基于內(nèi)置天線實(shí)現(xiàn)手機(jī)FM無線電接收（二）

實(shí)測(cè)性能

　　RadioAnt有源天線的設(shè)計(jì)如圖3所示。輻射器件為單匝半環(huán)，其中在屏蔽盒短邊的輻射器被地線包圍，并被連接到另一邊的放大器。通過短邊的短路天線以及另一短邊并聯(lián)電容（來獲得諧振）的AC短路天線，天線在GSM的E場(chǎng)最大處被短路，因此保證了低串?dāng)_。在放大器輸入端柵源節(jié)點(diǎn)之間是并聯(lián)電容，除了提高增益，還通過增加由放大器看過去的天線實(shí)部提供了更好的噪聲匹配（改善了穩(wěn)定性）。放大器中采用了共源拓?fù)涞奈⒉‵ET晶體管配置，使得噪聲貢獻(xiàn)最小化。整個(gè)放大器在3 V下消耗3 mA，其為應(yīng)用提供了充足的增益與線性。通過dc反饋穩(wěn)定了偏置點(diǎn)，并通過設(shè)計(jì)將來自偏置網(wǎng)絡(luò)的噪聲貢獻(xiàn)減小到接近零。由于微波晶體管在10GHz及以上頻率具有正增益，必須審慎考慮以確保由天線提供的源阻抗處的穩(wěn)定性。輻射器的輸入阻抗僅對(duì)磁性材料敏感（因?yàn)槠涫且粋€(gè)短環(huán)），這是比較罕見的，所以天線并沒受到靠近物體的影響出現(xiàn)反調(diào)諧（de-tuned）。通過在靠近電話處放置參考偶極子天線（824MHz到960MHz，以及1710MHz到 2170MHz）并將其連接到高功率CW發(fā)射器來測(cè)量GSM串?dāng)_的敏感度。在824MHz（最差條件頻率）下檢測(cè)到信號(hào)惡化開始處大約為+36 dBm，其遠(yuǎn)高于GSM的峰值輸出功率。

　　實(shí)測(cè)G/T下降以及RadioAnt增益如圖4所示，對(duì)諾基亞6125手機(jī)的應(yīng)用如圖5所示。該手機(jī)可以工作在兩種模式下，開放和關(guān)閉，具有不同的性能。通常，由于更長的屏蔽盒長度，開放位置要優(yōu)于關(guān)閉位置幾個(gè)dB，但預(yù)計(jì)關(guān)閉位置將主要用于收聽期間。盡管增益具有大約20dB帶內(nèi)差異、G/T退化的高度諧振，它是有益于接收和音頻質(zhì)量的重要指標(biāo)，該增益幾乎是平坦的，具有大約5dB 的帶內(nèi)差異。因此，就不要求可調(diào)協(xié)性。然而，RadioAnt模塊支持頻率可調(diào)協(xié)性（如果可以從FM接收器獲得控制信號(hào)），其將在頻帶邊沿將接收到的 SNR水平改善幾個(gè)dB（尤其是，如果必須覆蓋整個(gè)76MHz到108MHz頻帶），并還將提高強(qiáng)大的帶內(nèi)阻斷信號(hào)的容差。這是一個(gè)可選特性，并且對(duì)獲得良好性能而言并不必要。
實(shí)測(cè)G/T下降以及RadioAnt增益

對(duì)諾基亞6125手機(jī)的應(yīng)用

對(duì)發(fā)射而言，采用輻射器作為標(biāo)準(zhǔn)無源天線并通過SPST（開/關(guān)）開關(guān)進(jìn)行連接（圖3）。具有Rx模式前置放大器仍然連接（但是被關(guān)閉）并且來自50歐源輸入的未匹配半環(huán)天線實(shí)測(cè)增益如圖6所示。獲得了-53dB到-49dB的寬帶平均增益（或效率），并且在歐洲的最大允許輸出功率為50nW或 -43dBm，因此，F(xiàn)M Tx功率放大器（PA）必須能夠提供大約+10dBm，并且容許輸出的感應(yīng)電壓與電流擺動(dòng)。

具有Rx模式前置放大器仍然連接并且來自50歐源輸入的未匹配半環(huán)天線實(shí)測(cè)增益

　　小型天線FM無線電接收

　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明RadioAnt實(shí)現(xiàn)了與基于有線耳機(jī)的FM無線電接收一樣的性能，雖然存在天線尺寸的區(qū)別。盡管有源天線幾乎是一種提供了小體積的最優(yōu)設(shè)計(jì)，但大約1m的輻射阻抗與至少1歐的寄生損耗電阻結(jié)合（例如在輻射金屬和互連線來自有限電導(dǎo)率）必然導(dǎo)致-30dBi至-50dBi的增益。對(duì)大部分RF工程師而言，相信如此低的增益對(duì)任何涉及長距離通訊的應(yīng)用是足夠的非常難，但高環(huán)境噪聲溫度計(jì)大放寬了對(duì)FM接收增益的要求。

　　大部分無線系統(tǒng)工作在1GHz以上，其中環(huán)境噪聲接近于室溫并且 -10dBi的增益會(huì)轉(zhuǎn)化為減少10dB的SNR。然而，由于人造噪聲，噪聲水平在大部分城市地區(qū)在FM頻率（以及甚至更高的AM）下大約為20dB。因此，極差效率的天線將收集與較小信號(hào)一樣的較小噪聲，例如與完善的偶極子天線相比。如圖7所示，當(dāng)所有天線連接到6 dB NF接收器時(shí)，在三種天線不同噪聲溫度下的不同增益（0dB、-20dB和-40dB）下對(duì)G/T退化進(jìn)行比較。對(duì)具有-40dB增益天線的真實(shí)情況而言 （在室溫下G/T減小46dB），同樣配置在典型的23.000 K溫度下改善了19dB的性能。對(duì)有源天線，從接收器噪聲指數(shù)抑制中可以進(jìn)一步增加6dB。因此，-40dB增益無源天線的SNR性能在完美的偶極子下只有27dB。

　　通過輻射器件與低噪聲前置放大器的共同優(yōu)化，RadioAnt獲得了與有線耳機(jī)天線類似的性能。這使得手機(jī)支持無線耳機(jī)，與發(fā)射和接收FM無線電信號(hào)一樣從而支持更多的用戶特性。