GPS接收机射频前端电路原理与设计--60页完整版
GPS接收机射频前端电路原理与设计
[摘要]在天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响；基于超外差式电路结构、镜频抑制和信道选择原理，选用G P2010芯片实现了射频单元的三级变频方案，并介绍了高稳定度本振荡信号的合成和采样量化器的工作原理，得到了导航电文相关提取所需要的二进制数字中频卫星信号。
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关键词：GPS接收机灵敏度超外差锁相环频率合成
利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间（PVT）等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，如图1所示。本文在分析GPS卫星信号组成的基础上，给出了射频前端GP2010的原理及应用。
1 GPS卫星信号的组成
GPS卫星信号采用典型的码分多址（CDMA）调制技术进行合成（如图2所示），其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即：
fL1=154×f0=1575.42MHz (1)
其波长λ1=19.03cm；信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即：
fL2=120×f0=1227.60MHz (2)
其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码（PR N）即测距码主要有精测距码（P码）和粗测距码（C/A码）两种。其中P码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D 码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历；总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。
数据码和两种伪随机码分别以同相和正交方式调制在L1载波上，而在L2载波上只用P码进行双相调制，因此L1和L2的完整卫星信号分别为：
SL1（t）=AcCi(t)Di(t)sin(ωL1t+φc) (3)
+ApPi(t)Di(t)cos(ωL1t+φP1)
SL2(t)=BpPi(t)Di(t)cos(ωL2t+φp2) (4)
式中，Ap、Bp、Ac分别为P码和C/A码的振幅；Pi(t)、Ci(t)分别为对应P码和C/A码的伪随机序列码；Di(t)为卫星导航电文数据码;ωL1、ωL2分别为L1和L2载波信号的角频率；φC和φP1、φP2分别为C/A码和P码对应于载波的起始相位。合成的GPS信号向全球发射，随时随地供接收机解算导航定位信息使用。
2 GPS接收机的灵敏度
GPS接收机对信号的检测质量取决于信噪比，当其为“理想接收机”时，接收机输入端的信噪比Si/N i与其输出端的信噪比So/No相同。由于实际GPS接收机存在内部噪声，使得（So/No）<(Si/Ni)；而噪声越大，输出信噪比越越小，则接收机的性能越差，此时接收机的噪声系数为：
F=（Si/Ni）/(So/No) (5)
式（5）表明由于内部噪声影响，接收机输出端信噪比相对于输入端信噪比变差的倍数，由式（5），输入信号额定功率可表示为：
Si=NiFo(So/No) (6)
式（6）给出了GPS接收机在噪声背景下接收卫星信号的能力，接收机不仅要将输出信号放大到足够的数值，更重要的是要使输出端的信噪比So/No达到所需比值。令（So/No）≥(So/No)min时对应的接收机输入信号功率的最小可检测信号功率为Simin，通常用它表示接收机的灵敏度。由于接收机的输入噪声额定功率
Ni=kT0Bn （7）
式（7）中k为玻尔兹曼常数，k=1.38×10 -23J/K,T0为单元电路的室内温度17℃（290K，绝对温度），Bn为单元电路的带宽。将式（7）代入式（6）可得：
Si=kT0BnFo(So/No) (8)
于是可进一步得到GPS接收机的灵敏度为：
Simin=kT0BnFo(So/No)min （9）
由式（9）可知，为了提高GPS接收机的灵敏度，就要减少最小可检测信号功率Simin，因此在接收机电路设计中一方面要考虑尽量降低接收机的总噪声系数Fo，另一方面应设法提高噪声背景下GPS接收机输出端的信噪比So/No。
3 GPS接收机天线单元
天线单元的主要功能是接收空中GPS卫星信号，从而为接收机射频前端提供较为纯净的完整卫星信号。在接收机设计中，当两个单元电路级联时（如图3所示），如果第一、二级单元电路的噪声系数和额定功率增益分别为F1、F2和G1、G2，其带宽均为Bn；设级联电路的总噪声系数为Fo，则其实际输出的额定噪声功能No为：
No=kT0BnG1G2Fo (10)
由于No由两部分组成，即：
No=No12+ΔN2 (11)
其中No12是由于第一级单元电路的噪声在第二级单元电路输出端呈现的额定噪声功率，ΔN2是由于第二级单元电路所产生的噪声功率，且
No12=kToBnG1G2F1 (12)
ΔN2=kToBnG2(F2-1) (13)
将式（12）、（13）代入式（11），则
No=kToBnC1C2Fo
=kToBnG1G2F1+kToBnG2(F2-1) (14)
化简式（14），得到两级单元电路级联后的总噪声系数为：
Fo=F1+(F2-1)/G1 (15)
同理可得，n级单元电路级联时的总噪声系数为：
Fo=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/(G1G2)+Λ+（Fn-1）/(G1G2ΛGn-1) (16)
可见，GPS接收机中各级单元电路的内部噪声对级联后总噪声系数的响应有所不同，级数越靠前的单元电路的噪声系数对总噪声系数的影响越大。因此，总噪声系数主要取决于最前面几级单元电路的噪声系数，其中天线热噪声对接收机性能影响最大，故设计时采用接收天线、射频频段选择带通滤波器及高频低噪放（LNA）等器件组成天线单元（如图4所示）。天线单元采用DC 5V供电，其中LNA采用高增益、低噪声、高频放大器MAAM12021，其增益高达21dB、噪声系数低于1.55dB，有利于降低GPS接收机的总噪声系数；其工作频段处于1.5～1.6GHz，适合于C/A码GPS接收机的频带需求，可满足高增益和低噪声系数的性能指标要求。
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4 GPS接收机射频单元
噪声总线伴随着信号同时出现，尽可能提高噪声背景下输出端的信噪比是改善接收机灵敏度的重要措施。GPS接收机天线单元接收并提供给射频单元的信号频率很高而信道带宽又很窄，要直接滤出所需信道，则需Q值非常大的滤波器，至少目前的技术水平难以满足这一指标；另外高频电路在增益、精度和稳定性等方面的问题，在高频范围直接对GPS卫星信号进行解调很不现实。为此，在射频单元设计中采用“超外差”式多级变频配合区配滤波器的电路结构，以消除噪声干扰，解决高频信号处理中所遇到的困难。适合这种电路结构的芯片采用了第二代GPS接收机射频前端GP2010。它采用44引脚、帧面方形封装，主要集成了频率合成器、混频器、自动增益控制（AGC）电路以及数字量化器等。GP2010接收的信号频率与L1载波的卫星信号频率兼容，主要用于设计C/A码GPS接收机的射频单元。微弱的GPS高频信号通过超外差式三级混频电路，去掉了其它信道干扰，获得了足够增益，解调并撮出所需的中频信息。图5给出了前两级超外差式下变频器和带有自动增益控制（AGC）电路的第三级混频器的工作原理图，每经过一次下变频，输出信号的频率降低、幅度增大，而其它信道和频段的干扰则被逐步滤除。
GP2010利用混频器将高频GPS信号搬到很低中频频率的同时引入了镜频干扰，而利用滤波器对镜频干扰的抑制效果取决于镜频频率与信号频率之间的距离，或者说取决于中频频率的高低。如果中频频率高，则信号与镜频相距较远，那么镜频成份就能受到较大抑制；反之，如果中频频率较低，则信号与镜频相隔不远，滤波器对干扰的滤波效果就比较差。由于信道选择在中频进行，同理，较高的中频频率对信道选择滤波器的要求也较高，于是镜频抑制与信道选择形成一对矛盾，而中频频率的选择成为平衡这对矛盾的关键。所以在GPS接收机设计中，通常使用两级或三次变频来取得更好的折衷。
由图5可看出，GP2010的三级变频器采用了中心频率分别为175.42MHz、35.42MHz和4.309MHz的三个中频滤波器。各级混频器需要的本振信号均由片内集成锁相环（PLL）频率合成器提供（如图6所示）。它主要由PLL振荡器回路、鉴相器、PLL环路滤波器、分频器和一个完整的1400MHz压控振荡器（VCO）等元件组成。PLL采用10.000MHz参考频率；VCO的控制增益为150MHz/V、输出频率范围为1386～1414MHz。为了提供高稳定度参考频率源，设计中采用了温度补偿型晶体振荡器（TCXO）自输入阻抗为5kΩ的参考频率提供10.000MHz的AC小信号频率给PLL振荡器。当PLL相位锁定参考信号时，鉴相输出逻辑高电平指示相位已锁定，相位锁定时间约需6ms，环路增益约为150dB。VCO输出的1400MHz信号作为第一本振信号，由其分频产生的140.0MHz、31.111MHz信号分别作为第二本振第第三本振信号。当GP2010接收到1575.42
MHz的GPS卫星信号时，通过三级变频可得到4.309MHz的中频信号。
为配合通道单元和解算单元完成导航信号的数据提取及信号处理，在5.714MHz采样时钟控制下，GP2 010的片内集成数字量化器可实现对4.309MHz的中频卫星信号进行数字量化，从而为通道单元相关器提供TTL电平的2位量化输出，即1.405MHz的二进制符号及量值数字信息，如图7所示。为了得到平稳的中频卫星信号及采样数字输出，该模块同时产生AGC控制信号用于稳定第三级变频（如图5（b）所示）时所产生的中频信号幅度。
