GNSS接收機中關(guān)鍵的射頻組件

今天在我們身邊，基于GPS、北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的電子設(shè)備越來越多，這為人們提供了一個“上帝視角”，使得用戶可以通過在地球軌道上的一組衛(wèi)星，實現(xiàn)位置搜索、定位導(dǎo)航、移動目標(biāo)監(jiān)控等諸多與地理信息相關(guān)的應(yīng)用。

如今，隨著GNSS功能逐漸成為智能手機等消費電子設(shè)備以及車載應(yīng)用的標(biāo)配，其市場也在快速擴張。而且值得注意的是，GNSS在消費電子和汽車電子市場的成功經(jīng)驗，也在被復(fù)制或移植到更多新興的領(lǐng)域，無人機、自主導(dǎo)航機器人、智慧農(nóng)業(yè)、測繪、海事等領(lǐng)域，都在孕育著新的市場增長點。

據(jù)歐盟航天計劃機構(gòu)（EUSPA）發(fā)布的《地球觀測（EO）和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）市場報告》預(yù)測，從2021年到2031年的十年間，全球GNSS和EO的市場規(guī)模將從2000億歐元增長到近5000億歐元，屆時全球GNSS設(shè)備安裝數(shù)將超過100億臺。Fortune Business Insights的研究報告也顯示，全球GNSS市場將從2021年的1751.9億美元增長到2028年的3207.3億美元，年復(fù)年增長率達到9.02%。

圖1：全球GNSS設(shè)備安裝數(shù)量持續(xù)增長

（資料來源：EUSPA）

GNSS接收機的發(fā)展趨勢

支撐GNSS市場持續(xù)、快速發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，除了太空中的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，另一個自然就是用戶身邊的GNSS接收機了。作為接收、處理衛(wèi)星信號并獲取用戶地理位置等信息的裝置，GNSS接收機綜合性能的優(yōu)劣，將直接影響到終端用戶的體驗。

歸納起來，GNSS接收機的發(fā)展有四個明顯的趨勢：

1高精度：如何與太空中的衛(wèi)星建立起快速而可靠的數(shù)據(jù)通信，并據(jù)此計算出精準(zhǔn)的位置信息，需要GNSS接收機在硬件和軟件等方面不斷地優(yōu)化。

2全天候：這有兩層含義：一方面要求GNSS接收機有足夠高的可靠性，以應(yīng)對復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的挑戰(zhàn)；另一方面，還要具備多頻段、多模式的支撐能力，以更強的可擴展性去滿足全球不同區(qū)域、不同類型GNSS系統(tǒng)的需求。

3小型化：更為緊湊的尺寸，有利于GNSS接收機被集成到各類應(yīng)用中，這是GNSS應(yīng)用版圖不斷擴張的關(guān)鍵要素。

4低成本：高性價比的解決方案，能夠讓GNSS接收機獲得更強的競爭力。

EUSPA的研究報告預(yù)測，從2021年到2031年，全球GNSS接收機的年出貨量將從18億臺套增長至25億臺套，如此大的市場值得市場中的玩家持續(xù)地參與和投入。

GNSS接收機中關(guān)鍵的射頻組件

想要打造出具有競爭力的GNSS接收機產(chǎn)品，在未來的市場中脫穎而出，射頻系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要，因為這是確?！奥L”的衛(wèi)星通信鏈路暢通的關(guān)鍵，也是后端所有地理信息服務(wù)的基礎(chǔ)。

高性能的射頻組件，無疑是GNSS接收機設(shè)計中重要的一環(huán)，在整個射頻鏈路中，天線、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、雙工器等射頻組件的正確選型和應(yīng)用，是提高衛(wèi)星通信信號質(zhì)量、集成度和功耗表現(xiàn)，提供穩(wěn)定、高效數(shù)據(jù)連接能力的先決條件。

圍繞GNSS接收機射頻性能的提升，在射頻組件選型上有兩個核心的焦點：

1LNA（低噪聲放大器）

LNA是一種用于無線通信接收端的放大器，主要作用是對接收到的非常微弱的無線信號進行放大，同時要盡可能避免引入過多的噪聲，以確保更高的通信質(zhì)量。由此可見，LNA對于GNSS等衛(wèi)星通信特別重要，這是因為衛(wèi)星距離地面非常遠(yuǎn)，接收機“捕獲”到的信號非常微弱而信號傳輸過程中的干擾源又很復(fù)雜，因此就需要LNA對于這些原始的信號進行“加工”，為后端的GNSS IC提供更高質(zhì)量的信息“原材料”。

2FEM（前端模塊）

在提升接收信號質(zhì)量，確保衛(wèi)星通信可靠暢通的同時，為了提高設(shè)計的集成度，進一步“壓縮”系統(tǒng)的體積，就需要用到FEM。簡單地講，F(xiàn)EM就是通過將LNA、濾波器、雙工器等子模塊集成到單一的器件中，實現(xiàn)多樣化的功能，在獲得高集成度的同時也有助于減少系統(tǒng)的復(fù)雜性和設(shè)計難度。

鑒于LNA和FEM在GNSS接收機射頻系統(tǒng)中的重要性，很多廠商都在它們身上做文章。Nisshinbo（日清紡微電子）作為這一領(lǐng)域的頭部供應(yīng)商，在這兩顆料身上傾注了不少的精力，推出了一系列高增益、低噪音和低失真、支持多頻段應(yīng)用的LNA產(chǎn)品，以及集成LNA與SAW濾波器、能夠滿足多樣化GNSS應(yīng)用需求的FEM。

