不尽！下面在写点我对LNA设计和匹配的学习心得：LNA设计：1） LNA设计的目的是获得较好的NF系数，因为系统的噪声系数由第一级的LNA噪声系数决定。2） LNA设计不是以匹配为目的，设计方法见上楼的描述；通过牺牲失配来获取较好的NF系数。阻抗匹配：1）阻抗匹配的目的是获得较大的传输功率2）设计方法有单向化设计方法(S12近似为0的条件) 和共轭匹配设计方法。3）一般使用共轭涉及方法确定GamaS和GamaL，然后画出输入输出稳定圆，验证系统是否问题；如果不稳定怎么办，我目前也还不知道哦，谁知道，告诉我一声吧，谢过！[br]+3 RD币

awp666 · 发表于 2006-4-24 09:32:00

楼主真是不错。从我的经验来看，只要没落在绝对不稳定区域（即自激），都可以调试[br]+1 RD币

Arm720 · 发表于 2006-4-25 01:53:00

多谢各位朋友的鼓励！经过近一个月对LNA的研究，已经基本清楚LNA的设计，“射频微波”区有我详细的LNA研究轨迹和各个时期面临的问题。重温一下该帖，又提出了一个问题：如果SAW放在LNA的前面，由于SAW的衰减。信号S会降低，但是噪声信号是不会降低，那么带来的问题就是接收信号的S/N信噪比降低，也就是说：1）LNA前面加SAW滤波器，由于衰减降低了接收信号的灵敏度，可能1个多db吧，对实际GPS系统造成的影响可能就是原先放在室内能接收GPS信号，可能现在就不行了。 ------ 我的个人意见，欢迎大家热烈讨论！------------------下面是我从“射频微波”区拷贝出的我的研究总结），更详细----------------------------------经过这段时间对LNA的持续性研究，总结一下我对LNA设计的理解和看法，此帖为我在该论题的最后一贴。论坛的居多热心人给与支持和帮助，多谢了！LNA设计的原则：1）降低NF系数 2）在步骤1的前提下提高LNA增益。 根据灵敏度的计算公式：S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽，Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比， NF为系统噪声系数。 --- NF系数越小，系统灵敏度越高。（多谢jinfoxhe兄提供理论依据！）LNA设计分输入和输出设计。（描述设计思路，详细原理参考《射频电路设计－理论与应用》） （1）输入部分的设计依据为降低NF系数，设计方法为NF园，输入稳定圆，输入Gt功率增益圆；找出满足系统NF，Gain折中的 GamaS；根据GamaS设计输入匹配，Smith圆的匹配轨迹为从源负载匹配到GamaS处。（2）输出部分的设计依据为Gain设计，也就是共轭匹配设计能获得最大功率输出（因为此时没有反射功率损失），满足的条件就是GamaL = GamaOut的共轭。对于共轭匹配设计，GamaL和GamaS有一一对应的关系的，也就是GamaL是通过第一步设计出的GamaS计算得到的。Smith圆匹配轨迹为从负载匹配到GamaL。多谢各位朋友给与的支持和帮助，下面我将集中精力转入微带线研究，仿真验证，系统灵敏度，天线部分的研究上面。欢迎交流和指正，避免误导哦！[br]+5 RD币

windylili · 发表于 2006-5-7 14:41:00

看了以上的热烈讨论,我学到很多东西,只不过有些东西我觉得应该注意下,就是楼主做最后总结的时候,说道输出匹配过程"Smith圆匹配轨迹为从负载匹配到GamaL"是不是应当改为"Smith圆匹配轨迹为从GamaL匹配到负载匹配",即在50欧姆负载下向圆心匹配啊,我认为只有这样才能够达到真正的最大传输功率,同时也可以得到最小的驻波比啊,

Arm720 · 发表于 2006-5-9 10:29:00

楼上的朋友，GamaL是你期望系统的最终匹配点；有时是原点（50欧匹配），有时不是原点，取决于你的设计，共轭匹配一般不是原点。所以匹配轨迹为负载匹配到GamaL。你可以这么理解，GamaOut就是从负载向源端看过去的反射系数，GamaL是向负载端看过去的反射系数。当两个互为共轭时，输出功率最大。这个结论的得出要详细参考功率的推导过程。[br]+3 RD币

mingyenliu · 发表于 2006-5-13 17:13:00

1.patch antenna operate at half lemda (big size)
2.ceramic antenna is used high k material (bandwidth limite)
3. spirl antenna (poor efficiency)[br]+3 RD币

sq_0325 · 发表于 2010-7-26 21:51:00

受教了！
我也有同样的问题！

dtsdave · 发表于 2010-7-28 03:23:00

有车了，总想装备点什么，目前需要GPS,不管高速和下面的大小路，经常有走错，也很郁闷，拿着地图总不方便…各位前辈，有使用过或在用的，有推荐的吗?市面上有种和电子狗一体的，有使用必要吗?谢谢！

bert_lahr · 发表于 2010-7-28 21:52:00

如果选用AS3910的话，很多工作可以交给芯片完成。自己只用算个大概。芯片有-7%+14%的自调谐功能

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