总之，GP2000芯片组是Zarlink半导体公司为设计GPS接收机而推出的一系列集成电路，采用GP200 0芯片组可设计出多通道卫星信号接收设备。在GPS接收机设计中，天线单元的设计着重考虑频段选择和高频低噪放对接收机总噪声系数的影响，以提高接收机灵敏度；射频单元利用频率合成、频率变换、自动增益控制等技术，依靠高品质的中频频率选择、镜频抑制和信道选择滤波器，对所接收的GPS信号进行变频、放大、滤波、采样等一系列处理，从而得到数字中频卫星信号。由此精心设计的超外差式GPS接收机可达到很高的接收灵敏度、频率选择性和较大的动态范围，并具有结构简单、体积小、重量轻、耗电省等优点。
基于MAX2742型电路的GPS接收机设计
李今明
1 引言
GPS卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。GPS信号接收机的功能是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理、以便测量出GPS 信号从卫星接收机天线的传播时间，解译GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的3维位置甚至3维速度和时间。
典型GPS接收机的结构如图1所示。
1575.42MHz的GPS信号在进入下变频IC前，先经过低噪声放大器（LNA）和滤波器（RF SAW）。低噪声放大器是GPS射频接收器中最重要的部分，这个放大器基本上可以决定整个接收机的噪声大小，因此，LNA是接收机灵敏度的直接决定因素。射频信号经过下变频IC后将单端或差分IF信号输出给GPS 基带数字信号处理单元。
经GPS基带DSP处理后的定位信息遵循NMEA0183标准，通过串行数据接口实现与GSM模块、PDA 设备、便携式PC等数字处理终端设备的通信。数字处理终端通过网络和专用软件实现各种应用，比如通过地理信息系统（GIS）实现各种运动目标的追踪定位等。
2 MAX2742特点
利用MAX2742型CMOS RF前端GPS接收机电路，附加极少的外部元件，即可构成一种完整的GPS解决方案。这款性能优异的电路只需消耗极低的功率（32mW，2.4V），并且不需要昂贵的IF SAW滤波器和体积庞大的分立IF SAW滤波器。MAX2742内部集成了低噪声放大器（LNA）、混频器、BPF、自动增益控制放大器（AGC）、本振合成器、时钟缓冲器和内部数字采样器。该电路能够与许多商用GPS基带IC接口，适合多种应用，其中包括汽车导航、远程信息处理、自动安全监控、资产跟踪、定位服务（LBS）及其他消费类电子产品。
MAX2742工作于18.414MHz晶振或TXCO，可通过IFSEL引脚（引脚10）来选择差分或单端IF输出（1.023MHz）。总的信号变换增益为120dB，噪声系数4.5dB，IF信号以18.414MHz的参考时钟频率进行采样。
MAX2742采用48引脚TQFP封装，尺寸仅为9mm×9mm，可工作于－40℃－＋85℃范围。
3 MAX2742工作原理
3.1 高性能内置LNA
图2示出MAX2742的内部结构。MAX2742采用高性能的内置LNA实现二级滤波，极大地降低了干扰信号对接收机性能的两种负面影响：第一，如果带外滤波不充分，干扰信号可能会引起低噪声放大器或降频变换器非线性工作，这会造成不真实输出或加大接收器的噪声系数；第二，如果解调器的干扰信号过大，则接收器处理的信号不真实，不能输出定位信息。
3.2 中频滤波
IF信号通过一个IF滤波器实现对带外毛刺达60dB和对镜像噪声达18dB的抑制。经过镜像抑制滤波器之后，信号转变为差分信号。经过滤波的IF信号被AGC模块放大，AGC模块通过使用50dB的动态范围将VGA输出信号水平设置为一个预定值。内部的偏移抵消装置将为大约100kHz的1dB拐角频率的IF信号产生一个高通特性。
3.3 锁相环设计
MAX2742内部VCO提供积差分LO（Local Oscillator－本机振荡器）信号给下变频混频器并控制这一频率。一个板上TCXO产生参考频率。这种集成合成器包含VCO、TCXO缓冲器、主频率分割器、相频探测器和电荷泵。它用一个独立PLL滤波器和TCXO。TCXO的输出端通过一个耦合电容器连接到电路的XTALIN1和XTALIN2引脚。
4 基于MAX2742的GPS接收机
4.1 射频输入
图3示出基于MAX2742的GPS接收机的结构框图。1575.42MHz的L1 GPS的信号由天线接收后获得1.5dB噪声和20dB增益，经过LNA（MAX2654）进行放大。MAX2654工作在1575MHz的GPS频段，增益为14.1dB，噪声系数为1.45dB，电流消耗仅为8.3mA。放大后的信号输入到SAW（NSVS658），实现37dB的带外抑制，仅产生3dB的插入损耗。NSVS658具有50Ω的标准输入/输出阻抗，信号在输
入MAX2742（7引脚）时，需要外接阻抗匹配电路。
4.2 电源滤波
MAX2742采用统一VDD供电，在给高频放大和混频模块供电时（3，4，12，17，23，25，32引脚）需采用滤波电路，在设计外部电路和印制电路板时必须注意。一般用两只旁路电容器与各个引脚相连，一个用于过滤高频元件的干扰信号，另一个用于过滤低频元件的干扰信号。这两个电容应尽量靠近各个引脚，以减小线路的感应系数；同理，这两个电容器的另一端应尽量靠近地。设计中，注意到上述问题，放大器的工作会很稳定；反之，射频输入可能会很不稳定。
4.3 天线控制模块
使用p沟道MOSFET和电流感应电阻器控制天线供电。感应电阻把天线的供电信息反馈给CXD2932有三种可能状态：正常、短路和开路。
4.4 基带处理电路
CXD2932是GPS卫星定位测量系统专用的大规模集成电路。这个电路包含一个32－bit RISC CPU、卫星追踪电路、2M－bit掩模型ROM、RAM、UART和内部时钟等。这个电路配合RF电路（即上文介绍的MAX2742）能够实现各种定位和导航。
CXD2932具有以下特点：16通道GPS接收机能够同时接收16颗卫星的信号；支持差分GPS；符合RTCM SC－104 Ver2.1；支持DARC（Direct Access Radar Channel直接存取雷达波道）全视野（ALL－IN－VIEW）测量；时钟支持GPS时间；32－bit RISC CPU；256KB 编程ROM；40KB RAM；电源管理功能；1PPS支持；2通道UART；4通道内部时钟；16－bit多用途I/O端口；12－bit逐次近似系统A/D转换器（4通道模拟开关）。
4.5 软件设计
软件设计主要指设置GPS接收模块与MCU之间的串口通信、参数显示及人机接口。主要包括初始化、串口通信、数据处理、故障提示、显示、键盘处理、电源管理等部分。其中，初始化包括CXD2932中各种寄存器的配置、串口相关参数配置（波特率、模式）及外围电路（LCD、电源等设备检测）的初始化等。
串口通信包括数据发送、接收、校验和通信故障提示等。数据处理主要是对接收数据的解码、存储和数据刷新等。故障提示包括设备故障、通信故障和电源故障等。电源管理主要是电源欠压提示和当前电源状态显示。图4示出软件程序流程。
4.6 PCB的布局规则
在对PCB进行布局时，旁路电阻器应尽量靠近器件引脚。某些重要元件可以布置在MAX2742的背面，使得MAX2742到这些元件的路径尽量短。压控振荡器可能会与阻抗引起共振，在PCB布局时必须考虑到这一点。L频段的输入和转换器之间如果靠得太近，也可能会产生电流耦合。在应用中，如果产生这种耦合，接收器对干扰信号非常敏感。为了减少这种耦合，可采用带状线结构，而不采用微波传输带结构。这个完整的解决方案仅占用25mm×25mm的PCB空间。图5示出PCB的顶层和底层丝印图。
5 结束语
文中提出了一套较完整的GPS接收机设计方案。在器材选择上充分考虑到GPS系统的手持及车载应用，做到了电流小、功耗低、发热量低、稳定性好、灵敏度高、快速快；在电路及PCB设计中充分考虑了微波电路的特殊性，力争将各种干扰降到最低。
人造卫星定位系统在桥梁结构
来源：中国论文下载中心 [ 06-03-22 10:02:00 ] 作者：黄启远文景良陈伟编辑：studa9ngns
摘要：香港特别行政区政府路政署最近采用人造卫星定位技术，应用于桥梁结构健康监测系统，借以增强和改进青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥的结构健康监测工作，这人造卫星定位系统（Global Podtioning System or GPS）主要用作量度三座悬吊体系桥梁的桥身和桥塔瞬间位移，和推算其相应的导量（截面中线）位移及各相应主要构件的应力状况。GPS监测系统是一套实时监测系统，它包括：GPS测量仪，接驳站，信息收集总控制站，光纤网络，GPS电脑系统及显示器等。本文主要介绍路政署于奇马管制区内所安装的GPS监测系统，并论述有关GPS信息在桥梁结构健康监测中的应用，如风力效应监测、温度效应监测、交通荷载效应监测和各主要构件的应力监测等。
关键词：人造卫星定位系统结构健康监测系统结构评估悬吊体系桥梁
一、引言
大桥主梁和索塔轴线的空间位置是衡量大桥是否处于正常营运状态的一个重要标志。普遍大桥的结构设计是基于导量位移。任何索塔和主梁轴线偏高于设计轴线，都直接影响大桥的承载能力和构件的内力分布。目前香港的三座悬吊体系桥梁，均设有桥梁结构健康监测系统，简称"桥监系统"。用以监测大桥在营运期间的结构健康变化，继而进行结构评估。虽然大桥主梁及索塔轴线监测已包括在大桥每年一次的大地测量范围内，可是现存的"桥监系统"还未能对大桥主梁和索塔轴线作实时的监测。鉴于近年人造卫星定位系统（Global Positioning System or GPS）的实时位移测量精度有显著的提升（垂直面误差约20mm，而水平面差误约10mm），因此香港特别行政区政府路政署引进GPS技术用作监测大桥主梁及索塔轴线，提供全桥整体的度量位移。路政署在拟定桥梁结构健康检测和评估项目的过程中，亦曾考虑其他测量技术方案，如运用红外光线和激光科技，可是这些技术均需要一定视野清晰度，故在现阶段仍未适合在恶劣天气下操作。
二、GPS监测范围和目的[1,2]
在上述三座悬吊体系桥梁上本已设置传统的传感器来测量桥身的位移状况。包括在桥身两端的位移仪用作量度桥身的纵向位移，及高精度加速仪用作量度桥身的垂直和横向加速度。高频率的加速数据经过二次积分运算后只能提供局部振幅的导量，未能准确地运算桥身整体的摆动幅度，这是因为桥身整体的惯性偏移速度较缓慢，加速仪不能准确测量；另一方面，在监测桥身固温度变化而产生的相应位移时，虽然另设有一组创新设计的水平仪系统来直接量度桥身的垂直位移，但由于这系统是利用液压原理运作，鉴于液体的惯性限制，系统只能以每秒一数据的采样率来提供位移信息，未能录取瞬间的振幅，错过了一些较大的瞬间振幅，因而数据难免有误差。以往路政署曾考虑应用GPS技术在悬吊体系桥梁监测上。经过近年在青马大桥上安排的多次实地测试为验证及改进精度，最后决定在"桥监系统"中增设备有RTK实时动态测量功能的GPS监测系统，直接量度桥梁的独立三维实时位移，增强对
