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在移动电话中的接收和发射FM信号的内置天线
2007年10月16日 14:49    今日电子/21IC    评论()    阅读:
作 者:莱尔德科技股份有限公司 Peter Lindber

问题的提出

这几年来,多数移动电话中都使用了无线调频(FM)信号接收组件。由于波长长(λ~3m),占调频频带较大(带宽是FM调频频带76~108MHz的35%),免提耳机的连接线常被当作天线使用,而电话的底板(也许还有使用者)则当作地线,于是在收听时需要连接免提耳机。这种做法的缺点是不能使用蓝牙免提耳机,也不能使用音频扬声器。最近,在短距离内传送音频信号的技术开始兴起,即把音频信号从便携式MP3播放器传送到家用收音机或者汽车收音机上,移动电话很快也会具备这个功能。所以,人们把天线的功能和免提耳机的连接线分开,最好把天线放到移动电话里面。

整合方面的问题

在把天线集成电话里面时会出现两个问题。第一,由于现代终端设备的尺寸很小,空间非常有限,可以接收波长会受到限制。此外,印刷电路板一般至少有一层(接地面)是完全金属化的,与地之间的最大高度在4~8mm的范围(相当于不到0.003λ)。因此,任何单极型天线的长度都要大量地缩短,以便产生谐振,结果在带宽和天线的接收效率方面有很大损失。第二个问题就是发射天线的隔离。发射电线和电话里面的调频天线是安置在一起的,尤其是在GSM850/900波段,发射器会产生严重的干扰。

有源天线的设计思想

很多公司都提出了相应的设计方案。以莱尔德科技股分有限公司为例,他们研制了一种内置天线(ActivvTM),可用于接收FM调频信号。其性能与使用有源设计思想的耳机连接线相似,这就是发射元件和前置放大器一起设计,并且整合在一起。与传统的无源天线相比,这个方法有如下优点。

● 并不要求天线的电阻必须是50Ω,因此避免了损失,也不需要会限制带宽的匹配元件。
● 前置放大器的增益能够减少FM调频接收器产生的噪声,一般为6dB左右。这相当于使用增益增大了6dB的无源天线。
● 由于有源天线的增益大,送到FM调频接收器的信号电平更加合适。这是因为标准的调频接收器中的自动增益控制(AGC)的动态范围有限。要注意的一点是,增大增益并不能改善射频的信噪比SNR(因为噪声和信号都同样地放大了),但在转换成音频信号时,它的确大量地提高了信噪比。 
● 放大器不需要无条件稳定,对于给定的晶体管(它的隔离等效参数S12不等于零),只能利用电阻性负载把它稳定,而电阻性负载又会严重地降低增益并且增大天线的噪声。

与无源天线相比,有源天线的性能好得多,但这些优点是有代价的。设计和测定特性的复杂程度都增大了(在下一节将谈到这点),最重要的是,要在没有电阻性负载的情况下做到稳定,线性度要好。此外,有源元件需要静电保护,但又不能降低灵敏度。

有源天线的特性-G/T损失

有源天线不用增益、效率、返回损失这些普通的参数来描述它的特性。例如,只要增大前置放大器的增益,或者在输出端再串联一级放大器,就可以随意增大它的增益。因此,增益本身是没有意义的。相反,有源天线的主要性能指标是按总输出噪声温度正则化后的总增益(天线和放大器的增益),即G/T损失(G/T degradation)。

[1]  [2]  [3]  [4]  编 辑:徐亮
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