专利名称：高解析度极低功率位准射频输出信号模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号模拟用电路，特别是指一种利用可编程数字电位器、调变器、 增益可变放大器及衰减器的信号模拟器输出可编程控制的极低功率射频信号以提供如模拟卫星信号等用途。
背景技术：
卫星定位系统(glcAal positioning system ;GPS)是目前汽车、航空器、航海器导航的最重要工具之一，更是军事国防导弹系统不可或缺的辅助工具。然而由于GPS卫星输出信号至GPS接收器，信号功率通常是非常微弱的，因此，要测试GPS接收器的灵敏度及是否通过检验标准一般是不太容易的。而这方面就需非得通过卫星信号模拟器的辅助才行。图1为一现有信号模拟器10其输出信号通过一射频缆线12传送至一 GPS接收器隔离箱20的一待测GPS接收器30。GPS接收器隔离箱20为一金属屏蔽箱，它可以阻绝外在环境中的任何射频，包含宇宙射线在内。GPS接收器30的信号再经USB缆线22至一电脑 35作分析。然而，现有可供GPS接受器测试用的信号模拟器10的解析度不高，例如已知厂商如宗臣科技的产品RF-3011可提供-50daii至-145daii功率位阶，解析度为ldB，它也不提供 Doppler频率位移的校正。而像是Aeroflex (IFR)的GPS-101信号模拟器则是有Mtellite Vehicle(SV)及导航数据可设定、Doppler频率位移的校正。然而，解析度为ldB。另一家较出色如Spirent的STR4500 6个独立的多通道模拟器，解析度为0. 5dB，输出的功率位准最低为_130dBm，且无电脑化平台。Spirent另一款GSS6300更高级，输出的功率位准同样为最低为_130dBm，有12个独立多通模拟器解析度高达0. ldB，但仍不具电脑平台。本发明的一目的是提供一信号模拟器，输出的功率位准范围比Spirent更低，可达-145dBm，解析度高达0. ldB，且可编程控制。
发明内容
本发明揭露一种卫星信号模拟器，用以输出可编程控制的极低功率射频信号以提供卫星定位系统接收器测试，包含一可编程数字电位器设有一功率位阶表。一锁相回路、 一增益可变放大器、一调变器，一衰减器、一带通滤波器则依序串接至一输出端。其中，增益可变放大器由可编程控制数字电位器输出的电压位阶控制，而数字电位器输出值是依据功率位阶表将输入在该锁相回路的射频信号经增益可变放大器调节输出至隔离箱，用以和另一输入端所输入的基频信号作展频调变输出，再至衰减器做信号衰减，并经由带通滤波器滤波后输出预定功率值的模拟信号。本发明的再一实施例中，另提供一种信号模拟器，用以输出可编程控制的极低功率射频模拟信号及一功率相对较该射频模拟信号功率高的校正信号，包含一微处理器设有一功率位阶表串接一数字电位器；一锁相回路、一增益可变放大器、一第一衰减器、功率分配器、一第二衰减器、一第一带通滤波器依序串接至一第一输出端。其中，增益可变放大器由数字电位器控制，依据该功率位阶表，数字电位器输出控制信号(值依据该功率位阶表将一输入于锁相回路的射频信号)，用以自第一输出端输出一校正用射频信号；一调变器，一第三衰减器、第二带通滤波器依序串接至一第二输出端；其中，由调变器将一基频信号与功率分配器的另一输出端所输出的射频信号作调变，并由第二输出端输出一测试用模拟卫星射频信号。 本发明实施例的信号模拟器可输出极低功率、高解析度的信号，且可编程控制。而且，本发明实施例的信号模拟器还可提供一校正信号，适合于高解析度频谱分析仪使用，因此，相对于低功率模拟信号而言，可更准确了解模拟信号的功率值是否在一预定值，客户勿需另外购置校正机器，或假手它人校正。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1为现有信号模拟器其输出信号传送至一 GPS接收器模拟隔离箱的一待测GPS 接收器的示意图；图2为本发明的信号模拟器其输出信号传送至一 GPS接收器模拟隔离箱的一待测 GPS接收器的示意图，此外，校正信号另连接至频谱分析仪；