桥梁结构健康监测的可靠度。现时GPS系统安装工程已接近完成阶段、数据收集会在竣工后立即开始。这GPS监测系统主要用作度量三座悬吊体系桥梁的桥身和桥塔的瞬时位移，以及推算其相应的导量（截面中线）位移及各相应主要构件的应力状态。
三、GPS监测系统简介[3]
1．GPS监测系统概要
GPS监测系统是一套实时监测系统，主要由四组系统组成，通过固定光纤纲络传输数据而进行运作。这四个系统分别是：（l）GPS测量系统；（2）信息收集系统；（3）信息处理和分析系统；（4）系统运作和控制系统。其硬件包括：GPS测量仪（其中包括GPS天线和GPS接收器），接驳站，信息收集总控制站，光纤网络，GPS电脑系统，显示屏幕等。
GPS接收器备有24个卫星跟踪通道，以双频（LI及L2）同步跟踪测量12颗GPS卫星的伪距与全波长的载波相位；GPS监测系统以划一的高速度采样率，利用27组的GPS测量仪同步进行定点位移测量，以每秒10次的点位更新率提供独立三维RTK实时的点位解算结果，高精度点位输出的时间延迟小于0.05秒，令到GPS信号的同步接收、RTK厘米级点位数据输出，光纤网络传输、数据及图像处理及桥梁位移图像屏幕显示之过程都在2秒内完成，提供实时位移监测。另方面，GPS监测系统可以在无人值守的情况下进行24小时作业，配合可调校的数据备份系统，将贮存的GPS位移数据与其他现存的桥梁监测数据加以整合，再作多样化的结构分析和评估；利用大桥主梁及索塔轴线的整体变化周期和幅度资料，及选定时段的桥梁整体位移变化资料，来改进桥梁结构健康检测和评估工作。
2．GPS定点测量
GPS测量仪的定点测量位置主要安装在桥身的两旁和桥塔的顶端，在三座桥上总共有27个定点测量位置。GPS测量仪的选位配合现存位于跨中的加速仪。在青马大桥桥面上共装有四对GPS测量仪，主悬索缆有一对。另外在汲水门大桥桥面及订九大桥桥面上分别装有一对及两对GPS测量仪。除了提供每秒10个的定点实时测量，GPS监测系统更能运算桥身主轴线的三维瞬间位移，和桥身扭转振动的时程数据。同样，从塔顶的点位解算结果，GPS监测系统能运算出汀九大桥单脚塔顶的位移，和另外两座桥之双脚塔顶的个别位移。经数据及图像处理后，信息屏幕可显示全桥实时摆动的活动图像。现时路政署采用GPS接收器的定位延迟误差为0.03秒，突破早期GPS定位数据与实际点位不能完全一致的难题，这技术可应用于速度不均的运动状态，
足够应付高速度实时位移监测的基本要求。
GPS接收器采用抗电磁干扰金属外壳密闭封装，并加上振动隔离装置，进一步减除振动操作环境对GPS设备的影响，加强其抗震性能。在桥上的GPS定点测量位置均采用精密微带天线，为减低对人造卫星信号接收的障碍，所有天线的安装高度须维持水平15度以上的无屏障朝天范围，及避免频繁的双层和高身车辆在使用慢线行车道时形成的障碍。位于贮物大楼房顶的基准站则采用扼流圈环状天线，进一步减少多路径效应对定位测量的影响，确保不断发送至定点测量站的差分改正信息准确无误。基本上GPS测量仪在出厂后毋须定期
校对，从而减省养护工作。
3．GPS信息传输系统
GPS监测系统是一组不停运作的实时监测系统，当悬吊体系桥梁遇上恶劣天气和运作环境时，GPS监测系统所得的数据更为宝贵，故此对数据传输的稳定性和可靠性都有较高要求。GPS信息传输系统采用了高效率和高稳定性的光纤网络。由于光纤不受电磁波干扰，在恶劣作业环境下，如雷暴、高压电流的电磁场影响、强风等，光纤通讯网络仍能维持高水平的数据传输质素和速度，先进的光纤收发仪器更能侦测光纤网络信息的中断并发出警号，让维修人员即时知道通讯网络出现问题的位置，确保系统工作效率。信息收集总控制站设于青衣行政大楼，在每座桥上均设有一组网络接驳站，用以汇集各处GPS定位测量站的数据传输分支网络。联接总控制站与接驳站的光纤网络使用单模光纤，最长距离约3km；而联接定位测量站与接驳站的分支光纤网络则使用多模光纤，最长距离约l.3km。每组GPS测量仪需要三条非同步串列传输管道（Async Serial Channel）操作，这三条管道分别用作资料收集、差分改正信息传送及遥距监控，而每条管道传输速度达19 200Baud。光纤传输速度能力高，一条多模光纤已能取代多条传统的铜蕊资料传输电线。GPS信号从多模光纤传送至网络接驳站后，即被汇集成更高频信号，由更高质素的单模光纤传输至信息收集总控制站，使原本需要百余条钢资料传输电线的传统通讯网络简化为每座桥只需一条单模光纤的光纤通讯网络，大大改进了网络的操作效率和养护维修工作。
4．GPS信息处理的运作
从27个GPS定点测量仪输出的GPS大地坐标经纬数据，分别以每秒10个的采样率透过光纤网络信息收集系统同步传送至信息处理和分析系统。信息处理和分析系统安装于青衣行政大楼的桥梁监察室内，由两台电脑工作站组成：（1）第一台为运作工作站（GPS-OWS），用作信息和图像处理，以活动图像实时显示初步的桥身和塔顶三轴向位移动态，及运算桥身扭转振动的幅度，同时以时程数据形式显示各定点的度量位移，GPS一OWS亦负责系统运作和控制，用作监察GPS测量仪和光纤通讯网络的运作状况，当系统出现问题或位移数超出预设极值时，这系统会发出警号和红色灯号，提醒系统管理员。（2）第二台为分析工作站（GPS-AWS），将经过初步处理和分析的信息进行结构分析和评估，并用作进阶图像处理和执行图输入蹦出工作。这两组电脑工作站均与现存的"桥监系统'充脑系统联系在一起，供数据整台之用。表1及表2列出了这两台工作站的主要硬件和操作软件，在需要的情况下，GPS-AWS操作系统作为后备工作站以维持正常运作。
四、桥架结构侵康检测和评估的应用[1,2]
GPS监测系统为"桥监系统"中的一个新增设施，其主要作用为直接测量三座悬吊体系桥梁的桥身和桥塔的瞬间度量位移，并推算其截面中线相应的导量位移，继而再配合其他结构分析软件来评估各相应主要构件的应力状况。目前"桥监系统"对大桥结构的评估有三大方面，分别为承载能力、营运状态和耐久能力。承载能力是有关大桥结构或构件的极限强度、稳定性能等，其评估目的是要找出大桥结构的实际安全储备，以避免桥梁发生灾难性的损毁。营运状态则与大桥结构或其构件在日常荷载下的变形。裂缝、振动等有关，其评估结果有助于安排合
适的定期养护维修，而这类评估亦较为重要。耐久能力的评估则专注于大桥的损伤及其成因以及其对材料物理特性的影响。
GPS监测系统对大桥整体结构的位移监测，可更直接改进"桥监系统"的一般检测和评估工作，例如：（1）报告大桥整体结构的位移从而反映其工作环境和荷载的变化；（2）进一步分析运算主要构件的实际内力分布，例如主悬索缆、纵向主梁等；（3）验证不寻常荷载记录，例如台风、地震、超重交通荷载或被车船撞击事故等；（4）从而推算大桥主要构件有否损坏或累积性的损坏；（5）推算大桥的承载能力及论证设计施工假设和参数的有效性；（6）为大桥营运和维修决策者提供大桥超载的警告信息。
五、桥梁整体性营运状态监测【1，2】
1．风力效应监测
大桥设计中所进行的抗风能力分析和风洞测试，是基于一所离开大桥桥址较远的气象站所收集到的风结构资料。由于桥址和气象站所处的位置有高度上的和地形上的差别，再加上悬吊体系桥梁对风振有较大的反应，因此测量大桥桥址的风结构和论证大桥的抗风设计假设和参数的有效性，成为大桥抗风振监测的主要部分。配合"桥监系统"的风速、风向监测，利用从GPS监测系统得出的桥身、塔顶、主悬索缆的三轴向位移资料，可对大桥进行风力效应监测及结构的抗风振验算复核；测量特定风速的持续周期，用以检测桥梁的涡激共振的平均持续周期。另外，亦会与在桥身中同步测量的加速仪数据互相验证，确定大桥结构的抗风振的效应。
2．温度效应监测
由于温度变化是与太阳辐射强度、材料热能散发率、环境温度及风速风向等因素有关，因此大桥的温度参数的极值不能从个别因素去推论。监测大桥环境温度和桥梁结构上温度的分布状况，可用作推算大桥的有效桥梁温度和差别温度的极值，此为大桥温度荷载监测的主要部分。GPS监测系统长时间监测大桥整体结构的位移变化，可引证因环境温度而引发的日夜和季节性的位移变化周期，例如主悬索缆的垂直位移。桥身的纵向、横向及垂直位移，与相应的塔顶的横向及垂直位移等，再与"桥监系统"的结构有效温度和差别温度的极值互相验证，增强大桥整体温度荷载监测的可靠性。
3．交通荷载效应监测
对一般大跨度桥梁而言，交通挤塞是交通（车辆）荷载的主要设计考虑因素，而大桥的交通荷载长度（Loaded Lengths）设计是基于：（1）每天交通挤塞形成的次数；（2）交通挤塞发生的位置，持续时间和车辆的分布模式；（3）交通挤塞时的交通流量等假设。测量和论证交通荷载设计假设和参数的有效性，是大桥交通荷载监测的主要项目。从GPS监测系统得出的桥身、塔顶、主悬索缆的三
轴向位移资料，可与"桥监系统"的交通荷载及分布状况的监测资料互相验证，协助进一步制定桥梁结构的各级应力阶段，并用作大桥主要构件的疲劳估算。
4．铁路荷载效应监测
对青马大桥和汲水门大桥而言，铁路机车的荷载亦成为另一主要的设计考虑因素。青马大桥和汲水门大桥的铁路路轨承台是由纵向工字钢梁承托的，铁路机车荷载从纵向工字钢梁传到大桥桥身的加劲梁构件，再分布到其内的横向框架上。由于"桥监系统"中没有传感器能直接测量铁路机车在大桥上所产生的荷载，因此，只能通过安装在大桥中跨的纵向工字钢梁上的应变仪，进行铁路荷载的监测，绘制相应的感应线来推算单一机车车盘的荷载，再进一步推算整列车的荷载。同样地，GPS监测系统得出的桥身、塔顶住悬索缆的三轴向位移资料，可作进一步验证结构应力与位移的相互关系系数。
5．大桥钢索索力的监测
大桥的钢索索力状态是衡量大桥是否处于正常运作状态的一个重要标志。利用GPS监测系统的青马大桥主悬索缆得出的三轴向位移资料，运用有关的素力公式去推算钢索承受的拉力，定期监测钢索索力的状况，并进一步分析桥身和主悬索缆的应力分布相互关系。
6．大桥主要构件应力监测
