GPS接收机射频前端电路原理与设计
射频接收机前端及其关键模块设计
参数 和 结构 ，并 分析 了低噪 声放 大 器和 混频 器等 射 频接 收机 前 端 的 两个 关键 模 块 ，从 而帮助 设 计 套 射 频接 收机 前 端 系统 ，确保
一
整 个 接 收 机 的 性 能 和 接 收 信 号 的 质 量。
收器 的第一 级 ，当射频信号进入 到接 收机时往 往先要通 过低噪声放大器模块 。它 的噪声、线 益 ，要仔细选择跨 阻放大器上 的反馈 电容 和反 性度 以及增 益等对整个接受机 的性能都具有 一 馈 电阻的数值。一般这类射频器 的热 噪声主要 定 的影响。所 以对 低噪声放大器设计 时 ， 要 使 来 源于输入跨导管 、开关管的 的沟道 热噪声 以
中 简 要 介 绍 了射 频 接 收 机 的 主 要
重要特征和整个接 收机 系统的性能 ，因此要对 混频器 和电压模 式的混频器 。电流模 式的无源 射频接收机前端 的核心部 件进 行设计 ，它主要 混频器控 制交流电流流过的开关 ，同时开 关两 包括 低噪声放大器和混频器两大 关键模块 。 端不会 出现 较大 的信号 电压幅度 ，跨导级是它 的第一级 ， 将输入的 电压信号转换为 电流信号 ， ２ ． １低 噪 声 放 大 器 （ Ｌ Ｎ Ａ） 然后 电流信号进入开 关级 ，由开关级开关调制
Байду номын сангаас
其具备尽 可能低的功耗 、足够大 的增益 、尽 可 及 跨 阻放 大 器 的 热 噪声 。 电压 模 式 的无源 混频 器 具有 较 好 的线性 能克服 混频器 的噪声干扰 、特定 的输入 阻抗 和
接收机中的射频前端设计
接收机中的射频前端设计接收机中的射频前端设计摘要本文首先简要说明了射频前端在接收机中的重要性，之后详述了射频前端可能采用的几种结构，并分析了影响其性能的各种因素。
关键词射频前端混频器乱真响应互调截获点一、前言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120dBμV（即13dBm）或更高。
而接收机所需接收的微弱信号电平可能仅-6～0dBμV（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。
二、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。
基于GP2015射频前端电路的GPS接收机设计
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】１００８—１１５１（２００７）１２—００２８—０３
（一 ）引言 ＧＰＳ（全球定位系统）以全天候、高精度、 自动化 、高效率
等 显著特点及其所独具的定位 导航、授时校频 、精密测量等多 方面的强大功能 ，使其用途越来越广泛 。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 。
【摘 要 】概述 了 ＧＰＳ接收机基本工作原理 ，提 出了一种基于 ＧＰ２０１５射频前端 电路 的 ＧＰＳ接 收机 方案。详细说 明 ＧＰ２０１５
射 频放 大器的设计原理 以及外 围匹配电路设计方法。重点叙述 了接 收机软硬件设计思路和方法。
【关键词 】ＧＰＳ；前置放大；变频 ；相 关器；
【中图分类－ｇ－］Ｐ２２８．４
低噪声放 大器 是 ＧＰＳ射频接收器 中最重要的部分，放大器 基本上可 以决定整个接收机 的噪 声大 小，与之匹配 的射频前端 电路 实现 ＧＰＳ信 号的下变频 ，经 ＡＤ转换得到数字 中频信号 。图 ２示 出 ＧＰ２０１５的基本设计应用 电路 。
图 １ ＧＰＳ接 收 机 基 本 结构 示 意 图
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。目前， 卫星导航 的应用 已经遍及 军事 、航海 、航空 、测量、交通 、勘 测等几乎一切与位置、速度 、时间有关的人类活 动中。在各种 全球定位系统不断发展的同时，ＧＰＳ用户端 设备也处于不 断升 级和发展之 中。
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
何宇云
【期刊名称】《电脑乐园》
