FM内置天线2

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插卡音响中内置天线设计和选用指南

FM信号收发(含数据传输)成为手机中标配。然而FM频段频率低,波长长,要做到内置并小巧,需要牺牲一些指标,问题是牺牲多少能被接受?传统拉杆金属天线,是通过伸缩金属杆子来改变频率,其实也是窄带天线,其增益高是因为在空间接收面积大。

内置FM天线要基本满足要求,就需要保障核心的指标-带宽,其次才是增益。缩小体积的代价是牺牲带宽是不行的。手机中选择适合的FM内置天线遵循如下流程:

第一:天线选型

目前可以选用的有陶瓷LTCC工艺天线、电路板(FPC)天线、塑胶片绕线天线、磁性绕线天线、铁氧体天线,各类天线比较如下:

陶瓷工艺天线最先用于手机中,其制造工艺决定了必须是一个标准的器件,所有参数都锁定了,没有可以调节的点,然而终端输入阻抗不是纯的50欧姆,阻抗不一定能很好匹配,需要改变主板的阻

抗线或者匹配电路来适应。这就成为了一缺陷,因为手机主板更改不是很方便,改变一次往往不够。匹配电路本身也存在损耗,陶瓷工艺天线天线的另一个缺陷是增益低,其结构是微波陶瓷层层叠压、印刷导电材料组成,其电磁损耗大,其回损指标很难达到要求。后来一些方案公司,把陶瓷天线贴合在PCB上,用PCB走线来弥补缺陷,调整PCB走线来调整阻抗,但是还是应为成本高,性能不好,没有被市场接受。

PCB画的FM天线,其谐振频率可以到FM频段内一个点频,但是其本质还是一个窄带天线,带宽太窄,很多频段接收不到。铜箔厚度和宽度不够,电损耗也很大。

有源FM天线成本还是偏高,一种方式是从手机天线中取信号,滤波、放大,但是噪声也大了。更重要的是,这类有源天线是单向接收,要发射就麻烦了,因为通过手机天线发射FM信号,无异于扰乱手机通讯。

塑胶片上绕金属线这类天线,体积小,频段相比陶瓷和PCB做的宽一些,也适合调整参数来与主板匹配。但是相比磁性骨架来说,带宽不足,且体积大了一些。

空心线圈的Q值很高,容易在一个点频增益很高,但是带宽更窄,多个空心线圈串联,可以拓展频段宽度,但是体积大了,不适合手机中使用。

天线中加载磁性材料还一个好处就是手握和手不握时候频率漂移小,空心线圈漂移最多。(如下图,谐振频率漂移距离H)

总之,磁性骨架的绕线线圈,可以调节的参数有线圈圈数、线径、绕线方式、导磁率、绕组数量。这样,总有一组组合是与手机参数匹配最好的,微航的磁性FM内置天线成为首选。

第二:结构位置

手机中空间狭小,内置型FM收音天线位于周边侧立安装最好,贴片在PCB上不合适,因为占据手机主板的空间大,增益受到影响。最佳安装位置应该在手机上下位置,这个位置手握影响小。

从被干扰角度看,手机正下面合适些,因为液晶片会辐射噪声。有些手机主板噪声低、液晶片输入和输出用了磁珠,辐射低,适合安装在正上面。

微航内置FM收音天线有多种外形尺寸规格,为手机的ID/MD的设计提供了方便。

第三:匹配设计

手机FM收音电路输入部分,不是一个恒定的50欧姆,是一个复数,在斯密斯圆图上,不是位于圆心:

所以,需要调整天线阻抗和匹配电路来做匹配,这点与手机主天线定制设计完全一样。我们建议方案公司,不要贴装匹配元件,留给天线商来设计调试。

第四:主板电路设计

主板中很多地方会辐射出FM频段噪声,需要加以处理,否则会使得加装了内置天线的整机相比外置天线信噪比低。

金属拉杆外置FM天线或者耳机线,有一段在外面,感应的外部信号强于内部延伸部分感染的噪声信号,调频信号特征是谁强听谁的。所以信噪比高些。但是内置天线就只能净化下主板EMI了。否则噪声大了,效果也不好。

主板中喇叭信号要处理,喇叭中不少金属线,等效一个低频天线,其把主板中FM频段信号辐射出来,被内置FM收音天线近距离接收。我们通过方案商调整滤波参数,来避免这个影响。

其次是液晶部分,有TDK等厂商磁珠,可以吸收信号线和电源部分噪声。建议不要省略之。

第五:收音芯片选择

行业中公认的灵敏度高、信噪比高的收音芯片商有几家,价格虽然贵些,但是效果不一般。若采用了一些价格便宜的芯片,那就要在后端设计中优化每个环节了,也同样可以做得出色。

第六:效果评判

目前内置FM收音效果测试,绝大部分厂商采用收音实测方式。由于FM收音是一种附属功能,也不象做收音机一样去测试灵敏度。靠听来打分也是可行的。当然货比三家,在同样地方用不同类天线技术来测试整机效果是企业惯常操作模式,建议在弱信号下比较,较真实些。