GPS 天线如何只有两个连接,但内部却包含所有这些电路?

电器工程 天线 全球定位系统
2022-01-21 02:55:49

这个 GPS 模块我坏了(只是变热了,不能工作),所以我把它拆开,很惊讶地看到陶瓷天线下的所有这些电路,但只有两个连接(接地和信号)。测试时,信号线和地线之间的电压约为 3v。那么如何通过电线发送电力,然后通过同一条电线返回信号呢? 在此处输入图像描述

4个回答

所有这些电路都使用直流电源沿信号电缆发送的直流电源运行。接收到的 GPS 信号由电路放大并沿信号电缆作为射频 (RF) 信号发送到连接的 GPS 设备。

直流电源和射频信号由称为偏置三通的电路组合和分离。偏置三通中的电感器(线圈)允许直流电源通过,同时阻断射频信号。一个电容器阻止直流,同时允许射频通过。GPS 天线内置的偏置三通将直流电源从信号电缆馈送到电路的电源轨,并将接收到的射频信号连接到电缆。在设备端,另一个偏置三通允许将直流电源馈入电缆并将射频信号连接到 GPS 接收器。这种偏置三通既可以内置在设备中,也可以作为单独的(小)盒子提供。

这种类型的电路通常与不能支持多芯电缆的天线和其他组件一起使用。主要方法是将直流电沿电缆传输,将交流信号沿电缆传输。通过使用电容器(高直流电阻和低交流阻抗)将交流信号耦合到电缆同时阻断直流电源和使用电感器(低直流电阻和高交流阻抗)耦合直流电源,将两种类型的信号分离到电路,同时阻止交流信号。

我们来看一个带注释的版本:

注释板

这里有两条主要路径可供研究 - RF 路径和 DC 路径。

RF 路径从贴片天线馈源(板的中心)开始,并通过两个放大器和一个带通滤波器盘旋而出。对于射频系统,您希望在通过长电缆运行接收信号之前尽快放大接收到的信号,这正是这里发生的事情,只是电缆很短。您还希望限制带宽以限制带外干扰的影响,这可能会通过放大器中的非线性影响感兴趣的信号。看起来天线模块是为单独的集成模块设计的,制造商决定将其粘在 GPS 模块的背面,而不是用长电缆连接。无论如何,来自天线的射频信号会通过低噪声放大器 (LNA),然后是带通滤波器,然后第二个放大器在通过(可能很长的)电缆发送到接收器之前提供更多增益。RF 组件与隔直电容器互连,以便它们可以适当地偏置。

DC 路径从同轴电缆开始并通向放大器。直流电源与射频(GPS 约为 1.5 GHz)使用串联电感器和分流电容器分离。这些组件本质上形成了一个 LC 低通滤波器,允许直流通过,但阻止射频。再加上射频路径上的隔直电容,该电路称为偏置三通,是一种三端口电路,可组合/分离直流(偏置)和射频。然后,提取的 DC 用于通过偏置电阻器为放大器供电(偏置)。有趣的是,看起来没有电压调节器,但我确实看到板上似乎有一个火花隙,允许任何可能施加到电缆上的高压跳到地面。

在 GPS 模块上,将有一个类似的偏置三通电路将直流电源注入同轴电缆。

将电力注入同轴电缆的原因是为了成本和方便。同轴电缆是射频所必需的,如果它也可以用于直流电源,则不需要额外的电线,既节省了零件成本,又节省了安装成本/复杂性。在这种情况下,这有点傻,因为电缆只有大约 1 英寸长;通常,当 GPS 模块与天线之间有一条相当长的电缆隔开时,您就会看到这种技术。

一般来说,如果多个信号占用不同的频段,您可以沿着同一根电缆传输多个信号。您始终可以使用适当的带通滤波器滤除感兴趣的信号。

这就是电力线网络适配器在 50 Hz / 60 Hz 主电源旁边发送以太网信号的方式,或者 ADSL 调制解调器在模拟电话同时用于语音的同一根线上传输数据。