【年(卷),期】2021()11
【摘要】GPS 它是由美国开发的卫星导航定位系统,为全球用户提供高精度定位,
导航和定时服务。
随着GPS 技术的发展,申请领域越来越广泛地从军事领域到平民。
现在越来越多 GPS 接收器嵌入在便携式消费产品中,这项描述GPS接收器该研究
已成为具有实用价值的流行主题。
相关的测试结果表明,我们的前端电路已达到预
期的性能。
目前,前端电路已经开始应用于相关项目的设计,并且对未来的多频多系
统导航接收器的开发具有很好的参考。
【总页数】2页(P0112-0113)
【关键词】GPS接收机;双频;前端电路;原理设计
【作者】何宇云
【作者单位】广东理工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP
【相关文献】
1.GPS接收机射频前端电路原理与设计
2.基于SE4100L设计GPS接收机射频前
端电路3.基于NJ1006的GPS接收机射频前端电路设计4.基于GP2015射频前端电路的GPS接收机设计5.超外差结构GPS接收机射频前端电路仿真研究
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射频接收机前端AGC系统的电路设计
射频接收机前端AGC系统的电路设计提纲：一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究四、射频接收机AGC系统的性能评估与实验测量五、未来射频接收机前端AGC系统的发展趋势和展望一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点AGC（Automatic Gain Control）系统是射频接收机的重要组成部分，在信道不稳定的环境下可以实现信号输入电平的自动控制。
其主要功能是控制单位电平内射频前端放大器的信息增益，以确保信号在最佳的动态范围内运行。
射频接收机前端AGC系统的设计要点主要包括信号放大段、包络检波环节、比较环节和控制回路。
其中，信号放大段的设计为AGC系统的核心，关系到整个系统性能的优劣。
当前，射频接收机前端AGC系统的设计主要分为两大类：一类是传统模拟AGC系统，它采用经典的线性控制回路，具有结构简单，功耗低，抗干扰能力强等优点；另一类是数字AGC系统，它基于DSP的现代控制理论，具有精度高，响应速度快等优点。
二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术目前，传统AGC系统仍然是射频接收机中最常用的设计方案之一。
然而，传统AGC系统在设计中还存在一些挑战，主要包括信号失真、抗干扰能力不足和高功耗等问题。
为克服这些问题，优化设计技术主要包括：1、引入自适应控制器，利用反馈控制环节提高控制精度和系统鲁棒性，增强系统的稳定性和抗干扰能力。
2、优化模拟电路设计，提高系统带宽、增益平坦度和延时响应特性，并减少失真和噪声干扰。
3、使用低功耗模拟电路设计，降低系统功耗并提高信号处理速度。
三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究现代射频接收机前端AGC系统采用数字控制理论，利用高速AD/DA转换器实现对系统的数字控制。
其优点在于精度高，控制方便和响应速度快等。
目前，现代AGC系统主要分为三类：1、基于改进的遗传算法和FPGA的AGC系统，该设计主要以FPGA为核心控制器，利用改进的遗传算法实现AGC控制回路，并通过DSP进行算法协调。
GPS接收机射频前端电路
GPS接收机射频前端电路GPS receiver rf circuit[摘要]在GPS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，选用芯片实现了射频单元的三级变频方案。
概述了GPS接收机基本工作原理，提出了一种基于GP2000射频前端电路的GPS接收机方案。
详细说明GP2000射频放大器的设计原理以及外围匹配电路设计方法。
重点叙述了接收机软硬件设计思路和方法。
关键词：GPS；前置放大；变频；相关器。
