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如何测试GPS天线是否匹配达到最佳效果?

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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!

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。

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。

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。

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 12dB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.

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。

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!

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!)

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!

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

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!

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,

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。

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

受教了!
我也有同样的问题!

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!

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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