Wie stimmt man die GPS-Antenne mit einem PI-Schaltkreis und einem Spektrumanalysator ab?

Ich entwerfe ein tragbares Produkt, das GPS verwendet. In Prototypen haben wir bisher eine Patch-Antenne verwendet, und es hat großartig funktioniert, aber in dieser Überarbeitung, um die Größe zu reduzieren, haben wir eine Chip-Antenne zusammen mit einer Schaltung zur Antennenabstimmung eingebaut.

Wenn ich das GPS laufen lasse, erhalte ich sehr konsistente Ergebnisse, aber sie sind ziemlich weit von dem entfernt, wo ich mich gerade befinde. Sie neigen dazu, etwa 0,014 Grad südlich und 0,139 Grad östlich von meinem Standort zu sein.

Ich habe das Gefühl, dass die Antenneneinstellung das Problem verursacht. Mein Schaltplan und Layout ist unten. Ich glaube, dass ich alle Richtlinien des Antennenherstellers in Bezug auf das Layout um die Antenne herum befolgt habe.

Ich habe / habe keinen Zugang zu einem Netzwerkanalysator, der mir beim Abstimmen der Antenne hilft, daher wird meine Methode zum Abstimmen wahrscheinlich Raten und Prüfen sein. (Update: Ich kann mir den Low-End-Rigol-Spektrumanalysator leisten)

Wie verwendet man eine Pi-Schaltung und einen Spektrumanalysator, um eine Antenne abzustimmen? Welche Teilewerte müsste ich ausprobieren und so?

Die Antenne, die ich verwende, ist: JTI 1575AT43A0040

Der Chip, an den ich ihn anschließe, ist: SIM868

Das Sperrquadrat um die Antenne herum ist 18,8 mm x 10,4 mm groß

Ich arbeite mit der Standard-US-GPS-Frequenz.

PCB-Layout Schema

Warum rufen Sie nicht bei Keysight Technology an, wenn Sie Student sind, und geben ihnen die Möglichkeit, die Ausrüstung für eine Woche auszuleihen?
Leider habe ich 2016 meinen Bachelor in Betriebswirtschaftslehre abgeschlossen. Ich kann mir aber alles unter 1000€ leisten. Aber ich glaube nicht, dass sie das machen, was ich brauche, für diesen niedrigen Preis.
Ich denke, der Low-End-Rigol-Spektrumanalysator könnte funktionieren, aber ich habe noch nie einen verwendet, und daher weiß ich nicht, wie der Prozess aussehen würde, um zu versuchen, die richtigen Werte für die passende Schaltung zu finden. Ich denke, meine Frage lautet eher, wie Sie eine Impedanzanpassung mit einer PI-Schaltung vornehmen.
Wenn Sie einen 10- oder 20-Meilen-Fehler erhalten, ist das ein Softwareproblem – falsches Datum, Konvertierungsfehler, verlorene Ziffern – kein Antennenproblem! Antennentuning erfordert wirklich einen Netzwerkanalysator, aber wenn Sie viel Zeit und weniger Geld haben, könnten Sie mit einem Spektrumanalysator oder SDR-Stick und einer Ebay-Rauschquelle ziemlich weit kommen.
Ich würde es gerne glauben, aber das ist die Ausgabe, die ich direkt aus dem Chip meines Logikanalysators sehe.
@Reid Haben Sie eine Grundebene direkt unter der Mikrostreifen-HF-Spur vom GPS-Empfänger zur Antenne? Wenn es wie gezeigt nur die Schichten sind, werden Sie einige Probleme mit der Abstimmung im Allgemeinen haben (unabhängig vom Testgerät), da die Leiterbahnimpedanz etwas seltsam sein wird. Außerdem scheint das Ground-Via-Stitching auch nicht die gesamte oberste Schicht zu erfassen (als ob die Vias im CAD nicht mit dem GND-Netz verbunden sind). Für die Antennenbewertung mit einem Spektrumanalysator benötigen Sie einen SA mit einem Tracking-Generator und einem Richtkoppler, und dann erhalten Sie nur die Größe (nicht die Phase).
Ich habe eine Masseebene darunter, eine 50-Ohm-Spur mit kontrollierter Impedanz. Ich landete mit einem Spektrumanalysator. Habe es perfekt abgestimmt und dann festgestellt, dass es ein Firmware-Fehler auf Seiten des GPS-Chip-Herstellers war. Ab dem 01.09.17 ist alles behoben.

Antworten (1)

Eine nicht richtig abgestimmte Antenne verschlechtert Ihr Eingangssignal. Das heißt, Sie erhalten niedrigere Signalpegel und weniger SNR. Dies wird Ihre Positionslösung verschlechtern, aber nicht durchgehend. Das heißt, wenn Sie einen konstanten Offset in Ihrer Position haben, liegt dies eher an Reflexionen (auch bekannt als Multipath) von Gebäuden/Bäumen/Objekten in der Nähe und nicht an Ihrer Antenne. Multipath ist bei Chipantennen schlechter als bei Patchantennen, da letztere zirkular polarisierte Antennen sind, die reflektierte Signale in gewissem Maße dämpfen, während erstere linear polarisierte Antennen sind, die direkte und reflektierte Signale mit gleicher Stärke akzeptieren.

Das Buch „GPS/GNSS Antennas“ von Rao erklärt die Effekte und wie man damit umgeht im Detail.

Sie sagen jedoch, dass Sie 0,1 Grad daneben liegen, was ungefähr 8 km entspricht. Das ist viel, selbst für Multipath (das verursacht normalerweise einige Dutzend Meter bis einige 100m). Es ist wahrscheinlicher, dass Ihr GPS-Empfänger Probleme hat, entweder mit den Signalpegeln oder einem echten Firmware-Fehler.

Wie stimmt man die GPS-Antenne mit einem PI-Schaltkreis und einem Spektrumanalysator ab?
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