大桥的结构设计普遍上是基于导量位移，任何索塔和主梁轴线偏离于设计轴线，都会影向大桥的承载能力和构件的内力分布，结构评估工作先从GPS监测系统得出的桥身截面中线度量位移，将其输入其模拟桥身等效刚度的鱼骨结构分析电脑模型，藉矩阵运算，得出全桥整体的内力分布；再利用局部的结构分析模型来模拟桥身的主要构件，再推算出主要构件的个别应力状况。在恒载和交通荷载作用下，大桥主梁与各构件有着不同的内力分布，通过"桥监系统"对主要构件部位进行的应力监测，整台GPS位移数据对相应构件的应力推算，不仅能多方面验证各构件的应力和位移相互关系，从而为评估大桥的承载能力、营运状态及耐久能力提供更有力的依据；此外还能通过监测应力或位移的变异来侦查大桥结构有否损坏或潜在损坏的状态。
六、结论
近年人造卫星定位系统提供的实时位移测量精度有显著的提升，将此测量技术应用于直接量度桥梁整体的三维位移，直接监测大桥主跨梁及索塔轴线的位移变化，配合结构分析模型来模拟桥身主要构件的内力状况，可增强桥梁结构健康监测和评估的可靠度，并侦查大桥结构有否潜在损坏的危机，提高养护维修工作的效率和效果。
一、专业车载GPS导航仪方案
问：专业车载GPS导航仪是什么？有什么特点？
专业车载GPS导航仪是专门用于车载导航的机器，大小和PDA掌上电脑一样，主要用于导航，内置正版的专业导航软件（如灵图、城际通、凯立德等），一般安装直流平板陶瓷天线，接受GPS信号能力强大，搜星速度快，可以实现快速开机导航。由于整个机器都是用于导航的，所以比PDA、手机的GPS导航更流畅，很少出现死机、顿机等情况，搜索目的地也快很多。（相当于专业数码相机和手机自带的拍照功能的差别，虽然手机也有300万像素的拍照功能，但毕竟不是专业的相机），同时还有mp3播放/mp4播放/图片浏览的功能。
问：都有那些主流专业导航仪？
答：主流导航仪有朗视通、奥可视、城际通、任我游、新科等品牌。这些品牌的主流产品，常州帕博GPS卫星导航总汇都有现货供应。我们推荐国内各大GPS 专业论坛所推荐的“朗视通”。理由如下：
1、内置灵图5地图，灵图公司是最大的GPS导航软件地图公司，刚刚获得2.4亿元的风险投资，灵图5更是目前性能最好、地图最新最全的导航软件，也是灵图5的第一个定制公司。同时您也可以选择内置正版城际通地图的版本。
2、在采用最新的sirf三代芯片的同时，采用了直流平板陶瓷天线，让接受GPS信号的能力达到最强。这样，在贴了比较厚的膜的车内，也能有十分好的接收性能。不用添加外置在车外的天线。
3、由于专门用于导航，搜星速度快。开机28秒就可以搜索到卫星，开始定位导航。不会出现汽车已经发动，开了5分钟后才能导航的情况。
4、导航声音大。一般的pda/手机的外放声音都不是很大，尤其是在行驶的车内，或者是在城市内，总感觉语音导航的声音不是很大。有些被迫使用耳机来听导航声音。朗视通专门的针对车载导航的设计，采用大功率扬声器，让导航声音满足在嘈杂的城市内的需求。
5、mp3/mp4功能，都采用专业级的模块，音质、画面一流。是一个很好的车载娱乐终端。
6、标配1G 金士顿行货卡和读卡器，方便和电脑联通，可以使用别人的灵图5航迹进行导航。
7、3.5” TFT 液晶显示屏幕，比手机的屏幕大，有利于导航。
二、GPS一体机方案
问：GPS一体机是什么，有什么特点？
答：一体机就是PDA具备GPS功能，有的甚至自带正版地图，买回来就可以用。
问：都有那些主流的一体机？
答：PDA带GPS的一体机的主流机型是神达P350, 自带512M内存，PDA掌上电脑功能也十分强大，windows moblie 5.0最新PDA系统，看电影、处理word/excel文档，装金山词霸；自带车载支架,可手持、可车载。
三、手机/掌上电脑GPS方案选择
问：我的手机是否适合配置GPS，什么方案？
回答：
1、推荐使用蓝牙GPS方案。因为蓝牙GPS是主流GPS设备，通用性强，可以和笔记本、PDA、手机等具有蓝牙功能的设备配合使用。不同档次的，价格在600—1000元之间。
2、只要你的手机具备蓝牙功能，同时是智能手机（具有操作系统：比如s60系统、ppc系统等），你的手机就具备了使用蓝牙GPS实现导航功能的条件。
3、如果是车载导航使用，推荐同时选配PDA/手机两用车架。团购有60元-80左右两款。可以把手机/PDA固定在车上，抬头就可以看到。很酷的感觉。
4、GPS导航地图软件一般在200M以上，而且往往你喜欢装几款软件同时测试。如果你的手机存储卡不够用，可以选配一个大一些的容量的MMC卡、RS－MMC卡、SD卡、MINI SD卡。推荐1G容量的。这个容量的价格最合适，而
且你还可以存储其他很多自己喜欢的mp3/电影等东西。
四、蓝牙GPS的选择
问：如何选择蓝牙GPS配合我的手机/PDA？
答：
现在的蓝牙GPS有20多款，到底选择哪一款？我们通过长期对各款GPS的研究，查看网友的使用心得，和经销商交流保修情况和用户反馈，推荐以下几款供大家根据不同需求选择：
我们推荐选择sirf三代芯片的蓝牙GPS，这种GPS具有20个卫星通道，接受效果好。这个芯片就相当于CPU厂家中的intel。具体选择哪一款，要根据个人追求的功能、想要的投入等综合考虑。
1、与诺基亚手机搭配，追求性能好，推荐诺基亚的三代芯片GPS LD-3W，2006年6月诺基亚最新产品，全球同步上市，软件算法好，定位准确。诺基亚全国客服服务。
2、追求高性能，高品质，有科技感，蓝牙GPS的最高端产品，同时追求时尚小巧，可以选择Holux GPSlim 240 。十分小巧，精致，有质感。sif三代gps芯片，性能特好。
3、追求兼容性，推荐haicom 406BT，sif三代gps芯片，性能好。
4、追求性价比高，推荐Holux 236，sif三代gps芯片，性
实验三：射频前端发射接收机
实验三射频前端发射/接收机 1、实验设置的意义 由电子元器件可以构成各种功能电路，由这些功能电路按照一定的原理和要求又可以组成各类电子设备，各类电子设备按照入网要求和组成方案可组成网络或系统。元器件与电路、电路与设备以及设备与系统之间的关系是局部与整体的关系。 射频通信系统一般由发送装置、接收装置和传输媒质组成。发送装置包括换能器、发送机和发送天线三部分。其中发送机将电信号变换为足够强度的高频电振荡，发送天线则将高频电振荡变换为电磁波，向传输媒质辐射。本实验就是为了在压控振荡器实验和射频调制器实验的基础上，从整体角度了解和掌握射频发送机的原理和性能，巩固和加深对理论知识的理解，培养系统实验和测试技能 2、实验目的 2.1、了解射频发送/接收机的基本组成； 2.2、利用频谱仪测量射频发送/接收机的主要技术指标。 2.3、测量射频接收机前端的灵敏度。 3、实验原理 3.1、射频发射机原理 射频通信设备一般包括收发信机、天线设备(含馈线)、输入输出设备(如话筒、耳机等)、供电设备(如直流稳压电源)等等。其中主要组成部分是收发信机，因而射频通信设备的技术指标通常指的就是射频收/发信机的技术指标。 一般来说，收信机与发信机在体制上是相同的，如在频段划分、调制解调方式等要求相应一致，否则便不能达到通信的目的。在某些情况下，也允许收发信机存在某些不相对应的差异，如收信机的频率范围可以宽于发信机等。 射频发送设备的功能是将所要发送的信息(又称基带信号)经调制，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大到额定功率后，馈送到天线发送到空间去。
射频发送机模块由VCO和功率放大器组成，它的模块方框图如图3－1所示。其功能是将所要发送的信息（又称基带信号）经过调制后，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大，达到额定功率之后，馈送到天线，发送到空间去。 发送机的主要技术指标有工作种类、调制方式、频率范围、频率稳定度及准确度、输出功率、效率、杂散辐射等。下面对相关技术指标予以简介:发送机的工作种类指电话、电报，模拟、数字等。调制方式主要分调幅、调频和脉冲（数字）调制等。发射机的工作频率是指发射机的射频载波频率。发射机的频率准确度与频率稳定度也是相对于射频载波而言的。频率准确度是指实际工作频率对于标称工作频率的准确程度。频率准确度越高、建立通信就越快，以至于不寻找对方就可实现通信，提高通信的快速性。频率稳定度是指各种外界因素的影响下发射机频率稳定的程度。如果频率稳定度很高，建立通信后接收机不需要因频率变化而进行微调，从而提高了通信的可靠性。射频通信的有效距离及通信的可靠性均与发射天线的辐射功率有密切的关系。因而发射机必须保证输出足够大的功率。发射机的总效率是指发射机传送到天线馈线上的功率与整机输入功率的比值。在大功率发射机中，提高效率可以减小电源消耗，具有较大的经济意义。发射机的带外辐射统称为杂散辐射，如果发射机设计不当或使用不当，会使杂散辐射电平过高，干扰其他通信链路。当发射机使用宽带天线且带宽覆盖这些杂散频率时，干扰会更严重。为了尽量避免发生这种干扰，有关的规程和标准对发射机的杂散辐射都给出了一定的限制 3.2、射频接收机原理 射频接收机前端是射频接收机的关键部分，这里对此进行简单介绍。 (a)、最简单的射频前端结构 接收机前端电路有几种不同的结构。图3-2给出了一种最简单的形式。这种结构无射频放大器，在带通滤波器之后，只有混频器和本机振荡器。带通滤波器的输入来自天线，其
2.4GHZ射频前端设计
2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用 2.4GHz工业科学医疗设备(ISM)是全世界公开通用使用的无线频段，蓝牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、ZigBee等短距离无线数据通信均工作在2.4GHz ISM频段。 针对2.4GHz ISM频段无线应用，锐迪科微电子公司推出了RDA T212射频前端模块。T212芯片集成了功率放大器( PA)、低噪声放大器( LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特别增加PA带通及LNA带通的省电功能，内部还针对天线端做了 ESD保护设计。T212芯片采用标准的 QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已集成隔直电容和匹配电路，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了PCB设计。 高集成度、超小尺寸并提供省电功能的T212射频前端模块，在手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用中大有可为。同时，T212芯片还具有优异的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。 T212模块的性能 T212射频前端模块内集成的功率放大器采用先进的砷化镓异质结双极晶体管( GaAs HBT)工艺制造，低噪声放大器和天线开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管( E-PHEMT)工艺制造。尽管没有采用差分PA的形式，但是T212依然为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关心差分转单端的设计。 T212集成的功率放大器是一款高线性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz频段内有20dB增益，线性输出功率为18dBm时的三阶交调IM3小于-30dBc。PA的静态工作电流可低至10mA，饱和输出功率可达23dBm，功率附加效率高达45%，这么高的效率有助于延长供电时间。
