基于內置天線(xiàn)實(shí)現手機FM無(wú)線(xiàn)電接收(一)

FM無(wú)線(xiàn)電接收器模塊是最現代化的移動(dòng)電話(huà)中的標準功能。短距FM發(fā)射（Tx）近來(lái)已成為一種受歡迎的手段，它可以將音頻從便攜式MP3播放器轉移到在家中或汽車(chē)收音機中，該功能不久將可以用于移動(dòng)電話(huà)。

　　萊爾德科技公司開(kāi)發(fā)了一款用于手機FM無(wú)線(xiàn)電接收的內置天線(xiàn)RadioAnt，其通過(guò)輻射器件與聯(lián)合設計前置放大器的集成提供了與已經(jīng)過(guò)時(shí)的有線(xiàn)耳機天線(xiàn)類(lèi)似的性能。

　　這種方法與傳統的無(wú)源解決方案相比具有幾點(diǎn)優(yōu)勢。其中一個(gè)是有效消除了對天線(xiàn)阻抗為50歐的要求。這是非常重要的調頻頻率，此處可以達到大約1米的輻射阻抗。而固有的輻射放大器阻抗接口在有源天線(xiàn)中并非在50歐左右，輸出可以調整到任何阻抗水平，對適當連接到接收器的輸入包括了50個(gè)單端或200個(gè)差分阻抗。

　　前置放大器的增益抑制了FM接收器大約6dB的噪聲。這相當于采用具有6dB高增益的無(wú)源天線(xiàn)。由于限制了標準接收器自動(dòng)增益控制的動(dòng)態(tài)范圍，有源天線(xiàn)的高增益為FM接收器提供了更為適合的信號水平。然而更高的增益（由于噪聲和信號被同等放大）并未提高RF頻率下的信噪比（SNR），其極大提高了下變頻音頻頻率的SNR。但是，消除了對阻抗負載的需要，其嚴重降低了增益并增加了天線(xiàn)噪聲，放大器并不需要無(wú)條件的穩定。

　　這種有源天線(xiàn)確有弊端，但可以應付。具體來(lái)說(shuō)，就是設計與特性更為復雜，并且前置放大器耗費功率與PCB面積。此外，有源器件必須受到保護來(lái)避免ESD，而且不會(huì )使靈敏度下降。最重要的是，必須在沒(méi)有電阻負載的條件下達到穩定性與線(xiàn)性，即使天線(xiàn)在放大器輸入端會(huì )出現接近開(kāi)路或短路的阻抗。

　　有源天線(xiàn)的特性

　　有益于有源天線(xiàn)的主要指標是由總輸出噪聲溫度G/T（簡(jiǎn)稱(chēng)為G比T）歸一化的總增益（天線(xiàn)+放大器）。目前，如果提高放大器增益，輸出噪聲將增加，在G/T 方面沒(méi)有任何改善。例如，G/T無(wú)損，完全匹配短偶極子或環(huán)路天線(xiàn)在室內溫度下為-22.8 dB/K（具有1.8dBi的方向性，1.8dBi- 10log（290K））。此處提出的G/T退化與完全匹配無(wú)損短偶極子天線(xiàn)有關(guān)的概念是與噪聲指數（NF）的概念類(lèi)似，因為在兩個(gè)不同的節點(diǎn)對SNR進(jìn)行了比較，但是在290 K噪聲溫度下在輸入（如定義為NF的度量）并未要求匹配的源。通常，由于大部分電學(xué)小型天線(xiàn)具有1.8dBi的方向性，增益G被認為是在各個(gè)角度上的“平均增益”，其與標準天線(xiàn)效率一致（所以，最大是0dB或100%）。在本文整篇文章中，增益是與效率同義的，因此，并未包含方向性。例如，G/T下降 10dB，系統性能等價(jià)于無(wú)源天線(xiàn)-10dB效率（如果所有天線(xiàn)都被連接到無(wú)噪聲接收器）。

　　除天線(xiàn)特性外，實(shí)際應用中 G/T的退化值是受兩個(gè)外部因素影響的：會(huì )增加輸出噪聲的周?chē)肼暅囟萒a，以及會(huì )增加天線(xiàn)輸出噪聲Tout（并因此減小G/T）的接收器噪聲指數 NFre。已經(jīng)表明由于人造RF噪聲，Ta的值在FM頻率下遠高于室溫T0（例如290K 或-174 dBm/Hz）。所增加的噪聲水平意味著(zhù)減小了來(lái)自有源器件及電阻噪聲貢獻的影響，除非采用內置天線(xiàn)，輻射器件的增益是如此低以至于天線(xiàn)物理溫度決定了噪聲溫度。此外，高的背景噪聲水平意味著(zhù)可以減少輻射器件的效率要求，對理想的低噪聲情況而沒(méi)有與G/T一樣極大地減小。這可以被定性的理解為高效率的天線(xiàn)會(huì )比低效率的天線(xiàn)收到更大的信號水平，但其也會(huì )收到更多的噪聲。因此，天線(xiàn)輸出端的SNR并沒(méi)有顯著(zhù)改善。

　　第二個(gè)影響就是NFrec，還為天線(xiàn)的輸出貢獻噪聲，但通過(guò)選擇極高增益的放大器（Gamp 》 NFrec）可以使其變得微不足道，從而與采用無(wú)源天線(xiàn)相比改善了系統的NF性能。應當指出，背景噪聲和NFrec的這兩種影響通常并不可分，例如一個(gè)高背景噪聲溫度可以實(shí)現接收器無(wú)關(guān)的噪聲指數，反之亦然。

　　如果輻射器的效率與放大器的增益Gamp已知（假設天線(xiàn)在室溫T0下，并且“了解”周?chē)脑肼暅囟萒a），通過(guò)以下公式（其中溫度單位是K）可以計算有源天線(xiàn)G/T的退化值：

計算有源天線(xiàn)G/T的退化值

　　然而，輻射器的效率通常與放大器的增益并不分別已知（至少不是通過(guò)測量獲得的，但是仿真或分析模型可以用來(lái)獲得這些數據）。反之，當放置在特定環(huán)境下（例如，