FM調頻收音功能已成為手機一種標配，幾乎所有主流手機都有FM功能。但您是否有這樣的經(jīng)歷，點(diǎn)開(kāi)了手機上的“收音機”，結果手機提示您，“請插入耳機”，無(wú)奈身邊沒(méi)有耳機，實(shí)在是攪擾了您聽(tīng)調頻廣播的興致，這都是因為需要耳機充當FM接收天線(xiàn)所導致的，如今，越來(lái)越多的手機采用內置調頻接收天線(xiàn)取代傳統的耳機天線(xiàn)，相信很快，這種糾結的場(chǎng)景將會(huì )變成一種回憶。而在一些海外市場(chǎng)，調頻接收性能的好壞很有可能極大程度的影響到該款手機的市場(chǎng)接受程度，因此，使用內置天線(xiàn)的高性能的FM外放功能既能成為賣(mài)點(diǎn)又能更好地迎合市場(chǎng)的需求。
內置FM天線(xiàn)的難點(diǎn)
誠然，內置FM天線(xiàn)使耳機已不再成為收聽(tīng)FM廣播的一種約束，但相對于傳統的耳機FM天線(xiàn)，它卻對手機設計者提出了更高的要求。首先，內置天線(xiàn)相對于傳統的耳機天線(xiàn)而言，由于天線(xiàn)尺寸的大大縮減，內置天線(xiàn)的輸入阻抗通常很難做到類(lèi)似耳機天線(xiàn)的50歐姆附近，表現為在smith圓圖上，在FM頻段，內置天線(xiàn)通常為靠近開(kāi)路點(diǎn)的高阻抗輸入(如圖1)。
圖1：實(shí)際測量的幾款FM內置天線(xiàn)的輸入阻抗在smith圓圖上的分布。
此外，天線(xiàn)尺寸的大幅縮減，導致內置天線(xiàn)相對于傳統的耳機天線(xiàn)有更大的天線(xiàn)損耗，一般如果天線(xiàn)無(wú)方向性時(shí)，損耗值約為30～50dB。通常在電路匹配較好，天線(xiàn)能較好諧振時(shí)天線(xiàn)的效率才較高，接收性能才會(huì )較好，而FM頻段的相對帶寬比較寬，天線(xiàn)的輸入阻抗從低頻點(diǎn)到高頻點(diǎn)有極為顯著(zhù)的變化，因此要實(shí)現寬帶匹配最終使天線(xiàn)較好地實(shí)現諧振具有相當的難度。為了實(shí)現較寬帶寬的阻抗匹配，并補償損耗，以及在寬頻帶內使天線(xiàn)能較好地諧振，從而提升整個(gè)FM系統的接收性能，在FM內置天線(xiàn)設計中引入低噪聲放大器，設計有源FM內置天線(xiàn)，正越來(lái)越成為一種潮流。
FM內置天線(xiàn)低噪聲放大器
英飛凌的BGB707L7ESD是一顆專(zhuān)為有源FM內置天線(xiàn)應用設計的MMIC低噪聲放大器，它已經(jīng)廣泛地應用到許多主流手機的FM外放(有源內置天線(xiàn))電路中。對于常見(jiàn)的Monopole(對地表現為容性阻抗)和Loop(對地表現為感性阻抗)天線(xiàn)，BGB707L7ESD都可以通過(guò)對匹配電路的調整而使天線(xiàn)較好地諧振，降低天線(xiàn)因為阻抗不匹配而產(chǎn)生的損耗，從而達到很好的FM接收性能。
圖2所示為測得的某一款monopole天線(xiàn)在FM頻段的輸入阻抗。在Smith圓圖上可以很明顯的看到，該天線(xiàn)的輸入阻抗為非50歐姆的高阻抗輸入。圖3為BGB707L7ESD作為內置天線(xiàn)低噪聲放大器應用時(shí)所推薦的電路圖形式，具體參數可參考英飛凌應用筆記AN177。實(shí)際測量時(shí)，通過(guò)使用該電路，對應于同一高輸入阻抗天線(xiàn)，當選擇加與不加BGB707L7ESD低噪聲放大器時(shí)，對于整個(gè)FM接收系統的信號強度有30dB以上的提升，這對于改善天線(xiàn)的G/T值有極大的貢獻，因此AN177的電路形式更加適合高輸入阻抗的FM內置天線(xiàn)的應用。其中ESD1為ESD0p8RFL、ESD0p2RF系列等用于天線(xiàn)ESD靜電保護的TVS管。