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真 0 引言 近年来，随着无线通信业务的迅速发展，通信频段已经越来越拥挤。 1985 年美国联邦通信委员会(FCC)授权普通用户可以使用902MHz，2．4GHz 和5．8GHz 三个“工业、科技、医学”(ISM)频段。ISM 频段为无线通信设备提 供了无需申请在低发射功率下就能直接使用的产品频段，极大地推动了无线通 信产业的发展。虽然目前无线数字通信技术已经相当成熟，但射频设计仍然是 移动通信设计的瓶颈。射频电路的设计主要围绕着低成本、低功耗、高集成度、 高工作频率和轻重量等要求而进行。ISM 频段的射频电路的研究对未来无线通 信的发展具有重大的意义。国内外许多文献都对此作了研究，文献[2]中介绍了 在无线高速数据通信环境下，2．4GHz 发射机的设计。文献[3]介绍了一种低功 耗的CMOS 集成发射机的设计。 ADS(AdvancedDesignSystem)软件是Agilent 公司在HPEESOF 系列EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件。它功能强大能够提供各种射频微波 电路的仿真和优化设计广泛应用于通信航天等领域。本文主要介绍了如何使用ADS 设计收发系统的射频前端，并在ADS 的模拟和数字设计环境下进行一些 仿真。 l 发射端的建模与仿真 由于设计是建立在实验室中已有的中频调制和解调的硬件基础上的，因 此发射端和接收端不考虑信号的调制和解调过程。实验室中的中频调制模块可 以输出大概8～10dBm 的40MHz 已调中频信号，经过分析选择，该发射端的 各个模块均参考MAXlM 公司的集成模块的参数而设计。本地振荡器采用的是MAX2700。MAX2700 是压控振荡器，通过设计合适的外围电路可以使它输出
射频电路的设计原理及应用
射频电路的设计原理及应用 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一 本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成 在中频内部。 射频电路方框图 一、接收电路的结构和工作原理 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点 （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 （3）、接收信号流程。 2、电路分析 （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 接收电路方框图
（2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：(如下图)手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 图一、图二 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、 完成900M/1800M信号接收切换。 逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。 由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作（即接收时不发射，发射时不接收）。因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉，只留两个发射转换开关；接收切换任务交由高放管完成。 3）、滤波器： 结构：手机中有高频滤波器、中频滤波器。 作用：其主要作用：滤除其他无用信号，得到纯正接收信号。后期新型手机都为零中频手机；因此，手机中再没有中频滤波器。 4）、高放管（高频放大管、低噪声放大器）： 结构：手机中高放管有两个：900M高放管、1800M高放管。都是三极管共发射极放大电路；后期新型手机把高放管集成在中频内部。
GPS接收机射频前端电路原理与设计
GPS接收机射频前端电路原理与设计 摘要：在天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响；基于超外差式电路结构、镜频抑制和信道选择原理，选用GP2010芯片实现了射频单元的三级变频方案，并介绍了高稳定度本振荡信号的合成和采样量化器的工作原理，得到了导航电文相关提取所需要的二进制数字中频卫星信号。 关键词：GPS接收机灵敏度超外差锁相环频率合成 利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间（PVT）等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，如图1所示。本文在分析GPS卫星信号组成的基础上，给出了射频前端GP2010的原理及应用。 1 GPS卫星信号的组成
GPS卫星信号采用典型的码分多址（CDMA）调制技术进行合成（如图2所示），其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即： fL1=154×f0=1575.42MHz (1) 其波长λ1=19.03cm；信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即： fL2=120×f0=1227.60MHz (2) 其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的 28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码（PRN）即测距码主要有精测距码（P码）和粗测距码（C/A码）两种。其中P 码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D 码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历；总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。
宽带微波接收机的射频前端设计探讨
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d517456377.html, 宽带微波接收机的射频前端设计探讨 作者：刘瑶潘威 来源：《科学与信息化》2018年第13期 摘要随着微波技术的发展，微波接收机已经被广泛应用于通信、雷达等多个领域。由于信道上受到外界因素干扰较多，为了保证微波接收机的性能，接收机需要有较高的线性度、灵敏度、动态范围和选择性，这些性能的实现与射频前端息息相关。本文将在分析射频前端设计对宽度微波接收机作用的基础上，对几种常见的射频前端结构进行阐述，然后就影响射频前端性能的几种因素进行分析，探讨应该如何合理设计射频前端。 关键词宽带微波接收机；射频前端；低噪声；动态范围 1 射频前端对微波接收机的重要意义 现代电子技术的发展，使得接收机的种类越来越多，性能也得到了各方面的完善，功能更加复杂和通用化。目前接收机正朝着体积小、重量轻和功耗小，性能更加优越的方向发展，要求微波接收机具有宽频带、大动态范围、高灵敏度和低噪声。基于上述影响微波接收机信噪比、影响信号处理的因素分析，必须要对接收机重要组成部分射频前端进行优化设计，从而可对接收机性能起到保障作用。射频前端主要实现抗烧毁、信号预选、增益控制、幅度均衡等几方面功能，噪声系数、滤波器选择、幅度均衡以及输入1dB压缩点等都会对接收机前端性能产生重要影响。 2 射频前端的几种构成形式 2.1 常用接收机射频前端结构 在微波接收机接收有用信号的过程中，会受到高电平干扰信号的影响，从而影响信噪比，对信号处理产生不利作用。为了保证信噪比，微波接收机应该具有高选择性、高线性和低噪声的特点。 对来自天线下来的信号，首先会使用限幅器对信号进行限幅处理，保护后级的放大器不被大信号烧毁；再使用带通滤波器进行信号预选，最后使用低噪声放大器对信号进行一级放大，放大后的信号进入下一级进行处理。 在这个过程中，限幅器保护后级链路不受大功率信号的损坏，带通滤波器隔离带外信号，低噪声放大器在尽可能减少对噪声恶化的情况下补偿增益，该结构的作用是可以通过带通滤波器使互调失真降到最低，削弱失真响应，同时具有成本较低、结构简单的优点。 2.2 采用YIG统调预选滤波器的结构
ISO15693非接触式IC卡射频前端电路的设计
