GNSS接收机中关键的射频组件

今天在我们身边，基于GPS、北斗等全球卫星导航系统（GNSS）的电子设备越来越多，这为人们提供了一个“上帝视角”，使得用户可以通过在地球轨道上的一组卫星，实现位置搜索、定位导航、移动目标监控等诸多与地理信息相关的应用。

如今，随着GNSS功能逐渐成为智能手机等消费电子设备以及车载应用的标配，其市场也在快速扩张。而且值得注意的是，GNSS在消费电子和汽车电子市场的成功经验，也在被复制或移植到更多新兴的领域，无人机、自主导航机器人、智慧农业、测绘、海事等领域，都在孕育着新的市场增长点。

据欧盟航天计划机构（EUSPA）发布的《地球观测（EO）和全球卫星导航系统（GNSS）市场报告》预测，从2021年到2031年的十年间，全球GNSS和EO的市场规模将从2000亿欧元增长到近5000亿欧元，届时全球GNSS设备安装数将超过100亿台。Fortune Business Insights的研究报告也显示，全球GNSS市场将从2021年的1751.9亿美元增长到2028年的3207.3亿美元，年复年增长率达到9.02%。

图1：全球GNSS设备安装数量持续增长

（资料来源：EUSPA）

GNSS接收机的发展趋势

支撑GNSS市场持续、快速发展的基础设施，除了太空中的卫星网络，另一个自然就是用户身边的GNSS接收机了。作为接收、处理卫星信号并获取用户地理位置等信息的装置，GNSS接收机综合性能的优劣，将直接影响到终端用户的体验。

归纳起来，GNSS接收机的发展有四个明显的趋势：

1高精度：如何与太空中的卫星建立起快速而可靠的数据通信，并据此计算出精准的位置信息，需要GNSS接收机在硬件和软件等方面不断地优化。

2全天候：这有两层含义：一方面要求GNSS接收机有足够高的可靠性，以应对复杂应用环境的挑战；另一方面，还要具备多频段、多模式的支撑能力，以更强的可扩展性去满足全球不同区域、不同类型GNSS系统的需求。

3小型化：更为紧凑的尺寸，有利于GNSS接收机被集成到各类应用中，这是GNSS应用版图不断扩张的关键要素。

4低成本：高性价比的解决方案，能够让GNSS接收机获得更强的竞争力。

EUSPA的研究报告预测，从2021年到2031年，全球GNSS接收机的年出货量将从18亿台套增长至25亿台套，如此大的市场值得市场中的玩家持续地参与和投入。

GNSS接收机中关键的射频组件

想要打造出具有竞争力的GNSS接收机产品，在未来的市场中脱颖而出，射频系统的设计尤为重要，因为这是确保“漫长”的卫星通信链路畅通的关键，也是后端所有地理信息服务的基础。

高性能的射频组件，无疑是GNSS接收机设计中重要的一环，在整个射频链路中，天线、低噪声放大器（LNA）、滤波器、双工器等射频组件的正确选型和应用，是提高卫星通信信号质量、集成度和功耗表现，提供稳定、高效数据连接能力的先决条件。

围绕GNSS接收机射频性能的提升，在射频组件选型上有两个核心的焦点：

1 LNA（低噪声放大器）

LNA是一种用于无线通信接收端的放大器，主要作用是对接收到的非常微弱的无线信号进行放大，同时要尽可能避免引入过多的噪声，以确保更高的通信质量。由此可见，LNA对于GNSS等卫星通信特别重要，这是因为卫星距离地面非常远，接收机“捕获”到的信号非常微弱而信号传输过程中的干扰源又很复杂，因此就需要LNA对于这些原始的信号进行“加工”，为后端的GNSS IC提供更高质量的信息“原材料”。

2 FEM（前端模块）

在提升接收信号质量，确保卫星通信可靠畅通的同时，为了提高设计的集成度，进一步“压缩”系统的体积，就需要用到FEM。简单地讲，FEM就是通过将LNA、滤波器、双工器等子模块集成到单一的器件中，实现多样化的功能，在获得高集成度的同时也有助于减少系统的复杂性和设计难度。

鉴于LNA和FEM在GNSS接收机射频系统中的重要性，很多厂商都在它们身上做文章。Nisshinbo（日清纺微电子）作为这一领域的头部供应商，在这两颗料身上倾注了不少的精力，推出了一系列高增益、低噪音和低失真、支持多频段应用的LNA产品，以及集成LNA与SAW滤波器、能够满足多样化GNSS应用需求的FEM。