图3显示本发明信号模拟器的功能方块示意图； 图4显示本发明信号模拟器第一实施例所用的射频功率位阶表； 图5显示本发明信号模拟器第二实施例的功能方块示意图。 附图标号
电脑35,85
GPS接收器隔离箱20、70 射频缆线12、61、62 频谱分析仪90 数字电位器103 增益可变放大器VGA 115 第一射频信号131 第二射频信号132 调变器150 展频信号165 第一带通滤波器138
信号模拟器10、50 待测GPS接收器30、80 USB电缆线22,82 微处理器100 锁相回路105 数字衰减器120 功率分配器130 固定衰减号135、180 基频信号160 可调衰减器170 第二带通滤波器188 可编程控制数字电位器10具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。由GPS卫星输出信号至GPS接收器，GPS接收器所收的信号功率通常是非常微弱的，功率衰减值经常为130daii至145daii之间。本发明的信号模拟器能够非常稳定地提供射频功率位准为-85dBm至-145dBm的模拟信号及射频功率位准为-25dBm至_85dBm的载波信号，作为校正之用。以下的说明将配合以附图做说明。请参考图2的信号模拟器50测试GPS接收器的示意图。信号模拟器50其射频输出信号由0UT2通过一射频缆线62传送至一 GPS接收器隔离箱70的一待测GPS接收器80。 GPS接收器80的隔离箱70为一金属罩，它可以挡掉外在环境中的任何射频，包含宇宙射线在内。GPS接收器80的信号再经USB缆线82至一电脑85作分析。信号模拟器50另有一校正信号自输出端OUTl输出，经由射频缆线61连接至频谱分析仪90校正信号的功率位准。校正信号较待测GPS接收器80所接收的信号功率位阶高 60dB(m)。图3显示本发明高解析度卫星定位系统信号接收模拟器50(global positionsystem signal receiving simulator)白勺功能方块示意图。卫星定4立系统/[言号接收模拟器包含一微处理器100、一数字电位器(digital potential meter) 103，一锁相回路105、一增益可变放大器(variable gain amplifier ；以下称VGA) 115、一数字衰减器(digital attenuator) 120、一功率分配器(digital divider) 130、固定衰减器(fix attenuator) 1；35、二固定衰减器180、可变衰减器170、一第一带通滤波器138、第二带通滤波器188、第一输出端0UT1、及第二输出端0UT2。数字衰减器120是5位解析度的衰减器。 在一较佳实施例中，只使用位阶0或位阶30。数字电位器103具有高解析度、低杂讯、高准确度、低温度特性的特性。本发明的数字电位器103结合微处理器100，因此是一可编程数字电位器104，使用者可以透过控制面板的操作就可以输出所要功率位阶的射频信号。锁相回路105的输入端mi输入一射频 (radio)，在一实施例中mi是一频率约为10. 23MHZ的射频信号，再经锁相回路105调变以输出预定的输出频率1575. 42MHZ。可编程数字电位器104包含有一功率位阶表。其中，功率位阶表提供数字电位位阶0至1023、数字衰减器位阶0或30与功率位阶衰减值对应关系，请参见图4。以一实施例而言，数字电位器103是一"H立的电位器。将电压范围0. 5V至1. 2V 间的范围切割为10 个位阶。依据本发明的一实施例，功率位阶表由-82. 2dBmm至-150. OdBm,以0. IdB为单位，分别对应于数字位阶1023及数字位阶490共建置670余笔的数据，图4仅示670余笔的数据的其中的部分功率位阶表。