１前言 ＩＳＯ１５６９３标准协议是国际上规定的用于非接 触式ＩＣ卡的一种高频通信协议。该标准协议的非接触式ＩＣ卡的读写距离长达１００ｃｍ，比同是高频通信 协议的ＩＳＯ１４４４３规定的１０ｃｍ读写距离更大，应用范围也会更加广泛。ＩＳＯ１５６９３标准协议规定：读卡器到卡所发送的信号为采用脉冲位置编码的１０％ ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式的频率都为 １３．５６ＭＨｚ的载波。 卡片解调电路的任务是把两种深秦燕青，葛元庆 （清华大学微电子学研究所，北京１０００８４） ＩＳＯ１５６９３非接触式 ＩＣ卡射频前端电路的设计 摘要：介绍了ＩＳＯ１５６９３非接触式ＩＣ卡射频前端电路，采用了一种巧妙的整流电路，提高了整流效率。同时使用了一种适用于ＩＳＯ１５６９３非接触式卡片的简单的稳压电路结构，有助于信号的解调，并且使卡片在接收到的信号为１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式时都能正常工作。芯片测试结果显示：电源产生电路能够产生２．２Ｖ－３．８Ｖ的直流电压，解调电路能够在２．０Ｖ－３．８Ｖ电压下可靠稳定的工作；在 ＩＳＯ１５６９３规定的最小场强０．１５Ａ／Ｍ处，整个芯片的电源电压为３．３Ｖ，且功耗小于６０μＷ。 关键词：ＩＳＯ１５６９３；非接触式ＩＣ卡；整流电路；电源产生电路；解调电路 ＤｅｓｉｇｎｏｆａＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｏｆｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｆｏｒＩＳＯ１５６９３ ＱＩＮＹａｎ－ｑｉｎｇ，ＧＥＹｕａｎ－ｑｉｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｃｏｍｐｌｙｉｎｇｗｉｔｈＩＳＯ１５６９３．Ａｎｏｖｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓｉｍｐｌｅｌｉｍｉｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ，ａｎｄｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓｌｉｍｉｔｅｒｃａｎａｌｓｏｈｅｌｐｔｈｅａｂｏｖｅｃａｒｄｓｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙｗｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｉｓ１０％ＡＳＫｏｒ１００％ＡＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎ－ｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａＤＣｓｕｐｐｌｙｖｏｌｔａｇｅｆｒｏｍ２．２Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｗｏｒｋｐｒｏｐｅｒｌｙａｎｄｓｔｅａｄｉｌｙｆｒｏｍ２．０Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ６０ｕＷａｔ３．３Ｖ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｈｏｌｅｃｈｉｐｗｏｒｋｓａｔｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ０．１５Ａ／Ｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎＩＳＯ１５６９３． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＳＯ１５６９３；ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ；ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔＥＥＡＣＣ：１２０５；１２５０
24GHz射频前端频率合成器设计
第48卷第1期（总第187期） 2019年3月 火控雷达技术 Fire Control Ｒadar Technology Vol.48No.1（Series 187） Mar.2019 收稿日期：2018-10-24作者简介：饶睿楠（1977－），男，高级工程师。研究方向为频率综合器及微波电路技术。 24GHz 射频前端频率合成器设计 饶睿楠 王 栋 余铁军 唐 尧 （西安电子工程研究所西安710100） 摘要：随着微波射频集成电路集成度越来越高， 24GHz 频段的高集成雷达收发芯片逐渐大规模使用。其中英飞凌科技公司的24GHz 锗硅工艺高集成单片雷达解决方案就是其中具有代表性的一种，被大量应用在液位或物料检测、照明控制、汽车防撞、安防系统。FMCW 为此种应用最多采用的信号调制方式。本文采用锁相环频率合成方案，产生系统所需的FMCW 调制信号。关键词：24GHz 射频前端；FMCW ；频率综合器BGT24AT2ADF4159中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－066－04 引用格式：饶睿楠，王栋，余铁军，唐尧．24GHz 射频前端频率合成器设计［ J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：66－69． DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．014 Design of a Frequency Synthesizer for 24GHz ＲF Front Ends Ｒao Ｒuinan ，Wang Dong ，Yu Tiejun ，Tang Yao （Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100） Abstract ：With the increasing integration of microwave and radio-frequency integrated circuits ，highly integrated radar transceiver chips in 24GHz band have gradually found large-scale applications．Among those chips ，Infineon's 24GHz SiGe monolithic radar solution is a typical one．It has found wide applications in liquid （or material ）detec-tion ，lighting control ，automotive collision avoidance ，and security systems．FMCW is the most widely used signal modulation method in these applications．This paper uses PLL frequency synthesis scheme to generate FMCW mod-ulation signals required by the system． Keywords ：24GHz ＲF front end ；FMCW ；frequency synthesizer ；BGT24AT2；ADF4159 0引言 24GHz 频段雷达大量用于液位检测、照明控制、汽车防撞、安防等领域。近年来由于微波集成电路的高速发展，单芯片电路集成度越来越高，出现了一大批高集成、多功能的射频微波集成电路，以前需要几片或十几片芯片的电路被集成在一片集成电路之中。英飞凌公司推出的基于锗硅工艺的高集成单片雷达解决方案就是其中对具代表性的产品之一。FMCW 信号调制方式被广泛的应用于此类产品。本文采用英飞凌公司BGT24AT2单片信号源芯片与ADI 公司ADF4159锁相环芯片构成24GHz 射频前端频率合成器部分，产生了24GHz 24．2GHz FM-CW 发射信号。 1BGT24AT2锗硅24GHz MMIC 信号源芯片基本指标 BGT24AT2是一款低噪声24GHz ISM 波段多功能信号源。内部集成24GHzVCO 和分频器。3路独立的ＲF 输出可分别输出+10dBm 的信号，通过SPI 可对输出信号功率进行控制。发射信号的快速脉冲和相位反向可通过单独的输入引脚或通用的SPI 控制接口进行控制。片内集成输出功率及温度传感器，可对芯片工作情况进行监控。芯片工作的环境温度为－40? 125?，满足汽车级环境应用要求。封装为32脚VQFN 封装，单3．3V 电源供电，节省了大量板上空间。其原理框图如图1所示。
手机电路原理,通俗易懂
第二部分原理篇 第一章手机的功能电路 ETACS、GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话包括无线接收机(Receiver)、发射机(Transmitter)、控制模块(Controller)及人机界面部分(Interface)和电源(Power Supply)。 数字手机从电路可分为，射频与逻辑音频电路两大部分。其中射频电路包含从天线到接收机的解调输出，与发射的I/Q调制到功率放大器输出的电路；逻辑音频包含从接收解调到，接收音频输出、发射话音拾取(送话器电路)到发射I/Q调制器及逻辑电路部分的中央处理单元、数字语音处理及各种存储器电路等。见图1-1所示 从印刷电路板的结构一般分为：逻辑系统、射频系统、电源系统，3个部分。在手机中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成手机的各项功能。 图1-1手机的结构框图 注：双频手机的电路通常是增加一些DCS1800的电路,但其中相当一部分电路是DCS 与GSM通道公用的。 第二章射频系统 射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机要得到GSM系统的服务,首先必须有信号强度指示,能够进入GSM网络。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。 对于目前市场上爱立信、三星系列的手机,当射频接收系统没有故障但射频发射系统有故障时,手机有信号强度值指示但不能入网；对于摩托罗拉、诺基亚等其他系列的手机,不管哪一部分有故障均不能入网,也没有信号强度值指示。当用手动搜索网络的方式搜索网络时,如能搜索到网络,说明射频接收部分是正常的；如果不能搜索到网络,首先可以确定射频接收部分有故障。 而射频电路则包含接收机射频处理、发射机射频处理和频率合成单元。 第一节接收机的电路结构 移动通信设备常采用超外差变频接收机，这是因为天线感应接收到的信号十分微弱,而鉴频器要求的输人信号电平较高,且需稳定。放大器的总增益一般需在120dB以上,这么大的放大量,要用多级调谐放大器且要稳定,实际上是很难办得到的，另外高频选频放大器的通带宽度太宽,当频率改变时,多级放大器的所有调谐回路必须跟着改变，而且要做到统一调谐,