下文中，我们就为大家推荐几款特别值得关注的Nisshinbo LNA和FEM产品，为大家的GNSS射频系统设计提供助力。

高精度LNA满足多应用场景所需

随着GNSS应用的发展，Nisshinbo一直在不断丰富公司的LNA产品线。NT1191和NT1192就是两款专门针对高精度GNSS（包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗等）而推出的LNA产品，并针对特定设计需求进行了优化。

NT1191是一款支持多频段GNSS的宽带LNA，频率范围为1164MHz至1610MHz，可以满足非常广泛的GNSS应用。同时，其在性能上也有诸多亮点，特别突出的有三点：

1在整个GNSS频段（1164MHz-1610MHz）中都具有良好的增益平坦度和低噪声系数（NF），有助于在接收多频段信号时减少频段之间的接收灵敏度差异。

2支持从1.5V到5.5V的宽范围电源电压，可以在各种电源电压下工作。

3采用了可润湿侧翼（Wettable Flank）封装，对于经常需要自动外观检测的车载设备十分适用。

与NT1191“全频段支持”的定位不同，NT1192是专门针对1.2GHz频段的信号接收而开发的LNA，有利于扩展GNSS设备多频段信号支持的能力，同时提供更为紧凑小巧的小外形封装。

具体来讲，NT1192支持L5 / L2 / L6频段（1164MHz至1300MHz），并具有20dB的高增益和0.7dB的低噪声系数（NF），性能表现不俗。由于采用了0.7mm × 1.1mm的薄型小尺寸无引脚封装，NT1192占板面积小，且仅需2个外部元件，非常适合于空间紧凑的车载和移动设备。

图4：NT1191和NT1192的工作频率

（图源：Nisshinbo）

总之，NT1191和NT1192性能出众，市场定位又各有侧重：前者在全频段、多场景支持方面能力突出；而后者则侧重于1.2GHz这个新频段的应用，且小型化优势明显。开发者可以根据实际的应用开发需求，灵活的选择或者组合使用这两颗LNA，以实现高精度的GNSS产品设计。

图5：NT1191和NT1192的应用示例

（图源：Nisshinbo）

1.2GHz频段的高性能FEM

除了上文提到的LNA，射频前端模块（FEM）也是Nisshinbo的一个优势产品线。针对GNSS应用，Nisshinbo将LNA与SAW滤波器组合在一起，打造出了NJG1186 FEM。

从NJG1186的频率覆盖范围不难看出，这也是一颗针对1.2GHz频段应用的器件，这主要是因为近年来随着GNSS应用的扩展，为了实现高精度定位，要求GNSS射频系统具有接收多频段信号的能力，除了常规的1.5GHz频段外，对1.2GHz频段信号接收和处理的需求也在快速增加。

图7：NJG1186的工作频率

（图源：Nisshinbo）

NJG1186显然就是为了满足这一设计需求而开发的。而且，根据实际应用的要求（比如室外环境和小型化设计），NJG1186还具备几个突出的亮点：

高性能

在1.2GHz频段（1164MHz至1228MHz）实现了19.5dB的高增益和1.7dB的低噪声系数（NF）。

高可靠

采用了有金属盖的高密封封装，确保了高可靠性，更适合用于车载电子设备及户外应用场景。

小型化

在1.57 × 1.23 × 0.47mm尺寸的小封装里，NJG1186集成了SAW滤波器和LNA，有助于减少系统设计的占板面积。

易扩展

NJG1186与1.5GHz频段的FEM NJG1159一起使用，可配置出多模GNSS系统，提供更高精度的多频段定位。

图8：基于NJG1186与NJG1159的多模GNSS应用示例（图源：Nisshinbo）

本文小结

汽车、智能手机、可穿戴设备、无人机……时至今日，我们身边具有GNSS卫星定位功能的电子设备越来越多。GNSS所提供的地理信息，不仅在持续赋能导航定位等传统应用，也在与其他来源的数据相融合，转化为更为全面的洞察，推动智能时代的发展。

射频系统设计，是GNSS接收机功能实现及拓展的基石。Nisshinbo开发的LNA和FEM产品，以高性能、高可靠、小型化等优势特性，为GNSS接收机射频系统的开发提供有力的支持，是各类“追星族”设备必备之神器！