第一栏位是功率衰减值，包含-82.2daii至-84dBm 及-148. Icffim至-150. 0dBm(负号表示衰减)。第四栏位是共有10 个数字位阶，第二栏位则是10M个数字位阶以16进位表示，以提供微处理器100运用。第三栏位则是数字衰减器输出值，在此只示其中的两个，0和30。仍请参考图3，锁相回路105输出频率为1575. 42MHZ的射频信号，但输出时功率衰减至13daii的射频信号。被衰减的射频信号输入VGA 115。VGAl 15的控制端是数字电位器 103的输出端。VGA 115再输入数字衰减器120进一步衰减。数字衰减器120依据功率位阶表中的第三栏位选择一适当值。数字衰减器120输出端连接至一功率分配器130。功率分配器130将前述经数字衰减器120输出的射频功率一部分，在此，及之后称为第一射频信号131，分配至固定衰减器135，再将第一射频信号131进一步衰减。固定衰减器135具有对排于其前的功率分配器130、数字衰减器120、锁相回路105等作信号位准差异性的补偿能力，并作一固定功率衰减。例如，若校正用射频信号预定输出-25dBm的射频信号，则在固定衰减器135的输出就设定于_24dBm。并假设第一带通滤波器138可衰减IdB以使该射频信号经第一带通滤波器138后所输出的信号为_25dBm。若校正用射频信号预定输出_85dBm的射频信号，则在固定衰减器135的输出就设定于_84daii。以使该射频信号经第一带通滤波器138后输出端 OUTl所输出的信号为-25cffim。功率分配器130的另一端则是输出射频信号至一调变器(modulator) 150，在此， 及之后称为第二射频信号132。第二射频信号132输入至调变器150，调变器150的一输入端则输入一基频信号160，在一较佳实施例中为BPSK(binary phase shift key)型调变器， 因此，输入的基频信号160包含BB IDATA及BB Q DATA。第二射频信号132与基频信号160经调变器150调变输出展频(spreadspectrum) 信号165。调变器150输出时会使得展频信号165功率衰减。以预定GPS接收器用测试信号的功率输出值是-85daii为例，调变后的信号165功率值约为-34dBm，展频信号165再进一步由可调衰减器170及固定衰减号180进一步衰减，两者可使得展频信号165再衰减至功率值为84dBm，经由第二带通滤波器188后，将输出85daii。若预定的模拟信号的功率值为_145dBm，则调变后的信号功率值约为-94daii。再进一步由衰减器175(包含可调衰减器 170、固定衰减号180)及第二带通滤波器188后，模拟信号的功率值就是-145daii。上述的可调衰减器170以一较佳实施例是一手调型，当然，它也可由编程控制。而固定衰减号180 的功能如同前述固定衰减号135。故不赘述。依据本发明的第二实施例，信号模拟器也可以是另一种简约版，只输出单一一种射频测试信号供GPS信号接收器使用。请参见图5。包含一可编程数字电位器104设有一功率位阶表，一锁相回路105、一增益可变放大器115、一调变器150，一衰减器175(包含可变衰减器170及固定衰减器180)、一第二带通滤波器188依序串接至一输出端0UT2。其中，该增益可变放大器115由可编程数字电位器104输出的电压位阶控制，而可编程数字电位器104输出值是依据该功率位阶表将输入在锁相回路105的射频信号输出至调变器150，用以和该调变器150另一输入端所输入的基频信号160作展频调变输出162， 再至衰减器175做信号衰减，并经由第二带通滤波器188滤波后输出预定功率值的模拟卫星射频信号。换言之，在第二实施例中简化了在第一实施例中的部分元件，如数字衰减器120、 功率分配器130。因此，功率位阶表只有输出模拟信号功率位阶和数字电位位阶的关系。