Abstract: In the design of high frequency used the GPS, low noise amplifier to abate antenna thermal noise and front level in the receiver unit circuit performance influence. Specialized superheterodyne type circuit based on structure, mirror frequency suppression and channel selection principle, choose chip realized the rf unit level 3 frequency conversion plan. Summarizes the basic working principle of GPS receiver, and puts forward a kind of GP2015 rf circuit based on the GPS receiver scheme. Details GP2015 rf design principle and peripheral amplifier matching circuit design method. Key described hardware and software design idea and method for the receive.Keywords: GPS,preamplifier,Frequency conversion,correlator引言：GPS(全球定位系统)以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，使其用途越来越广泛。
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。
GPS双频 M码接收机射频前端设计与实现
GPS双频 M码接收机射频前端设计与实现景晗;郑建生;吴越【摘要】介绍了GPS信号体制、新型军用M码的产生方式及其特点，并将新型M码信号与传统GPS信号做了对比。
采用超外差式结构分离元器件方案完成了系统的设计并给出了组成原理框图。
然后对原理框图中每一个功能单元的电路实现进行了设计，合理选择了低噪声放大器、功分器、射频滤波器、射频放大器、混频器、本振发生器、中频滤波器、中频放大器、数控衰减器、末级放大器等，根据选择的器件完成了原理图以及PCB设计，并为系统设计了屏蔽盒。
最后对系统相应的指标进行了测试，测试结果表明该射频前端达到了要求的技术指标。
%RF front-end of M Code GPS Dual-frequency Receiver is designed and realized in this paper.First-ly, the traditional GPS signal system, the generation method of new military M code and its characteristic, and differences between the new M code signal and the traditional GPS signals are introduced.The scheme of separation components with superheterodyne structure is selected to complete the system design and the functional block dia-gram is given.Then the circuit implementation of each functional units in the functional block diagram are analyzed and designed by reasonable selections of low noise amplifier, power splitters, RF filter, RF amplifier, mixer, the vibration generator, intermediate frequency