实验一 射频前端发射和接收器
实验一射频前端发射和接收器 一、实验目的： 1、了解射频前端发射器和接收器的基本结构与主要设计参数。 2、利用实验模组的实际测量了解射频前端发射器和接收器的基本特性。 二、预习内容： 1、预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的原理的理论知识。 2、预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的设计的原理的理论知识。 3、熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的 理论知识。 4、熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的 设计的理论知识。 三、实验设备： 四、理论分析： 基本结构与设计参数说明： 在无线通讯中，射频发射器担任着重要的角色。无论是话音还是数据信号要利用电磁波传送到远端，必须使用射频前端发射器。如图1－1(a)所示，它大抵可分成九个部分。 1．中频放大器(IF Amplifier) 2．中频滤波器(IF Bnadpass Filter) 3．上变频频混频器(Up-Mixer; Up Converter) 4．射频滤波器(RFBandpass Filter) 5．射频驱动放大器(RF Driver Amplifier) 6．射频功率放大器(RF Power Amplifier) 7．载波振荡器(Carrier Oscillator; Local Oscillator) 8．载波滤波器(LO BPF) 9．发射天线(Antenna) 其中放大器的基本原理与设计方法可参考主题六，而滤波器的基本原理与设
计方法已可参考主题五的说明。至于振荡器的部分，可于主题八与与主题九获得一些参考。 天线部分则可由主题十得到概念。 所以，在此单元中将就上变频器部分的基本原理做一说明。并介绍发射器的几个重要设计参数。 图1-1(a)基本射频前端发射器结构图 图1-1(b)单变频结构射频前端接收器 如图1-1(b)可见，射频前端接收器可分为天线(Antenna)、射频低噪声放大器(RF Low Noise Amplifier ， LNA)、下变频器(Down-Mixer ， Down Converter)、中频滤波器(Intermidate Frequency Bandpass Filter ， IF BPF)、本地振荡器 (Local Oscillator ， LO)。其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后，经LNA 将功率放大，再送入下变频器与LO 混频后由中频滤波器将设计所要的部分(Baseband Processing Unit 、BPU)解调(Demodulation)出所需要的信号(Message Signals). 这类只经一个混频器上变频(或下变频)的电路构造称为单变频结构(Single Conversion configuration)。而在实际应用中也有双变频结构(Dual Conversion Configuration)，甚至多变频结构(Multi-conversion Configuration)，使用的时机视系统指标而定。因为BPU 的处理频率有所限制(一般在500MHz 以下)，所以需要利用变频器(Mixer)及频道振荡器(Channel Oscillator)将射频信号由射频前端接收器下变频为中频段(Intermidate Frequency Band 、IF)信号后再送入BPU ，或是将BPU 送出的IF 信号用射频前端发射器上变频至射频段(Radio Frequency Band 、RF)信号经放大后再发射。 本单元以单变频结构来说明一个射频前端接收器的各设计参数. Signal From Unit BPU
05射频前端下变频器
实验五 微波下变频器的测试实验 一、实验目的 1．了解射频前端接收器的基本电路结构与主要设计参数的计算. 2．用实验模块的实际测量得以了解射频前端接收器的基本特性. 二、预习内容 1． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的理论知识。 2． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的设计的理 论知识。 三、实验设备 四、理论分析 如图6-1所示，射频前端接收器可分为天线(Antenna)、射频低噪声放大器(RF Low Noise BPU ANTENNA 图6-1单变频结构射频前端接收器基本电路结构
Amplifier , LNA)、下变频器(Down-Mixer , Down Converter)、中频滤波器(Intermidate Frequency Bandpass Filter , IF BPF)、本地振荡器 (Local Oscillator , LO)。其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后,经LNA 将功率放大，再送入下变频器与LO 混频后由中频滤波器输出到 基带处理单元(Baseband Processing Unit 、BPU)解调(Demodulation)出所需要的信号(Message Signals). 这类只经一个混频器上变频(或下变频)的电路构造称为单变频结构(Single Conversion configuration)。而在实际应用中也有双变频结构(Dual Conversion Configuration)，甚至多变频结构(Multi-conversion Configuration)，使用的场合视系统指标而定。因为BPU 的处理频率有所限制(一般在500MHz 以下)，所以需要利用变频器(Mixer)及频道振荡器(Channel Oscillator)将射频信号由射频前端接收器下变频为中频段(Intermidate Frequency Band 、IF)信号后再送入BPU ，或是将BPU 送出的IF 信号用射频前端发射器上变频至射频段(Radio Frequency Band 、RF)信号经放大后再发射。 射频前端接收器有如下设计参数. (一) 天线 (Antenna) (二) 射频接收滤波器 (RF_ BPF1) (三) 射频低噪声放大器 (LNA) (四) 射频混频滤波器 (RF_BPF2) (五) 下变频器 (Down Mixer) (六) 带通滤波器 (Filter) (七) 本地振荡嚣 (Local Oscillator) (八) 中频放大器 (IF Amplifier) 主要设计参数: (一) 接收灵敏度(Receiver Sensitivity) s d w T Z SNR B T k F S ?????=)( (式6-1) 其中 S —— 接收灵敏度 K —— 1.38*10-23(Joul/°K),波尔兹曼常数(B oltzmann’s Constant ) T —— 绝对温度(°K)= 273.15+T(°C) B W —— 系统的等效噪声频宽 SNR d —— 在检波器输入端,系统要求的信噪比 (Signal-to-noise Ratio) Zs —— 系统阻抗(System Impedance) F T —— 总等效输入噪声因子(Noise Factor) 而上述中,总等效输入噪声因子(Noise Factor)则是由三大部分组成. (1) F in1,由接收器各单级的增益与噪声指数(Noise Figure)造成., (2) F in2,由镜频噪声(Image Noise)造成. (3) F in3,由宽带的本地振荡调制噪声(Wideband LO AM Noise)造成. 其计算公式如(式6-2) (式6-3) (式6-4)及(式6-5)所列. 321in in in T F F F F ++= (式6-2)
射频前端本振电路部分设计
1.1本振电路 1.1.1本振电路框图 框图如下图所示，时钟源部份，单片机控制部份、和本振电路部份三大块，由于有三级混频，本振电路必须提供三个本振频率，第一本振频率是可调的，第二、三本振频率则是固定的。 图1本振电路框图 1.1.2时钟源 时钟源分为外部参考时钟源和内部时钟源，当使用外部参考时钟源时，内部时钟源自动断开，外部时钟源主要的作用就是为了同步，一般是在双通道或多通道测向时需要采用。外部时钟源的精度稳定度就无法控制。 不作双通道测向时，则主要是靠内部时钟源提供时钟基准。内部时钟源采用高稳定度时钟，稳定度为10-9-10-7。 同时，也向外提供10MHz的时钟输出。如下图：
图 2时钟源框图 1.1.3本振电路及噪声分析 接收机本振源采用了DDS+PLL混合合成的技术，如错误！未找到引用源。所示。 图 3 接收机本振源原理 这个框图只是一个本振的大致框图，具体电路应该根据本方案的要求对电路作相应的改动，以适应要求。 由图可见，参考频率为10?，高速DDS根据需要产生所需要的信号，经过滤波器组初步滤除谐波杂散，送入后续的PLL做激励信号。VCO产生的信号经过合适的分频与激励信号比较，锁定频率和相位。 接收机的相位噪声指标主要取决于本振相位噪声，这个方案其基础相位噪声为参考源相位噪声，而输出信号在此基础上有一定的恶化，恶化程度则主要取决于PLL本身的噪声+分频器分频系数带来的噪声恶化+DDS噪声恶化。在选取低噪声的鉴频鉴相器和VCO器件后，系统的主要噪声恶化就取决于后两者。分频器分频系数若为N，其带来的噪声恶化为20Log(N)，若M为DDS输出频率与参考频率
GPS接收机的射频前端测试原理和方法