圖2：實(shí)測某款monopole天線(xiàn)的輸入阻抗。
以ESD0p2RF-02LRH(0402封裝)為例，該TVS管在1GHz頻率時(shí)對地的引線(xiàn)電容值僅為0.2pF，所以在FM頻段對輸入端匹配的影響可完全忽略，而在使用該TVS管后，由于該TVS管相對于同類(lèi)產(chǎn)品有極低的動(dòng)態(tài)電阻，使得天線(xiàn)輸入端的防靜電等級可達20KV(IEC61000-4-2，接觸放電)，從而更加有效地保護整個(gè)FM有源天線(xiàn)電路部分。此外，BGB707本身所有管腳均自帶ESD保護功能，射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV、HBM，因此可以有效地避免生產(chǎn)過(guò)程(工藝)中的ESD靜電問(wèn)題。
圖4為BGB707L7ESD在圖3(AN177)所示電路下所測得的輸入阻抗。顯然，對于圖2所示的Monopole天線(xiàn)，該電路可以使其在整個(gè)FM頻段內較好地工作在接近諧振的狀態(tài)。
圖3：BGB707L7ESD應用筆記AN177電原理圖。
圖4：實(shí)測BGB707L7ESD AN177應用電路輸入阻抗。
圖5：實(shí)測BGB707L7ESD AN177應用電路的穩定系數(0-10GHz)。
圖6為一個(gè)等效長(cháng)度11厘米的Monopole手機內置天線(xiàn)接在頻譜分析儀上的實(shí)地FM信號的接收表現，測量環(huán)境為室內靠窗有良好FM的接收條件。從圖上可看出，即使是在良好的接收條件下，超短天線(xiàn)的接收效果是非常差的�；旧贤耆邮詹坏紽M信號。因為該天線(xiàn)自身及匹配錯誤的損耗大于30Db，所以把FM信號完全壓抑了。
圖6：某Monopole內置天線(xiàn)接在頻譜儀上的實(shí)地FM信號的接收表現，幾乎完全接收不到FM信號。
圖7為同一天線(xiàn)加上BGB707L7以后在頻譜分析儀上的實(shí)地FM信號的接收表現。在同樣的測量條件下，總共可以接收到12個(gè)FM電臺的信號，由此可看出BGB707L7可以對手機內置天線(xiàn)的FM信號接收提供大幅改善。事實(shí)上，無(wú)論是對于Loop或是Monopole形式的內置FM天線(xiàn)，BGB707L7都有很大的幫助。
圖7：同一天線(xiàn)加上BGB707L7后在頻譜儀上的實(shí)地FM信號的接收表現，總共可以接收到12個(gè)FM信號。
本文小結
BGB707L7ESD具有如下特點(diǎn)：高阻抗輸入，從而能較好的使尺寸較小內置天線(xiàn)工作在諧振狀態(tài)以及降低天線(xiàn)因為阻抗不匹配而產(chǎn)生的損耗；提供足夠高的增益，以及非常低的噪聲系數。在0至10GHz頻率范圍內均能穩定工作(圖5)。內置偏壓電路使BGB707L7ESD在寬溫度范圍內工作狀態(tài)都非常穩定可靠。所有管腳均有ESD保護(射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV，HBM)，因此可以有效避免生產(chǎn)過(guò)程(工藝)中的ESD靜電問(wèn)題。小型化封裝，有效節約PCB面積。
基于以上的這些優(yōu)點(diǎn)，BGB707L7ESD非常適合用于手機、PDA、PND等移動(dòng)設備中FM內置有源天線(xiàn)的應用，利用其實(shí)現的有源天線(xiàn)可以接近或達到傳統耳機天線(xiàn)的FM接收性能。 |
