基于内置天线实现手机FM无线电接收(二)

2013-09-30 15:24:10来源: 互联网

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3 V下消耗3 mA,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10GHz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+36 dBm,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



对诺基亚6125手机的应用
对诺基亚6125手机的应用

对发射而言,采用辐射器作为标准无源天线并通过SPST(开/关)开关进行连接(图3)。具有Rx模式前置放大器仍然连接(但是被关闭)并且来自50欧源输入的未匹配半环天线实测增益如图6所示。获得了-53dB到-49dB的宽带平均增益(或效率),并且在欧洲的最大允许输出功率为50nW或 -43dBm,因此,FM Tx功率放大器(PA)必须能够提供大约+10dBm,并且容许输出的感应电压与电流摆动。

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
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-30dBi至-50dBi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1GHz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20dB。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,在三种天线不同噪声温度下的不同增益(0dB、-20dB和-40dB)下对G/T退化进行比较。对具有-40dB增益天线的真实情况而言 (在室温下G/T减小46dB),同样配置在典型的23.000 K温度下改善了19dB的性能。对有源天线,从接收器噪声指数抑制中可以进一步增加6dB。因此,-40dB增益无源天线的SNR性能在完美的偶极子下只有27dB。

  通过辐射器件与低噪声前置放大器的共同优化,RadioAnt获得了与有线耳机天线类似的性能。这使得手机支持无线耳机,与发射和接收FM无线电信号一样从而支持更多的用户特性。

关键字:天线  手机FM  无线电接收

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0930/article_19681.html
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