GPS接收机的射频前端测试原理和方法 作为GPS接收机重要组成部分的接收机射频前端电路是接收机动态性能的关键部件。它的很多指标，诸如噪声系数、动态范围、镜频抑制、1dB 压缩点和相位噪声等，都直接影响接收机的性能。因此，射频指标的准确测量对GPS 接收机性能的准确评估非常重要。要有自主知识产权的接收机，就必须有一套完整而有效的射频模块指标的测试方法 GPS信号测试的基本要求 GPS 信号一般使用两个射频波段：一个信号频率为1575.42MHz（L1波段）,另一个信号频率1227.6MHz（L2波段）。一般来说，商用GPS接收机使用的波段为 L1波段。接收机接收到最小信号功耗为-133dBm到-130dBm，此信号非常微弱，淹没在噪声里。测量 GPS 射频模块所要使用的仪器设备及配件其可用频率要高出五倍卫星信号频率以上，才能满足最基本的谐波失真测量。对于测量中使用的同轴线、接头、负载等所有的特性阻抗都要是 50Ω的特性，才能匹配良好。同时，其辅助测试工具除了阻抗匹配良好还要具有容易校正、误差小、连接方便、高可靠性及重复性的特点。定期校正测试仪器也很重要，而且校正时要将连接线、接头、衰减器等所有配件连接后一同测量。 GPS射频各指标测试的方法
GPS 射频部分的测试方案很多，其中比较重要的指标有：增益，可控增益范围，输入压缩点，噪声系数，镜频抑制，本振到信号的隔离度，本振相噪等。 增益测量 GPS 射频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。GPS 接收机射频前端的增益一般都在 110dB 左右。增益可以使用频谱分析仪来测量。 低噪声放大器、混频器等器件的增益可以用向量网络分析仪来测量S21得到，注意埠的50Ω匹配。连接如图 2。 有两个系统性能参数体现了接收机的线性度，三阶交调点和 1dB 压缩点。三阶交调特性会将邻道信号的交调项混到有用信号中，造成信号质量的退化。但是，对于 GPS 来说，在带内只有一个通道，没有强的邻道干扰信号，因此，主要从1dB压缩性能来考虑系统的线性度。实际的放大器其输出功率并无法随着输入功率的增加而一直维持线性比例放大，最后总会达到饱和，当放大器的增益较线性的理想值减小 1dΒ时的输入功率称之为输入 1dΒ压缩点(见图 3)。测量时如图 1 连接后，用信号发生器做功率扫描，从而找到输入 1dB 压缩点
最新射频电路设计原理与应用
射频电路设计原理与 应用
【连载】射频电路设计——原理与应用 相关搜索:射频电路, 原理, 连载, 应用, 设计 随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（RF）和微波（MW）电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。微波射频识别系统（RFID）的载波频率在915MHz和2450MHz频率范围内；全球定位系统（GPS）载波频率在1227.60MHz和1575.42MHz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在1.9GHz，并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在C波段卫星广播通信系统中包括4GHz的上行通信链路和6GHz的下行通信链路。通常这些电路的工作频率都在1GHz以上，并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验。 下面的内容主要是结合我从事射频电路设计方向研究4年来的体会，讲述在射频电路设计中必须具备的基础理论知识，以及我个人在研究和工作中累积的一些实际经验。 作者介绍 ChrisHao，北京航空航天大学电子信息工程学院学士、博士生；研究方向为通信系统中的射频电路设计；负责或参与的项目包括：主动式射频识别系统设计、雷达信号模拟器射频前端电路设计、集成运算放大器芯片设计，兼容型GNSS接收机射频前端设计，等。 第1章射频电路概述 本章首先给出了明确的频谱分段以及各段频谱的特点，接着通过一个典型射频电路系统以及其中的单元举例说明了射频通信系统的主要特点。 第1节频谱及其应用 第2节射频电路概述 第2章射频电路理论基础 本章将介绍电容、电阻和电感的高频特性，它们在高频电路中大量使用，主要用于：（1）阻抗匹配或转换（2）抵消寄生元件的影响（扩展带宽）（3）提高频率选择性（谐振、滤波、调谐）（4）移相网络、负载等 第1节品质因数 第2节无源器件特性 第3章传输线 工作频率的提高意味着波长的减小，当频率提高到UHF时，相应的波长范围为10-100cm，当频率继续提高时，波长将与电路元件的尺寸相当，电压和电流不再保持空间不变，必须用波的特性来分析它们。 第1节传输线的基本参数 第2节终端带负载的传输线分析 (1) 第3节终端带负载的传输线分析 (2) 第4章史密斯圆图 为了简化反射系数的计算，P.H.Smith开发了以保角映射原理为基础的图解方法。这种近似方法的优点是有可能在同一个图中简单直观的显示传输线阻抗以及反射系数。本小节将对史密斯圆图进行系统的介绍。第1节史密斯圆图
接收机中的射频前端结构及设计技术
接收机中的射频前端结构及设计技术 现代民用及军用设施使用电子设备繁多，电磁环境复杂，相互干扰严重。一般地，车、船和飞机上的通信设备收发机都集成在一起。以短波通信设备为例，发射机的残余信号在接收机输入端产生的电平达120dBV（即13dBm）或更高。而接收机所需接收的微弱信号电平可能仅-6～0dBV（即-117～-113dBm）。因此，要求接收机处理的信号动态范围高达120～126dB。另外，高电平干扰信号与所接收信号频率仅相距数十千赫，所以，高电平干扰信号和它们在接收机中产生的互调产物会严重影响接收机的输出信噪比。为了降低这种影响，就要求接收机具有以下性质： 高选择性，接收机的动态范围尽可能要大；高线性，在信道滤波之前，降低带外高电平干扰信号在信道滤波器通带内产生的互调产物；极低的本振相位噪声，以免邻近的干扰信号将本振噪声转换到接收机信道带宽内。 作为接收机重要组成部分的接收机射频前端是接收机动态性能的关键部件，它工作于中频放大器之前。诸如动态范围、互调失真、-1dB压缩点和三阶互调截获点等，都与接收机前端的性能有直接关系。本文以下将介绍接收机中的射频前端设计技术。 射频前端的几种结构1、最简单的射频前端结构接收机前端电路有几种不同的结构。图1示出了一种最简单的形式。这种结构无射频放大器，在带通滤波器之后，只有混频器和本机振荡器。带通滤波器的输入来自天线，其输出经过混频器到达中频放大器进行后续处理。 这种结构的主要特点是：第一，在实现中所需成本比其它结构少；第二，避免由于处理无用的能量而消耗混频器的动态范围。 带通滤波器具有良好的前向性能（在通频带范围内）和良好的反向隔离性能。这样可以防止本振信号能量辐射到天线，进而避免天线辐射这些信号能量。带通滤波器有三个主要任务：
射频电路结构和工作原理
射频电路结构和工作原理 一、射频电路组成和特点： 普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。其主要负责接收信号解调；发射信息调制。早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。 RXI-P RXQ-P RXQ-N （射频电路方框图） 1、接收电路的结构和工作原理： 接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，
高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。 1、该电路掌握重点: （1）、接收电路结构。 （2）、各元件的功能与作用。 (3)、接收信号流程。 电路分析: （1）、电路结构。 接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。 （接收电路方框图） （2）、各元件的功能与作用。 1)、手机天线： 结构：（如下图）
由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。 塑料封套螺线管 （外置天线）（内置天线） 作用： a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。 b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。 2)、天线开关： 结构：（如下图） 手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。 900M收收GSM 900M收控收控 900M发控GSM 900M发入GSM （图一）（图二） 作用：其主要作用有两个： a）、完成接收和发射切换； b）、完成900M/1800M信号接收切换。
毫米波接收机射频前端设计
毫米波接收机射频前端ADS仿真设计 赵涔伶羊恺 电子科技大学空天科学技术研究院 610054 摘要：本文应用ADS软件对毫米波频段的接收机射频前端系统进行了建模和仿真。采用超外差结构接收机，对接收机射频前端进行了指标分配，运用S参数仿真、谐波平衡仿真、谐波双音仿真等仿真方法对此接收机射频前端系统的各种性能参数进行了模拟检测。 关键词：毫米波、接收机、射频前端、ADS仿真 一、 引言 毫米波是整个电磁频谱里不可缺少的一段，具备微波系统和红外系统的特点。毫米波技术是当今微波技术领域最敏感的课题之一,现代的通信、电子对抗、遥感遥测、雷达与制导系统的工作频率已逐步由微波波段扩展到毫米波波段，同时毫米波具有频带宽、波束窄、保密和抗干扰能力强、容量大等优点受到各界关注。而毫米波系统在民用通信、军事、射电天文、遥感遥测系统以及生物效应等方面的应用越来越广泛，作为系统主体部分的接收前端子系统则对整个系统起着至关重要的作用，它的性能和价格直接影响整个系统的的目标能否达到[1]。本文提出了应用ADS软件对毫米波频段的接收机射频前端系统进行了建模和仿真。在ADS软件环境下运用了S参数仿真、谐波平衡仿真、谐波双音仿真等仿真方法对此接收机射频前端系统的噪声系数、增益、中频输出、三阶交调等各种性能参数进行了模拟检测。 二、 接收机射频前端的组成 本文采用超外差式接收机，其射频前端部分的结构方框图如下图1所示。信号经天线进入接收机首先经过射频低噪声放大器放大，经由射频滤波器抑制镜像干扰和其他杂散信号，再与本振相混频，变换成中频信号，经过滤波放大得到中频输出。 图1 超外差接收机射频前端方框图 三、 接收机主要性能指标理论分析[2-3] 3.1 噪声系数 噪声系数定义为接收机输入信噪比和输出信噪比的比值，表达式为