CN101710654B - 一种gps接收天线 - Google Patents
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Abstract
一种GPS接收天线，包括接收天线本体，还包括有低噪声放大器LNA，所述LNA由三级滤波放大单元串接而成，每一级滤波放大单元由一个滤波器和一个放大器构成，三级滤波放大单元构成一条滤波放大链路，在第二级和第三级滤波放大单元之间接入温度补偿控制模块，当LNA增益随温度变化时，温度补偿控制模块对链路中的信号进行补偿，在LNA的输出端接入防雷模块和恒压恒流控制模块，所述LNA的输入端连接到接收天线本体，LNA的输出端连接到接收终端，实现了低噪声、带外抗干扰能力强，防雷，能适应剧烈天气变化，且易于装配、测试和维修。
Description
技术领域
本发明涉及一种GPS接收天线。
背景技术
GPS是全球定位系统的英文简称。当今移动通信行业蓬勃发展，特别是随着3G网络的加速发展，高性能的GPS接收天线已成为必需设备。由于通信技术的不断发展，大气空间电磁污染也日趋严重，为了保证移动通信系统能可靠高性能的工作。对GPS天线的性能要求会更高，尤其在抗带外干扰能力方面的要求更加严格。
目前主流的GPS天线多采用单个或者多个晶体管或者场效应管设计低噪声放大电路，这种设计能获得放大的带内信号，但是带外抗干扰能力却很弱，在带外(fo±100MHz)处输入干扰信号，其增益变化远远大于1db，且受温度、电压变化等因素的干扰较大，无法适应可能出现的恶劣环境，如果遇到雷击，有可能发生烧毁终端接收设备的危险，甚至造成人身伤害。而且目前市面上的产品屏蔽罩多是焊接在PCB板上，造成装配、测试和维修等方面的诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于针对目前广泛使用的GPS接收天线所存在的不足提供一种低噪声、强抗干扰、恒压、防雷的GPS接收天线。
本发明的目的是这样实现的：
一种GPS接收天线，包括接收天线本体，还包括有低噪声放大器LNA，所述LNA由三级滤波放大单元串接而成，每一级滤波放大单元由一个滤波器和一个放大器构成，三级滤波放大单元构成一条滤波放大链路，在第二级和第三级滤波放大单元之间接入温度补偿控制模块，当LNA增益随温度变化时，温度补偿控制模块对链路中的信号进行补偿，在LNA的输出端接入防雷模块和恒压恒流控制模块，所述LNA的输入端连接到接收天线本体，LNA的输出端连接到接收终端，LNA输入端设有前置带通滤波器F1，其带宽10MHz，带外抑制20dB，插损0.8dB，能有效的抑制带外干扰信号，将有用GPS信号送入绝缘栅场效应晶体管Q1；第一级绝缘栅场效应晶体管Q1的栅极与第一级滤波器F1连接，漏极经过电阻R5与第二级滤波器F2相连，F2再经过电容C6连接到第二级绝缘栅场效应晶体管Q2的栅极，同理，Q2的漏极经过电阻R18、电容C11和第三级滤波器连接到第三级放大器Q3的栅极，第三级放大器Q3的漏极经过电阻R17和电容C15连接到输出端，三级放大器Q1、Q2、Q3的源极均接地，在滤波放大链路的第二级与第三级之间，接入一个温度补偿控制模块，电阻R8、R7、R10和可变电阻R11共同控制射频二极管D1的导通和截止，C8、C10是滤波电容，D1的负极通过电感L6接地，形成对地通路，当温度变化时，R11的阻值发生变化，当D1的正向电压达到阶跃临界值时，此时D1正向偏置，D1导通，对滤波放大链路进行补偿，其控制范围在2-5dB；在滤波放大链路的输出端口接入防雷模块，由第一级气体放电管TG1和并联的两个半导体放电管TV1和TV2组成，强雷击信号经过气体放电管TG1瞬间放电与地形成通路，几十伏残压再经过第一级TV1和第二级TV2半导体放电管与地形成通路进行放电；在滤波放大链路的输出端接入恒压恒流控制模块，由并联的滤波电容C18、C19、C20和DC/DC转换芯片IC1组成稳压电路。
作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：
所述的接收天线本体、滤波放大链路、温度补偿控制模块、防雷模块和恒压恒流控制模块均设于PCB板上。
所述的PCB板设于外壳中，所述外壳由上盖和下盖构成，上盖和下盖螺纹连接。
所述的接收天线本体是陶瓷天线。
所述的外壳上设有连接器，用于连接接收终端设备。
所述的滤波放大单元是由介质带通滤波器和绝缘栅场效应晶体管构成的前置滤波放大电路。
所述的温度补偿控制模块是由温度补偿元件控制的可调射频衰减器。
所述的恒压恒流控制模块是DC/DC转换芯片。
所述的防雷模块采用三级防雷设计，由气体放电管构成第一级放电通路，两个半导体放电管构成第二级和第三级放电通路。
