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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

2.2噪声系数GPS接收机射频前端内部本身也会产生噪声，用噪声系数来表示，其值越小越好。
Si和Ni是输入信号和输入噪声，So和No是输出信号和输出噪声。GPS接收机前级所使用的低噪声放大器(lownoiseamplifier,LNA)的噪声系数尤其重要。如果噪声系数太大，将会影响到GPS接收机的系统灵敏度。常用的测量噪声系数的方法有两种：使用噪声系数测试仪直接测量、增益法。噪声系数测试仪直接测量示意图如图4。

使用噪声系数分析仪是测量噪声系数的最直接方法。结果也是最准确地。并且分析仪能够同时显示增益和噪声系数。但分析仪有频率限制，并且当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。
增益法是基于噪声系数的定义。噪声由两个因素产生。一个是到达射频系统输入的干扰，与需要的有用信号不同。第二个是由于射频系统载波的随机扰动。第二种情况是布朗运动的结果，应用于任何电子器件中的热平衡，器件的可利用的噪声功率为：PNA=kTΔF，ΔF=噪声带宽(Hz)。在室温(290ΔK)时，噪声功率谱密度PNAD=-174dBm/Hz.
因而我们有以下的公式：
NF=PNOUT-(-174dBm/Hz+20*log10(BW)+Gain)
在公式中，PNOUT是已测的总共输出噪声功率，-174dBm/Hz是290°K时环境噪声的功率谱密度。BW是感兴趣的频率带宽。Gain是系统的增益。NF是DUT的噪声系数。为简化公式，我们可以直接测量输出噪声功率谱密度(dBm/Hz)，这时公式变为：
NF=PNOUTD+174dBm/Hz–Gain
这样我们只要再测出增益就可以算出噪声系数的值。

镜像抑制
镜像信号的存在会影响信号的信噪比。为了抑制这种影响，接收机必须有一定的镜像抑制率。即在混频器之前将镜像位置的信号抑制到一定的程度，以减小混入带内的信号对中频信号的影响。测量镜像抑制需要用到的仪器有信号发生器、衰减器、频谱分析仪。信号发生器产生一定功率的镜像信号，通过一个固定衰减器送到GPS接收机的射频输入端，然后用频谱分析仪看混频器前镜像信号的功率。
2.4本振到射频间隔离度接收机各频率端口之间的隔离度包括三项，信号与本振之间的隔离度，信号与中频之间的隔离度，本振与中频之间的隔离度。隔离度定义是本振或信号泄漏到其它端口的功率与原有功率之比，单位为dB。在GPS接收机中，比较重要的指标是到射频间隔离度，本振至射频信号的隔离度不