GPS 接收器測試

當(dāng)要記錄任何無線訊號(hào)時(shí)，可將參考準(zhǔn)位設(shè)定高出一般峰值功率至少 5 dB，以因應(yīng)任何訊號(hào)強(qiáng)度的異?，F(xiàn)象。在某些情況下，雖然上述此步驟將降低 VSA 的有效動(dòng)態(tài)范圍，但 GPS 訊號(hào)卻不會(huì)受到影響。由于 GPS 訊號(hào)于天線輸入的最大理想 SNR 即為 58 dB (-116 + 174)，因此若于 VSA 記錄超過 58 dB 的動(dòng)態(tài)范圍將無任何意義。因此，我們甚至可以「拋棄」儀器的動(dòng)態(tài)范圍達(dá) 10 dB 以上，亦不會(huì)影響記錄訊號(hào)的質(zhì)量 (在此帶寬中，PXI-5661 將提供優(yōu)于 75 dB 的動(dòng)態(tài)范圍)。

由于必須設(shè)定合適的參考準(zhǔn)位，適當(dāng)設(shè)定記錄裝置的 RF 前端亦顯得同樣重要。如先前所提，若要獲得最佳的 RF 記錄數(shù)據(jù)，則建議使用主動(dòng)式 GPS 天線。由于主動(dòng)式天線內(nèi)建 LNA，以低噪聲系數(shù)提供最高 30 dB 的增益，因此亦可供應(yīng) DC 偏壓。下方將接著說明多種偏壓方式。

方法1: 以 GPS 接收器進(jìn)行供電的主動(dòng)式天線

第一個(gè)方法，是以 DC 偏壓「T」供電至主動(dòng)式天線。在此范例中，我們將 DC 訊號(hào) (此為 3.3 V) 套用至偏壓「T」的DC 埠，且「T」又將合適的 DC 偏移套用至主動(dòng)式天線。請(qǐng)注意，此處將根據(jù)主動(dòng)式天線的 DC 功率需求，進(jìn)而決定是否套用精確的 DC 電壓。下圖即說明相關(guān)連結(jié)情形。

圖 7. 使用 DC 偏壓「T」供電至主動(dòng)式 GPS 天線

在圖7 中可發(fā)現(xiàn)，PXI-4110 可程序化 DC 電源供應(yīng)器，即可供應(yīng) DC 偏壓訊號(hào)。雖然多款現(xiàn)成的電源供應(yīng)器 (其中亦包含價(jià)位較低的電源供應(yīng)器) 均可用于此應(yīng)用中，我們還是使用 PXI-4110 以簡化作業(yè)。同樣的，現(xiàn)有常見的偏壓器 (Bias tee) 可進(jìn)行最高 1.58 GHz 的作業(yè)，而此處所使用的偏壓器購自于 www.minicircuits.com.

方法 2：以接收器供電至主動(dòng)式天線

供電至主動(dòng)式 GPS 天線的第二個(gè)方法，即是透過天線本身的接收器。大多數(shù)的現(xiàn)成 GPS 接收器，均使用單一端口供電至主動(dòng)式 GPS 天線，且此端口亦透過合適的 DC 訊號(hào)達(dá)到偏壓。若將主動(dòng)式 GPS 接收器整合分裂器 (Splitter) 與 DC 阻絕器 (Blocker)，即可供電至主動(dòng)式 LNA，并僅記錄 GPS 接收器所獲得的訊號(hào)。下圖即為正確的連結(jié)方式：

圖 8. 透過 DC 阻絕器 (Blocker)，將可記錄并分析 GPS 訊號(hào)

如圖 8 所示，GPS 接收器的 DC 偏壓即用以供電至 LNA。請(qǐng)注意，由于當(dāng)進(jìn)行記錄時(shí)，即可觀察接收器的相關(guān)特性，如速度與精確度衰減 (Dilution) 情形，因此方法 2 特別適用于驅(qū)動(dòng)程序測試。

串聯(lián)式 (Noise figure) 噪聲系數(shù)計(jì)算

若要計(jì)算已記錄 GPS 訊號(hào)的總噪聲量，只要找出整體 RF 前端的噪聲系數(shù)即可。就一般情況來說，整組系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，往往受到系統(tǒng)的第一組放大器所影響。在所有 RF 組件或系統(tǒng)中，噪聲系數(shù)均可視為 SNRin 與 SNRout (參閱：量測技術(shù)的噪聲系數(shù)) 的比例。當(dāng)記錄 GPS 訊號(hào)時(shí)，必須先找出整體 RF 前端的噪聲系數(shù)。

當(dāng)執(zhí)行串聯(lián)式噪聲系數(shù)計(jì)算時(shí)，必須先行針對(duì)每筆噪聲系數(shù)與增益，將之轉(zhuǎn)換為線性等式;即所謂的「噪聲因子 (Noise factor)」。當(dāng)以串聯(lián)的 RF 組件計(jì)算系統(tǒng)的噪聲系數(shù)時(shí)，即可先找出系統(tǒng)的噪聲因子，并接著轉(zhuǎn)換為噪聲系數(shù)。因此系統(tǒng)的噪聲系數(shù)必須使用下列等式計(jì)算之：

等式 2. 串聯(lián)式 RF 放大器的噪聲系數(shù)計(jì)算作業(yè) [3]

請(qǐng)注意，由于噪聲因子 (nf) 與增益 (g) 屬于線性關(guān)系而非對(duì)數(shù) (Logarithmic) 關(guān)系，因此以小寫表示之。下列即為增益與噪聲系數(shù)，從線性轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù) (反之亦然) 的等式：

等式 3 到等式 6. 增益與噪聲系數(shù)的線性/對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換 [3]

內(nèi)建低噪聲放大器 (LNA) 的主動(dòng)式 GPS 天線，一般均提供 30 dB 的增益，且其噪聲系數(shù)約為 1.5 dB。在儀控記錄作業(yè)的第二階段，則由 NI PXI-5690 提供 30 dB 的附加增益。由于其噪聲系數(shù)較高 (5 dB)，因此第二組放大器僅將產(chǎn)生極小的噪聲至系統(tǒng)中。在教學(xué)實(shí)作中，可針對(duì)記錄儀控作業(yè)的完整 RF 前端，使用等式 2 計(jì)算其噪聲因子。增益與噪聲系數(shù)值即如下圖所示：

表3. RF 前端的首 2 組組件噪聲系數(shù)與因子。

根據(jù)上列計(jì)算，即可找出接收器的整體噪聲因子：

等式 7. RF 記錄系統(tǒng)的串聯(lián)噪聲系數(shù)

若要將噪聲因子轉(zhuǎn)換為噪聲系數(shù) (單位為 dB)，則可套用等式 3 以獲得下列結(jié)果：

等式 8. 第一組 LNA 的噪聲系數(shù)將影響接收器的噪聲系數(shù)

如等式 8 所示，第一組 LNA (1.5 dB) 的噪聲系數(shù)，將影響整組量測系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。透過 VSA 的相關(guān)設(shè)定，可讓儀器的噪聲水平 (Noise floor) 低于輸入激發(fā)的噪聲水平，因此用戶所進(jìn)行的記錄作業(yè)，將僅對(duì)無線訊號(hào)造成 1.507 dB 的噪聲。