所述的PCB板上还设有一条封闭的接地金属屏蔽环，所述的滤波放大链路、温度补偿控制模块、防雷模块和恒压恒流控制模块都位于屏蔽环内部，所述PCB板上扣合有一屏蔽罩，所述屏蔽罩被挤压固定在PCB板和外壳之间，所述屏蔽罩与PCB板的接触面位于在PCB板上的屏蔽环上。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)带外抗干扰能力强，产品在带外(fo±100MHz)处输入+17dBm的干扰信号时，产品增益变化不大于1dB；整机噪声系数低于1.8dB。
(2)通过温度补偿电路模块技术，使产品在超宽的温度变化范围内(-40℃至+85℃)，能自动调整整机增益，弥补了一般放大器在高温时增益变低，在低温时增益变高的缺陷，使其在全温度范围内(-40℃至+85℃)，增益变化小于1dB。
(3)通过恒压恒流电路模块技术，使产品在超宽电压变化时(DC：+3.5V-6V)，其整机电流不变，增益不变；在带外(fo±100MHz)处加大信号(+17dBm)干扰时，整机电流变化小于4mA。
(4)通过多级防雷击电路模块设计，使产品的可靠性和防雷击浪涌性能得到提高，按照IEC61000-4-5标准，能经受住4KV 1.2/50us冲击电压的试验。
(5)屏蔽罩可拆卸，使产品的组装、测试和维修更加方便。
附图说明
图1是本发明的剖面图；
图2是本发明的结构分解图；
图3是本发明另一角度的结构分解图；
图4是本发明的电原理图；
图5是本发明的噪声系数及增益图；
图6是本发明的转输特征图；
图7是本发明的近程方向图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限定。
从图1、图2、图3中可以看出，外壳部分由上盖1和下盖2通过螺纹连接而成，螺钉7穿过PCB板3上的贯穿孔3.1和下盖2上的定位柱2.1螺纹连接，屏蔽罩4被限定在3个定位柱2.1之间，并被PCB板3和下盖2挤压，使其紧扣在PCB板3上，其与PCB板3的接触面正好落在PCB板3上的屏蔽环3.3上。
位于PCB板3底面上的低噪声放大单元LNA，温度补偿模块，恒压恒流模块，防雷模块(图中未示出)均被罩扣在屏蔽罩4中，设于PCB板3上表面的陶瓷天线6接收信号后馈电给PCB板上的馈电点，再经过PCB板上的各功能模块滤波、放大后输出，输出线缆8穿过屏蔽罩上的小孔连接到设于下盖2上的N型连接器5上，N型连接器5通过其螺纹与信号接收终端连接。
图4是本发明的电原理图，LNA输入端设有前置带通滤波器F1，其带宽10MHz，带外抑制20dB，插损0.8dB，能有效的抑制带外干扰信号，将有用GPS信号送入绝缘栅场效应晶体管Q1；一共经过三级滤波三级放大和一级温度补偿增益自动控制电路，使系统增益达到34-36dB左右，带外抑制在70dB以上，噪声系数优于2.0dB。
第一级绝缘栅场效应晶体管Q1的栅极与第一级滤波器F1连接，漏极经过电阻R5与第二级滤波器F2相连，F2再经过电容C6连接到第二级绝缘栅场效应晶体管Q2的栅极，同理，Q2的漏极经过电阻R18、电容C11和第三级滤波器连接到第三级放大器Q3的栅极，第三级放大器Q3的漏极经过电阻R17和电容C15连接到输出端，三级放大器Q1、Q2、Q3的源极均接地，这样三级滤波放大电路就形成了一条滤波放大链路。
在滤波放大链路的第二级与第三级之间，接入一个温度补偿控制模块1，电阻R8、R7、R10和可变电阻R11共同控制射频二极管D1的导通和截止，C8、C10是滤波电容，D1的负极通过电感L6接地，形成对地通路，当温度变化时，R11的阻值发生变化，当D1的正向电压达到阶跃临界值时，此时D1正向偏置，D1导通，对滤波放大链路进行补偿，其控制范围在2-5dB。能补偿一般放大器在高温时增益变低，在低温时增益变高的特性，使该产品在全温度范围内(-40℃至+85℃)，增益基本不变。
在滤波放大链路的输出端口接入防雷模块2，由第一级气体放电管TG1和并联的两个半导体放电管TV1和TV2组成，强雷击信号经过气体放电管TG1瞬间放电与地形成通路，几十伏残压再经过第一级TV1和第二级TV2半导体放电管与地形成通路进行放电，使雷击信号趋近于0，有效的保护LNA，按照IEC61000-4-5标准，能经受住4KV 1.2/50us冲击电压的试验。
在滤波放大链路的输出端接入恒压恒流控制模块3，由并联的滤波电容C18、C19、C20和DC/DC转换芯片IC1组成稳压电路，使产品在超宽电压变化时(DC：+3.5V-6V)，其整机电流不变，增益不变；在带外(fo±100MHz)处加大信号(+17dBm)干扰时，整机电流变化小于4mA。
图5是本发明的噪声系数及增益图，从图中可以看出，从1.5704GHZ-1.5804GHZ的频率范围内，本实施例的产品保持了秀良的噪声系数和增益。
图6是本发明产品的转输特征图从图中可以看出输入、输出端口有优良的回波损耗指标，以及带外优良的衰减特征。
图7是本发明产品的近程方向图：整机增益大于39dBi，半功率角为106.35度，前后比为11.06。
本发明内置LNA的主要电气指标：
工作频段：1575.42±5MHz
增益：34±2dB