如此，在某些场合，若无校正信号需求，对客户而言，将可降低购置成本。本发明具有以下优点1)本发明信号模拟器可输出非常低功率的信号作为卫星定位接收模拟之用，解析度可达0. IdB02)本发明信号模拟器除上述信号外更供一校正信号，此校正信号比低功率信号的功率位准高约60dB(m)，适合于高解析度频谱分析仪使用，因此，相对于低功率模拟信号而言，可更准确了解模拟信号的功率值是否在一预定值。客户勿需另外购置校正机器，或假手它人校正。3)本发明信号模拟器也可只有低功率模拟信号输出，以提供某些客户的另一种选择。以上所述为利用一较佳实施例及不同实施例以详细说明本发明，其并非用以限制本发明的实施范围，并且本领域技术人员皆能明了，适当做些微的修改仍不脱离本发明的精神及范围。
权利要求
1.一种信号模拟器，其特征在于，所述的信号模拟器用以输出可编程控制的极低功率射频信号以提供卫星定位系统接收器测试，包含一可编程数字电位器设有一功率位阶表；及一锁相回路、一增益可变放大器、一调变器，一衰减器、一带通滤波器依序串接至一输出端；其中，所述增益可变放大器由所述可编程数字电位器输出的电压位阶控制，而所述数字电位器输出值是依据所述功率位阶表将输入于所述锁相回路的射频信号输出至所述调变器，用以和所述调变器另一输入端所输入的基频信号作展频调变输出，再至所述衰减器做信号衰减，并经由所述带通滤波器滤波后输出预定功率值的模拟信号。
2.如权利要求1所述的信号模拟器，其特征在于，所述的功率位阶表设有所述数字电位位阶、与所述模拟信号的功率位阶的对应关系。
3.如权利要求1所述的信号模拟器，其特征在于，所述的调变器为BPSK型调变器。
4.一种信号模拟器，其特征在于，所述的信号模拟器用以输出可编程控制的极低功率射频模拟信号及一功率相对较所述射频模拟信号功率高的校正信号，包含一微处理器设有一功率位阶表；一数字电位器；一锁相回路、一增益可变放大器、一第一衰减器、一功率分配器、一第二衰减器、一第一带通滤波器依序串接至一第一输出端，其中，所述增益可变放大器由所述数字电位器控制， 而所述数字电位器输出值依据所述功率位阶表将一输入于锁相回路的射频信号，用以自所述第一输出端输出一校正用射频信号；一调变器，一第三衰减器、第二带通滤波器依序串接至一第二输出端；其中，由所述调变器将一基频信号与所述功率分配器的另一输出端所输出的射频信号作调变，并由所述第二输出端输出一测试用射频信号。
5.如权利要求4所述的信号模拟器，其特征在于，所述的第一衰减器为数字衰减器，所述功率位阶表设有所述数字电位位阶、所述数字衰减器衰减位阶与所述测试用射频信号、 或校正用射频信号的对应关系。
6.如权利要求4所述的信号模拟器，其特征在于，所述的第二衰减器为固定衰减器。
7.如权利要求4所述的信号模拟器，其特征在于，所述的调变器为BPSK型调变器。
8.如权利要求4所述的信号模拟器，其特征在于，所述的第三衰减器包含一可变衰减器及一固定衰减器。
全文摘要
本发明公开了一种信号模拟器，用以输出可编程控制的低于-145dBm功率的射频信号，供卫星定位系统接收器等测试，其电路附一功率相对较该射频模拟信号功率高的校正输出信号。本电路包含一可编程数字电位器、一锁相回路、一增益可变放大器、一功率分配器、一调变器、若干个衰减器及带通滤波器。其中，可编程数字电位器搭配功率位阶表，其输出信号控制增益可变放大器的输出位准，经一数字可编程衰减器输出至功率分配器分成两个信号，其中一射频信号经固定衰减器、带通滤波器后输出校正信号，另一射频信号经可调衰减器、固定衰减器、带通滤波器后输出卫星模拟信号。本发明实施例的信号模拟器可稳定输出极低功率且高解析度的信号，可编程控制。
文档编号G01S19/23GK102262232SQ201010192960
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者廖祐崧, 黄雪樵 申请人:致茂电子股份有限公司