filter, intermediate frequency amplifier, digital control attenuator, final stage amplifier and so on.The schematic and PCB design are completed based on the selected devices, and the shielding box is designed for the system.Thecorresponding indexes of system are tested at the end; results show that the RF front-end meets the requirements.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)009【总页数】11页(P205-215)【关键词】GPS;M码;接收机;射频前端【作者】景晗;郑建生;吴越【作者单位】武汉大学电子信息学院，武汉430072;武汉大学电子信息学院，武汉430072;武汉大学电子信息学院，武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TN911.4GPS[1]已经被广泛运用于社会各个领域，但是这种源于20世纪70年代的规划和技术基础的产物在抗干扰、安全性等诸多方面存在着自身难以克服的缺陷。
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。
全球定位系统信号接收机射频模块的设计
主要以研究GPS接收机为目的，以Zarlink公司的GP2015型电路为核心进行GPS 射频前端设计，其中主要包括二级滤波器和晶体振荡器等外围电路的设计，其关键是计算滤波网络参数以匹配带宽要求及整个电路的布局。
对后端的相关和定位解算进行了相应的介绍，整个模块在GPS接收机中相对独立，可以作为独立的部分来设计。
1 引言典型的GPS接收机主要由4部分组成：天线、射频前端、相关器和导航解算部分。
其中，天线主要负责信号的接收；射频前端负责信号的下变频，在当前的数字化接收机中还包括A/D转换，它是所有后端处理的基础，其信号的品质直接影响接收机的性能，相关器主要负责信号跟踪与锁定的硬件部分，包括各种原始数据和测量数据的输出，并传输给微处理器；导航解算部分主要负责信号的跟踪和锁定的软件部分、数据的解调、伪距的提取以及导航数据的解算，它的处理基础是相关器，所有的原始数据来自相关器。
2 GP2015及其外围电路GP2015是Zarlink半导体公司的超小型射频前端器件，它包含除中频滤波器外的所有从天线接收的L1频段信号到两位数字信号的模块。
其中，中频滤波在片外，分别由一个157.42MHz滤波器和一个35.42MHz声表面滤波器组成，包含在VCO（压控振荡器）中的片上PLL用于产生一个本地的振荡频率来提供给混频器，它的参考信号是来自温度补偿晶振（TCXO）的10.000MHz。
Dynex DW9255是声表面波带通滤波器，用它对GPS信号扩频信号的窄带宽进行滤波，在使用之前应该预先调到GPS二级中频的准确频段35.42MHz和1.9MHz的带宽。
滤波器通带的弱衰减性和阻带的强衰减性有助于改进GP2015的抗干扰性。
GP4020是完整的基于GPS接收机的数字基带处理器，它由一个12通道的相关器和带ARM7TDMI核的微处理器组成。
其中，相关器包含12个独立通道的跟踪模块，每个模块包含所有的跟踪和锁定GPS信号的模块，不是每个通道都必须在跟踪的时候激活，这样可以减少电源的消耗，微处理器部分包含萤火虫MF1微控制器。
射频前端的工作原理
射频前端的工作原理
射频前端的工作原理可以从以下几个方面阐述:
一、射频前端的功能
射频前端是一个无线电收发信机的前置电路,主要实现以下功能:
1. 收发射频信号的选择开关功能;
2. 接收信号的低噪声放大;
3. 发射信号的驱动放大;
4. 发射和接收信号的过滤、匹配与隔离。
二、接收路径工作原理
1. 接收天线接收无线电信号;
2. 低噪声放大器提高信号强度,改善信噪比;
3. 滤波器过滤毗邻频段干扰信号;
4. 下变频混频器将高频信号转换到中频或基带;