带内增益平坦度：
1575.42±1.023MHz：＜1dB
1575.42±5MHz：＜2dB
噪声系数：1.8dB typ.≤2.5dB高温
LNA输出1dB压缩点：＞0dBm
带外抑制：f0＝1575.42MHz
f0±30MHz 25dB min
f0±50MHz 45dB min
f0±100MHz 70dB min
大信号阻塞：在带外100MHz加干扰信号+17dBm时，GPS天线的LNA增益不压缩1dB，带内增益变化小于1dB，整机电流变化小于4mA；在偏离中心频率100MHz的频率上输入+17dbm的单音信号，在此情况下GPS接收机能正常工作。
Claims (10)
1.一种GPS接收天线，包括接收天线本体，其特征在于：还包括有低噪声放大器LNA，所述LNA由三级滤波放大单元串接而成，每一级滤波放大单元由一个滤波器和一个放大器构成，三级滤波放大单元构成一条滤波放大链路，在第二级和第三级滤波放大单元之间接入温度补偿控制模块，当LNA增益随温度变化时，温度补偿控制模块对链路中的信号进行补偿，在LNA的输出端接入防雷模块和恒压恒流控制模块，所述LNA的输入端连接到接收天线本体，LNA的输出端连接到接收终端，LNA输入端设有前置带通滤波器F1，其带宽10MHz，带外抑制20dB，插损0.8dB，能有效的抑制带外干扰信号，将有用GPS信号送入绝缘栅场效应晶体管Q1；第一级绝缘栅场效应晶体管Q1的栅极与第一级滤波器F1连接，漏极经过电阻R5与第二级滤波器F2相连，F2再经过电容C6连接到第二级绝缘栅场效应晶体管Q2的栅极，同理，Q2的漏极经过电阻R18、电容C11和第三级滤波器连接到第三级放大器Q3的栅极，第三级放大器Q3的漏极经过电阻R17和电容C15连接到输出端，三级放大器Q1、Q2、Q3的源极均接地，在滤波放大链路的第二级与第三级之间，接入一个温度补偿控制模块，电阻R8、R7、R10和可变电阻R11共同控制射频二极管D1的导通和截止，C8、C10是滤波电容，D1的负极通过电感L6接地，形成对地通路，当温度变化时，R11的阻值发生变化，当D1的正向电压达到阶跃临界值时，此时D1正向偏置，D1导通，对滤波放大链路进行补偿，其控制范围在2-5dB；在滤波放大链路的输出端口接入防雷模块，由第一级气体放电管TG1和并联的两个半导体放电管TV1和TV2组成，强雷击信号经过气体放电管TG1瞬间放电与地形成通路，几十伏残压再经过第一级TV1和第二级TV2半导体放电管与地形成通路进行放电；在滤波放大链路的输出端接入恒压恒流控制模块，由并联的滤波电容C18、C19、C20和DC/DC转换芯片IC1组成稳压电路。
2.根据权利要求1所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的接收天线本体、滤波放大链路、温度补偿控制模块、防雷模块和恒压恒流控制模块均设于PCB板上。
3.根据权利要求2所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的PCB板设于外壳中，所述外壳由上盖和下盖构成，上盖和下盖螺纹连接。
4.根据权利要求2所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的接收天线本体是陶瓷天线。
5.根据权利要求3所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的外壳上设有连接器，用于连接接收终端设备。
6.根据权利要求1所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的滤波放大单元是由介质带通滤波器和绝缘栅场效应晶体管构成的前置滤波放大电路。
7.根据权利要求1所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的温度补偿控制模块是由温度补偿元件控制的可调射频衰减器。
8.根据权利要求1所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的恒压恒流控制模块是DC/DC转换芯片。
9.根据权利要求1所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的防雷模块采用三级防雷设计，由气体放电管构成第一级放电通路，两个半导体放电管构成第二级和第三级放电通路。
10.根据权利要求2-5任一项所述的一种GPS接收天线，其特征在于：所述的PCB板上还设有一条封闭的接地金属屏蔽环，所述的滤波放大链路、温度补偿控制模块、防雷模块和恒压恒流控制模块都位于屏蔽环内部，所述PCB板上扣合有一屏蔽罩，所述屏蔽罩被挤压固定在PCB板和外壳之间，所述屏蔽罩与PCB板的接触面位于在PCB板上的屏蔽环上。
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