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Receptor GPS casero: ¿LNAs en cascada y filtros de paso de banda?

En los últimos meses, he desarrollado un receptor GPS definido por software. Por desgracia, no es muy sensible y sólo puede detectar señales de satélite muy fuertes. Para el front-end de RF, estoy utilizando una antena GPS activa barata y un SDR AirSpy, como en la Figura 1.

Después de investigar un poco, probé a insertar un segundo LNA entre la antena activa y el SDR, como en la figura 2. Sin embargo, no hubo mucha diferencia. En todo caso, redujo aún más la sensibilidad. Esto no es del todo sorprendente ya que, con el primer enfoque, la señal ya era bastante grande después de ser digitalizada (es decir, su rango era cercano a -1...1).

Por último, estoy considerando la posibilidad de añadir un segundo filtro pasabanda después del LNA externo, como en la figura 3; he visto este enfoque en frontales de GPS comerciales Pero no entiendo por qué ayuda, ya que después del primer filtro, la señal debería contener muy poca potencia fuera de la frecuencia de paso de banda. Estoy seguro de que me estoy perdiendo algo - ¿cuál es el propósito del segundo filtro? Agradecería algún ejemplo de cálculo sobre cómo/por qué ayuda a aumentar la SNR.

Unas cuantas notas extra:

  • Estoy seguro de que la antena GPS activa no es el problema porque, cuando está conectada a mi receptor GPS estándar, es capaz de recibir señales muy débiles.

  • También estoy seguro de que el software de mi GPS no es el problema. De hecho, sólo estoy ejecutando la parte de adquisición del receptor, que sólo detecta las señales GPS pero no intenta rastrearlas. He comprobado que funciona correctamente con estas señales de RF de muestra . Además, probé a pasar mis propias señales por su canal de adquisición, que apenas detectó nada.

  • Estos son los componentes utilizados:

    • Genérico Antena GPS
    • Para la primera aproximación (Figura 1), simplemente conecté la antena activa al AirSpy, usando el bias-tee incorporado.
    • Para el segundo enfoque (Figura 2), utilicé una banda ancha noelec LNA (alimentado por el bias-tee del AirSpy) y una genérico bias-tee para alimentar la antena GPS activa.
    • Para el tercer enfoque (Figura 3), utilicé un único LNA prefiltrado , alimentado externamente, que también suministra la energía de polarización a la antena GPS.

Gracias.

RF Circuit Diagram

Además, he medido la potencia sobre 1525-1650MHz, con varios ajustes para la ganancia del SDR. Se puede ver claramente que el ruido del LNA sobre el piso de ruido del SDR.

RF Power

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tomnexus Puntos 3958

He conectado mi RTL-SDR Blog stick a una antena GPS, y cuando el LNA bias está activado, veo un modesto aumento del ruido, en la banda 1565-1585 MHz. (He utilizado algún tipo de software de exploración, el ancho de banda nativo del stick SDR no es suficiente para este experimento.

Si puedes ver el ruido de salida del LNA con el SDR, y la antena delante del LNA funciona, entonces tienes mucha ganancia. Si el aumento del nivel de ruido es de más de 3 dB, entonces estás bien en los rendimientos decrecientes.

Las señales del GPS son por debajo del ruido para una antena terrestre de haz ancho como el parche, antes de la correlación. (al menos, los L1/L2 heredados lo son). Así que mientras veas el ruido de tierra y el ruido del amplificador, en lugar del ruido generado más tarde en la cadena de señal, no hay necesidad de más ganancia.

El nivel digital que estás viendo en el SDR en este momento no significa nada - es posible que todo se agregue dentro del SDR, enterrando la señal externa muy por debajo del ruido interno.

Haz esta simple prueba de bias off / bias on con tu SDR primero.

Si muestra un buen golpe en el piso de ruido, entonces es posible que tu SDR te esté defraudando de otras maneras.

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ozba Puntos 1558

Realmente necesitas hacer un análisis del presupuesto de enlaces de tu cadena de señales. Comienza con el nivel de señal/tensión (o potencia) que necesitas en la entrada de tu SDR para garantizar un funcionamiento correcto. A continuación, tienes que volver a tu antena y averiguar, u obtener de la hoja de datos, la salida esperada de la antena activa, probablemente en dBm. Luego tienes que calcular cuánta ganancia adicional (si la hay) necesitas para alcanzar el nivel de potencia requerido en el SDR, teniendo en cuenta todas las pérdidas en el camino (cables, conectores, filtros, etc). Esto se puede hacer normalmente con un modelo de hoja de cálculo de tu cadena de señal.

Como otros han aludido, lanzar ciegamente más amplificadores en el camino podría estar empeorando las cosas.

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