5. 中频放大器进一步过滤和放大信号。
三、发射路径工作原理
1. 基带信号经过调制形成中频信号;
2. 中频放大器放大调制后的信号;
3. 上变频混频器将中频信号转换到射频;
4. 驱动放大器增大发射功率驱动天线;
5. 发射滤波器滤波发射信号,消除杂散发射。
四、发收切换技术
通过固态开关、循环器、多工器等实现发射和接收路径的快速切换。
五、隔离技术
采用物理屏蔽、准稳态偏置等技术,降低发射信号对接收端的干扰。
六、与数码信号处理的结合
利用数字射频技术,可以实现数字控制,提高性能,实现软件定义射频的目标。
综上所述,射频前端通过精心设计的电路拓扑和组合技术,实现发射和接收两路射频信号的有效处理与链路匹配,是无线电收发系统的关键组成部分。
全球定位系统射频前端电路的设计的开题报告
全球定位系统射频前端电路的设计的开题报告一、选题背景及意义随着现代通信系统和导航系统的发展，利用卫星进行定位的需求不断增加。
全球定位系统（GPS）是一种通过卫星将地面点的位置信息传输到接收器的系统。
由于GPS定位精度高且全球覆盖，因此在无人机、导航、车辆监控等领域有广泛应用。
GPS的射频前端电路是GPS接收机中最核心的部分，也是决定GPS接收机性能的关键因素。
在GPS中，射频前端主要是负责接收卫星发射的信号，并将其放大和处理以提高信噪比，从而实现GPS信号的灵敏度和定位准确度。
因此，设计和开发高性能和低功耗GPS射频前端电路是当前研究的热点和难点问题。
二、研究内容和方法本项目的研究内容是GPS射频前端电路的设计，主要包括两部分：1. 定位信号接收电路设计。
首先，需要设计一个高灵敏度的接收机电路，以提高GPS的接收灵敏度。
其次，还需要设计接收机前端中的放大器电路和低噪声放大器电路，以增强接收机前端的信噪比。
2. 时钟信号回路设计。
在GPS接收机中，时钟信号对接收机的性能有重要影响。
因此，设计一个高精度的时钟信号回路是本研究的一个重要任务。
本项目采用下述研究方法开展：1. 进行文献调研，从文献中了解GPS接收机的相关知识和经典的射频前端电路设计方案。
2. 使用基于硬件描述语言（HDL）进行的电路仿真，验证设计方案的理论可行性及电路性能。
3. 选用TI公司的模拟芯片TIA6043来验证实际模拟电路的性能表现，以检验设计方案的实用性。
三、预期目标和创新点本项目的预期目标是设计出一种高性能、低功耗的GPS射频前端电路，并通过实验验证。
本研究的创新点如下：1. 设计出一种低成本、高性能的GPS射频前端电路，可满足现代导航和车辆监控等应用领域的需求。
2. 提供一种新颖的时钟信号回路设计方案，可增强GPS接收机的性能表现。
3. 采用TI公司的模拟芯片TIA6043来验证实际模拟电路的性能表现，为GPS射频前端电路的实践应用提供了新的方法。
GPS接收机射频前端设计制作与测试的开题报告
GPS接收机射频前端设计制作与测试的开题报告摘要：全球定位系统（GPS）是一种使用卫星信号以确定物体或人员的位置的技术。
GPS接收机是将卫星信号收集、处理、解码以确定位置的设备。
射频前端是GPS接收机中最重要的部分，其主要功能是收集、放大和过滤来自卫星的微弱信号。
本文将介绍GPS接收机射频前端的设计、制作和测试。
关键词：GPS接收机；射频前端；设计；制作；测试一、研究背景GPS技术的广泛应用使得GPS接收机成为了现代导航的重要工具。
GPS接收机的性能关键在于其射频前端的设计，只有在射频前端被正确设计的情况下才能保证GPS接收机在复杂的电磁环境中正确接收卫星信号并解码出正确的位置信息。
因此，对于GPS接收机射频前端的设计、制作和测试具有重要的实际意义和研究价值。
二、研究内容本文将重点研究GPS接收机射频前端设计、制作和测试的关键技术和方法，包括以下方面：1. GPS卫星信号和射频前端介绍GPS卫星信号的基本原理和射频前端在其中的作用。
2. 射频前端设计介绍GPS接收机射频前端的基本设计原理和实现过程，包括电路图设计、元器件选型和布局等。
3. 射频前端制作介绍GPS接收机射频前端的制作过程，包括PCB设计和制作、元器件焊接和调试等。
4. 射频前端测试介绍GPS接收机射频前端的测试方法和步骤，包括信号源测试、带通滤波器测试、放大器增益测试等。