下文中，我們就為大家推薦幾款特別值得關(guān)注的Nisshinbo LNA和FEM產(chǎn)品，為大家的GNSS射頻系統(tǒng)設(shè)計提供助力。

高精度LNA滿足多應(yīng)用場景所需

隨著GNSS應(yīng)用的發(fā)展，Nisshinbo一直在不斷豐富公司的LNA產(chǎn)品線。NT1191和NT1192就是兩款專門針對高精度GNSS（包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗等）而推出的LNA產(chǎn)品，并針對特定設(shè)計需求進行了優(yōu)化。

NT1191是一款支持多頻段GNSS的寬帶LNA，頻率范圍為1164MHz至1610MHz，可以滿足非常廣泛的GNSS應(yīng)用。同時，其在性能上也有諸多亮點，特別突出的有三點：

1在整個GNSS頻段（1164MHz-1610MHz）中都具有良好的增益平坦度和低噪聲系數(shù)（NF），有助于在接收多頻段信號時減少頻段之間的接收靈敏度差異。

2支持從1.5V到5.5V的寬范圍電源電壓，可以在各種電源電壓下工作。

3采用了可潤濕側(cè)翼（Wettable Flank）封裝，對于經(jīng)常需要自動外觀檢測的車載設(shè)備十分適用。

與NT1191“全頻段支持”的定位不同，NT1192是專門針對1.2GHz頻段的信號接收而開發(fā)的LNA，有利于擴展GNSS設(shè)備多頻段信號支持的能力，同時提供更為緊湊小巧的小外形封裝。

具體來講，NT1192支持L5 / L2 / L6頻段（1164MHz至1300MHz），并具有20dB的高增益和0.7dB的低噪聲系數(shù)（NF），性能表現(xiàn)不俗。由于采用了0.7mm × 1.1mm的薄型小尺寸無引腳封裝，NT1192占板面積小，且僅需2個外部元件，非常適合于空間緊湊的車載和移動設(shè)備。

圖4：NT1191和NT1192的工作頻率

（圖源：Nisshinbo）

總之，NT1191和NT1192性能出眾，市場定位又各有側(cè)重：前者在全頻段、多場景支持方面能力突出；而后者則側(cè)重于1.2GHz這個新頻段的應(yīng)用，且小型化優(yōu)勢明顯。開發(fā)者可以根據(jù)實際的應(yīng)用開發(fā)需求，靈活的選擇或者組合使用這兩顆LNA，以實現(xiàn)高精度的GNSS產(chǎn)品設(shè)計。

圖5：NT1191和NT1192的應(yīng)用示例

（圖源：Nisshinbo）

1.2GHz頻段的高性能FEM

除了上文提到的LNA，射頻前端模塊（FEM）也是Nisshinbo的一個優(yōu)勢產(chǎn)品線。針對GNSS應(yīng)用，Nisshinbo將LNA與SAW濾波器組合在一起，打造出了NJG1186 FEM。

從NJG1186的頻率覆蓋范圍不難看出，這也是一顆針對1.2GHz頻段應(yīng)用的器件，這主要是因為近年來隨著GNSS應(yīng)用的擴展，為了實現(xiàn)高精度定位，要求GNSS射頻系統(tǒng)具有接收多頻段信號的能力，除了常規(guī)的1.5GHz頻段外，對1.2GHz頻段信號接收和處理的需求也在快速增加。

圖7：NJG1186的工作頻率

（圖源：Nisshinbo）

NJG1186顯然就是為了滿足這一設(shè)計需求而開發(fā)的。而且，根據(jù)實際應(yīng)用的要求（比如室外環(huán)境和小型化設(shè)計），NJG1186還具備幾個突出的亮點：

高性能

在1.2GHz頻段（1164MHz至1228MHz）實現(xiàn)了19.5dB的高增益和1.7dB的低噪聲系數(shù)（NF）。

高可靠

采用了有金屬蓋的高密封封裝，確保了高可靠性，更適合用于車載電子設(shè)備及戶外應(yīng)用場景。

小型化

在1.57 × 1.23 × 0.47mm尺寸的小封裝里，NJG1186集成了SAW濾波器和LNA，有助于減少系統(tǒng)設(shè)計的占板面積。

易擴展

NJG1186與1.5GHz頻段的FEM NJG1159一起使用，可配置出多模GNSS系統(tǒng)，提供更高精度的多頻段定位。

圖8：基于NJG1186與NJG1159的多模GNSS應(yīng)用示例（圖源：Nisshinbo）

本文小結(jié)

汽車、智能手機、可穿戴設(shè)備、無人機……時至今日，我們身邊具有GNSS衛(wèi)星定位功能的電子設(shè)備越來越多。GNSS所提供的地理信息，不僅在持續(xù)賦能導(dǎo)航定位等傳統(tǒng)應(yīng)用，也在與其他來源的數(shù)據(jù)相融合，轉(zhuǎn)化為更為全面的洞察，推動智能時代的發(fā)展。

射頻系統(tǒng)設(shè)計，是GNSS接收機功能實現(xiàn)及拓展的基石。Nisshinbo開發(fā)的LNA和FEM產(chǎn)品，以高性能、高可靠、小型化等優(yōu)勢特性，為GNSS接收機射頻系統(tǒng)的開發(fā)提供有力的支持，是各類“追星族”設(shè)備必備之神器！