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在移动电话中接收和发射FM信号内置天线 　　问题的提出 　　 　　这几年来，多数移动电话中都使用了无线调频(FM)信号接收组件。由于波长长(λ－3m)，占调频频带较大(带宽是FM调频频带76～108MHz的35％)，免提耳机的连接线常被当作天线使用，而电话的底板(也许还有使用者)则当作地线，于是在收听时需要连接免提耳机。这种做法的缺点是不能使用蓝牙免提耳机，也不能使用音频扬声器。最近，在短距离内传送音频信号的技术开始兴起，即把音频信号从便携式MP3播放器传送到家用收音机或者汽车收音机上，移动电话很快也会具备这个功能。所以，人们把天线的功能和免提耳机的连接线分开，最好把天线放到移动电话里面。 　　 　　在整合方面的问题 　　 　　在把天线集成电话里面时会出现两个问题。第一，由于现代终端设备的尺寸很小，空间非常有限，可以接收波长会受到限制。此外，印刷电路板一般至少有一层(接地面)是完全金属化的，与地之间的最大高度在4～8mm的范围(相当于不到0.003λ)。因此，任何单极型天线的长度都要大量地缩短，以便产生谐振，结果在带宽和天线的接收效率方面有很大损失。第二个问题就是发射天线的隔离。发射电线和电话里面的调频天线是安置在一起的，尤其是在GSM850/900波段，发射器会产生严重的干扰。 　　 　　有源天线的设计思想 　　 　　很多公司都提出了相应的设计方案。以莱尔德科技股份有限公司为例，他们研制了一种内置天线(Activv73TM)，可用于接收FM调频信号。其性能与使用有源设计思想的耳机连接线相似，这就是发射元件和前置放大器一起设计，并且整合在一起。与传统的无源天线相比，这个方法有如下优点。 　　?并不要求天线的电阻必须是50Ω，因此避免了损失，也不需要会限制带宽的匹配元件。 　　?前置放大器的增益能够减少FM调频接收器产生的噪声，一般为6dB左右。这相当于使用增益增大了6dB的无源天线。 　　?由于有源天线的增益大，送到FM调频接收器的信号电平更加合适。这是因为标准的调频接收器中的自动增益控制(AGC)的动态范围有限。要注意的一点是，增大增益并不能改善射频的信噪比SNR(因为噪声和信号都同样地放大了)，但在转换成音频信号时，它的确大量地提高了信噪比。 　　?放大器不需要无条件稳定，对于给定的晶体管(它的隔离等效参数S12不等于零)，只能利用电阻性负载把它稳定，而电阻性负载又会严重地降低增益并且增大天线的噪声。 　　与无源天线相比，有源天线的性能好得多，但这些优点是有代价的。设计和测定特性的复杂程度都增大了(在下一节将谈到这点)，最重要的是，要在没有电阻性负载的情况下做到稳定，线性度要好。此外，有源元件需要静电保护，但又不能降低灵敏度。 　　 　　有源天线的特性－G/T损失 　　 　　有源天线不用增益、效率、返回损失这些普通的参数来描述它的特性。例如，只要增大前置放大器的增益，或者在输出端再串联一级放大器，就可以随意增大它的增益。因此，增益本身是没有意义的。相反，有源天线的主要性能指标是按总输出噪声温度正则化后的总增益(天线和放大器的增益)，即G/T损失(G/Tdegradation)。 　　在实际应用中，除了受天线特性的影响，有两个外来的因素会影响G/T损失的数值：接收器的噪声指数和环境噪声温度Ta。接收器的噪声指数会增大天线的输出噪声Tout(因而降低G/T)，环境噪声温度也会增大输出噪声。 　　噪声电平升高表示有源器件和电阻器产生的噪声影响减少了。除非是内置天线，其发射元件的增益很低，一般情况下，天线的实际温度支配着噪声温度。而且，噪声背景强表示，在低噪声的理想情况下，可以降低对发射元件的要求，并不会明显地降低G/T。这点可以定性地这样理解：效率高的天线接收到的信号大于效率低的天线接收到的信号，但是它接收到的噪声也比较大。因此，在天线输出端的信噪比并没有好一些。第二点是接收器的噪声指数NF也增加了天线输出的噪声，但是只要放大器的增益相当大(即Gamp)NFrec，它的影响就很小，与无源天线相比，这就提高了系统的性能(从噪声背景方面讲)。要注意的一点是，这两方面(也就是背景噪声和NFrec)的作用一般是分不开的。例如，背景噪声温度高时，接收器的噪声指数起的作用就小，反过来也是这样。 　　 　　 　　 　　一般地讲，我们不知道发射元件的效率和放大器的增益分别是多大(至少不能通过测量得到，但可以通过模拟或者模型分析得到这些数据)。相反，G/T损失是直接通过测量天线的输出噪声总功率得到的，这时天线是放在一个特殊的环境中(例如在消声室中，Ta=T0)，增益是用增益置换法借助一个增益已知的参照天线通过测量得到的。但是要小心。要通过标定把测量设备产生的噪声去掉，在测量时没有金属物体(同轴