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如何应对便携式设备中FM天线的设计挑战

文章来源:EDN博客 作者:pulan 访问次数:


该文章讲述了如何应对便携式设备中FM天线的设计挑战的电路原理和应用

调频(FM)收

音机在高保真音乐和语音广播中已经被采用好多年了,它能提供极好的声音质量、信号鲁棒性和抗噪声能力。最近,FM收音机开始越来越多地用于移动和个人媒体播放器中。然而,传统FM设计方法需要很长的天线,例如有线耳机,从而限制了许多没带有线耳机的用户。另外,随着无线使用模型在便携式设备中的不断普及,更多用户可以从使用其他类型FM天线的无线FM收音机中受益,且同时可利用无线耳机或扬声器来听声音。

本文将介绍一种FM收音机接收机解决方案,它将天线集成或嵌入在便携式设备内部,使得耳机线成为可选件。我们首先从最大化接收灵敏度讲起,然后介绍取得最大化灵敏度的方法,包括最大化谐振频率的效率,最大化天线尺寸,以及利用可调谐匹配网络最大化整个调频带宽上的效率。最后,本文还将给出可调谐匹配网络的实现方法。

最大化灵敏度

灵敏度可以被定义为调频接收系统可以接收到的、同时能达到一定程度信噪比(SNR)的最小信号。这是调频接收系统性能的一个重要参数,它与信号和噪声都有关系。接收信号强度指示器(RSSI)只是指出了特定调谐频率点的射频信号强度,它并不提供有关噪声或信号质量的任何信息。在比较不同天线下接收机性能时,音频信噪比(SNR)也许是一个更好的参数。因此,想为聆听者带来高质量的音频体验,使SNR最大化非常重要。

天线是连接射频电路与电磁波的桥梁。就调频接收而言,天线就是一个变换器,即将能量从电磁波转换成电子电路(如低噪声放大器(LNA))可以使用的电压。调频接收系统的灵敏度直接与内部LNA接收的电压相关。为了最大化灵敏度,必须尽量提高这个电压。

市场上有各种各样的天线,包括耳机、短鞭、环路和芯片型天线等,但所有天线都可以用等效电路进行分析。图1给出了一种通用的等效天线电路模型:

在图1中,X可以是一个电容或一个电感。X的选择取决于天线拓扑,其电抭(感抗或容抗)值与天线几何形状有关。损耗电阻Rloss与天线中以热能形式散发的功耗有关。幅射电阻Rrad与从电磁波产生的电压有关。为了便于说明,后文将以环路天线模型作为分析对象,同样的计算也可以用于其他类型的天线,如短的单极天线和耳机天线。

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图1:天线等效电路模型。

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