三、研究意义通过本文的研究，可以深入了解GPS接收机射频前端的关键技术和方法，为实现高性能、低功耗、小尺寸的GPS接收机提供技术支持。
此外，还可以为GPS接收机射频前端相关领域的理论研究和应用开发提供基础和参考。
四、研究进度本文已经完成了对GPS卫星信号和射频前端的基础学习和了解，并已经开始射频前端设计的工作。
下一步将重点完成射频前端的制作和测试工作，并整理成文献综述。
五、预期成果本文预期的成果为：正式撰写一篇关于GPS接收机射频前端设计、制作和测试的论文，并设计制作出一套GPS接收机射频前端的样机，对其性能进行测试，并对测试结果进行分析和总结。
gps接收机的工作原理
gps接收机的工作原理
GPS接收机的工作原理是基于接收卫星发射的信号来确定位
置和时间。
该接收机由接收天线、射频前端、数字信号处理器和定位引擎等主要组件构成。
首先，接收天线接收到由GPS卫星发射的无线电信号。
这些
信号包含卫星的位置、时间以及卫星发射信号的精确时间标记。
接收天线将这些信号转换为电信号，并将其传输到射频前端。
射频前端主要负责放大、滤波和频率转换。
信号经过放大后，被传送到下一阶段的数字信号处理器。
数字信号处理器接收到射频前端传递的电信号，并将其转换为数字信号。
然后，它使用数字信号处理算法对信号进行处理、解码和解调，以提取出卫星发射的导航信息。
处理完的数字信号包含了卫星的位置、时间以及接收机接收到信号的时间戳。
这些信息被传送到定位引擎进行进一步处理。
定位引擎使用三角定位原理，通过接收到的来自至少三颗卫星的导航信息以及它们相对于接收机的位置，计算出接收机所在的位置。
通常，接收机会接收到更多的卫星信号，以提高定位的精度。
最后，GPS接收机将确定的位置和时间信息传递给用户，用
户可以根据这些数据进行导航、定位等应用。
整个过程是通过接收、处理和计算卫星发射信号实现的。
gps天线原理
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。
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。
射频前端设计
接收机射频前端（RF front-end ）研制概要1射频前端的总体框图宽带接收机是技术含量很高的设备，我国无线电监测长期依赖进口接收机，尽管近些年国产接收机进步很大，国内不少公司也推出了些窄带和宽带接收机，但总的来说国产接收机品种较少、质量中等（可能个别指标接近国际先进水平），国产超短波监测接收机相位噪声、中频带宽、中频动态、扫描速度等指标均不是很高，高端接收机和国外产品还是有一定差距。
接收机的结构分为超外差式、零中频、低中频、Hartley结构、weaver结构等，但在无线电监测领域，只能是超外差结构，因为它的动态范围大，频率范围宽，灵敏度好，本噪低等，性能指标是所有其他结构中最好的一个。
只是体积和重量偏大，却是无线电监测的唯一选择。
接收机中的核心和关键模块为射频前端（RF front-ends），射频前端一般由预选器模块、本振模块、第一级混频模块、第二级混频模块、第三级混频模块，以及相应控制电路和电源电路等组成。
图 1射频前端电路框图2射频前端的指标射频前端的指标应该充分反应射频前端的功能和性能，指标列表见表1表 1射频前端指标序号指标希望值实际达到的值1接收频率20㎒~3㎓29具备功能1.频率微调功能；2.控制接口数据回传功能。
30重量：31外形尺寸300mm*180mm*35mm（？？）32射频接口超短波射频入(SMA-K) /中频输出(SMA-K)采样时钟出(SMA-K)33电源及控制接口1.提供配套电源；2.电源接口与控制接口分开；3.控制接口采用IDC-10P接口4.电源接口采用DB-9接口。
34工作温度范围-20℃到+60℃3射频前端各模块3.1预选器3.1.1预选器的框图、工作过程、作用等预选器的框图如下：图 2预选器框图预选器的工作过程和作用射频信号经天线进入射频前端，通过一个防过载和防雷击装置后，经过一个“数控射频衰减器”,进入一个多路选择开关，选中其中的一路滤波器，再进入射频前端放大电路（或放大器），进入下一个模块。
卫星通信接收机前端射频部分的设计与实现
卫星通信接收机前端射频部分的设计与实现一、引言随着科技的不断进步以及通信领域的快速发展，卫星通信已经成为了现代通信领域中极为重要的一部分。
