应用于手机的GPS低噪声有源天线研究与设计

应用于手机的GPS低噪声有源天线研究与设计

内容简介：随着GPS的民用化，制造工艺的进步，以及GPS接收芯片功耗越来越低，GPS运用于手机进行导航也逐渐成为一个研发热点。本文针对应用于手机GPS导航的GPS有源天线进行了研究，并设计了具有较低噪声系数特性的GPS有源天线。本文首先综述了基于手机GPS有源天线的应用背景以及基于手机GPS有源天线、GPS无源天线的设计难点与研究焦点，是：小型化、高增益、低噪声和隔离等，由此总结出设计中要考虑的问题。本文主要工作：1).分析了GPS信号接收链路中接收点载波功率、等效噪声功率、系统噪声系数、载噪比和灵敏度等指标；阐述了有源天线应用于手机的优势，完成了GPS有源天线技术指标的分配。2).对GPS有源天线中关键部件GPS微带天线进行了详细的分析讨论，对小型化GPS天线进行了理论分析与设计，并采用刻槽、短路针加载方式实现了天线的小型化。再应用AnsoftHFSS仿真软件对所设计的GPS天线进行了优化设计，并采用聚四氟乙烯介质基板材料实验制作了GPS微带天线。3).对有源电路中的关键指标如稳定性、增益、最佳噪声、线性度进行了研究和合理设计，采用ADS仿真器优化设计了有源电路中的关键部分-GPS低噪声放大器电路，根据电原理图设计了电路版图，实际采用NEC公司双极性晶体管2SC5508制作了有源电路。4).完成了整个GPS有源天线的制作，对实际制作的GPS无源天线、有源电路、GPS有源天线进行了测试，实测结果显示该有源天线性能满足了GPS通信链路的要求。论文给出了本设计实际测量数据：GPS无源天线阻抗带宽为10MHz左右，在f=1575.4MHz回波损耗值为17.460dB；实测的有源电路噪声系数可达0.95dB，增益达16.9dB，1dB压缩点为-14.48dBm，功耗为15mW左右。实测的GPS有源天线增益最高为16dBi，在f=1575.4MHz回波损耗值为12.15dB。本文所设计的GPS有源天线具有噪声系数低，增益高的特点，各项性能指标较好地满足应用于手机GPS导航的要求。

作者：董必勇,

关键词：手机, 有源天线, 低噪声, GPS导航, 信号接收链路,