基于内置天线实现手机FM无线电接收设计方案介绍

用户接触与没有接触天线时接收天线的输出频谱;RadioAnt有源天线的设计实测性能

RadioAnt有源天线的设计如图3所示。辐射器件为单匝半环，其中在屏蔽盒短边的辐射器被地线包围，并被连接到另一边的放大器。通过短边的短路天线以及另一短边并联电容(来获得谐振)的AC短路天线，天线在GSM的E场最大处被短路，因此保证了低串扰。在放大器输入端栅源节点之间是并联电容，除了提高增益，还通过增加由放大器看过去的天线实部提供了更好的噪声匹配(改善了稳定性)。放大器中采用了共源拓扑的微波FET晶体管配置，使得噪声贡献最小化。整个放大器在3V下消耗3mA，其为应用提供了充足的增益与线性。通过dc反馈稳定了偏置点，并通过设计将来自偏置网络的噪声贡献减小到接近零。由于微波晶体管在10 GHz及以上频率具有正增益，必须审慎考虑以确保由天线提供的源阻抗处的稳定性。辐射器的输入阻抗仅对磁性材料敏感(因为其是一个短环)，这是比较罕见的，所以天线并没受到靠近物体的影响出现反调谐(de-tuned)。通过在靠近电话处放置参考偶极子天线(824MHz到960MHz，以及1710MHz到2170MHz)并将其连接到高功率CW发射器来测量GSM串扰的敏感度。在824MHz(最差条件频率)下检测到信号恶化开始处大约为+36dBm，其远高于GSM的峰值输出功率。

实测G/T下降以及RadioAnt增益如图4所示，对诺基亚6125手机的应用如图5所示。该手机可以工作在两种模式下，开放和关闭，具有不同的性能。通常，由于更长的屏蔽盒长度，开放位置要优于关闭位置几个dB，但预计关闭位置将主要用于收听期间。尽管增益具有大约20dB带内差异、G/T退化的高度谐振，它是有益于接收和音频质量的重要指标，该增益几乎是平坦的，具有大约5dB的带内差异。因此，就不要求可调协性。然而，RadioAnt模块支持频率可调协性(如果可以从FM接收器获得控制信号)，其将在频带边沿将接收到的SNR水平改善几个dB(尤其是，如果必须覆盖整个76MHz到108MHz频带)，并还将提高强大的带内阻断信号的容差。这是一个可选特性，并且对获得良好性能而言并不必要。

实测G/T下降以及RadioAnt增益

具有Rx模式前置放大器仍然连接并且来自50欧源输入的未匹配半环天线实测增益小型天线FM无线电接收

现场测试表明RadioAnt实现了与基于有线耳机的FM无线电接收一样的性能，虽然存在天线尺寸的区别。尽管有源天线几乎是一种提供了小体积的最优设计，但大约1m的辐射阻抗与至少1欧的寄生损耗电阻结合(例如在辐射金属和互连线来自有限电导率)必然导致-30 dBi至-50 dBi的增益。对大部分RF工程师而言，相信如此低的增益对任何涉及长距离通讯的应用是足够的非常难，但高环境噪声温度计大放宽了对FM接收增益的要求。

大部分无线系统工作在1 GHz以上，其中环境噪声接近于室温并且-10dBi的增益会转化为减少10dB的SNR。然而，由于人造噪声，噪声水平在大部分城市地区在FM频率(以及甚至更高的AM)下大约为20 dB。因此，极差效率的天线将收集与较小信号一样的较小噪声，例如与完善的偶极子天线相比。如图7所示，当所有天线连接到6 dB NF接收器时，在三种天线不