卫星通信接收机作为卫星通信领域中重要的基础设施，快速的发展和完善，为现代通信领域的发展提供了极大的帮助。
而接收机的射频部分则是接收机的核心部分，它直接决定了接收机在卫星通信中的性能优劣。
因此，射频部分在接收机的设计与实现中显得至关重要。
二、卫星通信接收机前端射频部分的概述卫星通信接收机前端射频部分主要包括射频前置放大器、低噪声放大器以及混频器等部件。
其中，射频前置放大器主要用于提高信号的信噪比、增强信号的强度，同时降低噪声的干扰。
低噪声放大器主要用于放大信号的弱信号以及降低信号的噪声和杂波。
混频器则是用于将高频信号转换成中频信号，方便后续的信号处理和分析。
三、卫星通信接收机前端射频部分的设计与实现在卫星通信接收机前端射频部分的设计与实现中，需要考虑到很多因素。
其中，包括频率选择特性、带宽、灵敏度、线性度、滤波特性、产生的噪声、抗干扰能力、稳定性等方面。
因此，在实际应用中，设计者需要针对具体的应用场景和要求来进行局部设计和调整。
1、射频前置放大器的设计与实现射频前置放大器主要用于提高信号的信噪比、增强信号的强度，同时降低噪声的干扰。
在设计之前，需要首先确定所需的工作频带和增益。
然后，选择合适的放大器类型和工作模式，并进行元器件的选型与电路参数的计算。
考虑到在卫星通信中，信号的强度相对较弱，因此需要选择高增益、低噪声的放大器器件，如增益高于20dB，噪声系数小于1dB的低噪声放大器。
同时，为了降低输入信号的噪声和干扰，需要加入低通滤波电路，如RC滤波器等。
2、低噪声放大器的设计与实现低噪声放大器主要用于放大信号的弱信号以及降低信号的噪声和杂波。
在设计之前，需要首先确定所需的增益和工作频率。
然后，选择合适的低噪声放大器类型和工作模式，并进行元器件的选型与电路参数的计算。
卫星导航接收机通用射频前端设计及实现
研 究人员 对发展 微型机 械的关 注度越来 越高 。通过对 大 型机 械设 升 ， 自动化技 术 在机 械设计 与制 造过 程 中的重要 作用 越来 越 明
备 的内部构 造进 行 改 良和优化 ，加 强其 内部构 件 的精 密度 ，从而 显 ，企业 应切 实提 高对其 的重 视程 度 ，逐步 建立 并完 善相应 的管
２０１８．２９科 学技 术创新 一１４７一
卫星导航 接收机通用射频前端设 计及实现
李 兆 铭 （哈 尔滨泰 克斯传 媒 有限 责任公 司 ，黑龙 江 哈 尔滨 １５００００）
摘 要 ：ＧＰＳ、ＧＩＳ等技 术被 大 范围应 用 ，现有 的卫 星 导航 系统 也 日益 完善 ，无线 电导航 技 术也逐 渐发 展成 熟 。卫 星导航 定位 系
统在 国 防、军事 以及 经济 建设领 域 中均 可给 予必要 的 支持 。我 国在航 空领 域 开展 的 自主研 究活动 也 日益 活跃 化 。在给 卫 星设置 导 航 接 收机 时 ，需将 射频 前 端部 分的设 计 工作做 好 。 可 以射 频 芯 片为研 究基础 ，进 一 步优 化射 频 前端 部 分的设 计 工作 ，使 其 更具通
星 输 出 的信 号 ，应 当 加强 对 接 收 机 的研 究 工作 ，重 点 设 计 射 频 离 散状 态信 号 中的卫 星导 航信 号 ，同 时特殊 数 字 中频 信号 也 能
前 端 ，使 其 可被 应 用 到更 多 的卫 星 系统 中 ，现 剖 析 均 有 通 用 化 够 被有 效 吸收 ，这类 信 号 的 实 际频 率 相 对 比较 低 ，通 过 增 益 控
用 性 ．现 探 讨 相 应 的设 计 活 动 。
关键 词 ：卫 星导航 接 收机 ；通 用射频 前 端 ；设计 ；实现
双频带GPS Galileo射频前端接收系统的设计方案
双频带GPS/Galileo射频前端接收系统的设计方案全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satel-lite System)近年来得到了广泛的引用，从而引发相关领域的高度关注。
目前的接收机模式无法满足日益增长的使用精度要求。
所以，在原有的单模接收机的基础上研发更高精度、更加稳定耐用的双模接收机成为研究的核心。
本文提出了一种GPS/Galileo双频双模接收机射频前端系统的设计方案，该方案结合现有资源，展示出了该种接收机设计的实例。
重点分析了混频部分、本振部分及控制部分的功能及实现。
最后利用频谱仪及射频信号发生器等设备对实例进行系统级测试，验证了系统结构的正确性。
1 GPS/Galileo 双模双频接收机系统1.1 接收机结构设计接收机首先要考虑的就是频带的选择。
如图1所示，GPSL1/L5和GalileoE1/E5a 中心频率相同，如果选择该频段的话，那么很多的元器件可以得到复用，从而极大地减少了研发和生产成本，同时也可以减小接收机的体积。
比较流行的双频双模接收机射频前端的结构大致有信号独享通道、公用信道、通过控制使某一时刻通道内只有一个载频信号三类。
本设计以第三种方案为基础，在尽可能减少信号相互干扰的同时，争取最大限度地复用元器件。
结构图如图2所示。
1.2 接收机系统整体性能指标在参考接收机的性能要求的基础上，设计GPS接收机射频前端芯片的各项系统指标见表1.2 GNSS 接收机射频前端芯片选择考虑市场现有的相关器件的芯片资源，在GPS接收机系统整体性能指标及结构的基础上，win7系统/win7/结合各个功能电路模块的性能指标参数，为最终利用所选芯片制作实际的射频前端电路系统做准备。
2.1 低噪声放大部分低噪声放大部分选用INFINEON TECHNOLOGIES公司的BGA430芯片。
BGA430芯片为宽带高增益LNA芯片，5 V供电的情况下该芯片在导航频段的增益可以达到28 dB以上，噪声系数在2.4 dB以下。
GPS接收机硬件电路设计—电路图天天读（280）
GPS接收机硬件电路设计—电路图天天读（280）GPS由空间卫星星座地面监控系统和用户接受设备3部分组成。
作为一种实时定位测速授时的导航系统，其在定位精度和观测时间上面的优势使其成为该领域的首选。
硬件电路设计现有的GPS接收机基本构成方框图如图1所示。
本系统的信号接收机硬件主要包括4个功能单元：天线单元、射频单元、相关器单元、微控制器单元。
基于现有架构，结合各功能模块的发展现状，设计出一款弹载GPS接收机，以期实现实时定位、测速和授时。
相关核心模块选型如下：Zarlink公司生产的GP2015作为接收机的射频前端，实现对信号的下变频处理，GP2021芯片作为C/A 码基带相关器，对中频数字信号进行解调和解扩，得到导航电文；TI公司的浮点型数字处理器TMS320C6747，对接收机自检、测定、搜捕卫星信号，进行相关计算。
天线单元天线单元主要由天线、滤波器和前置放大器组成，该单元电路图如图2所示。
天线的作用是将卫星信号极微弱的电磁波能转化为相应的电流。
滤波器用于抑制带外的干扰信号。
而前置放大器则是将信号电流予以放大，有时还兼有变频作用。
射频单元该单元电路核心芯片采用ZARLINK公司推出的GPS射频前端芯片GP2015 。
它具有低功耗、低成本和高可靠性等特性，采用TQFP 封装，封装尺寸小，工作电源电压为3~5 V ，当芯片工作在3V电压下，其功耗为200 mW。
GPS Ll信号通过天线、预选频滤波器和低噪声放大器后输入到GP2015 ，GP2015将该射频信号与不同频率的本振信号经三级下变频到中频（IF），在GP2021提供的5.714 MHz的采样频率下，将中频信号变换成频率为1.405 MHz的2位TTL电平输出。
所以，该单元的设计任务主要有两个：晶体振荡器设计和滤波电路设计。
GPS接收机定位精度、信号的准确性和稳定性，以及信号的一致性要求较高，从而对标准基准时钟稳定性提出了较高的要求。
本系统采用高精度温补型晶体振荡器TCXO，该晶体振荡器与外部匹配电路共同工作，产生稳定的10.000 MHz的基准时钟信号，在25 标准温度下，其调整频差为士1ppm，负载电容为15pF。
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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。
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;ω
L1、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/Ni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）。