Frequency Modulation (FM) -radio word al jare lank gebruik vir hoë-trou musiek en stemuitsendings. Dit kan 'n uitstekende klankgehalte, robuustheid van die sein en ruisimmuniteit bied. Onlangs word FM-radio toenemend gebruik in mobiele en persoonlike mediaspelers. Die tradisionele FM-ontwerpmetode benodig egter 'n baie lang antenne, soos 'n bedrade headset, wat baie gebruikers beperk wat nie 'n bedrade headset het nie. Met die voortdurende gewildheid van draadlose gebruiksmodelle in draagbare toestelle, kan meer gebruikers baat vind by draadlose FM-radio's wat ander soorte FM-antennas gebruik, en terselfdertyd draadlose koptelefoon of luidsprekers kan gebruik om na geluide te luister.
In hierdie artikel word 'n oplossing vir 'n FM-radio-ontvanger bekendgestel wat die antenne in die draagbare toestel integreer of inbed, wat die koptelefoonkabel 'n opsie maak. Ons begin met die maksimalisering van die ontvangsgevoeligheid, en stel dan metodes in om die sensitiwiteit te maksimeer, insluitend die maksimum doeltreffendheid van die resonansiefrekwensie, die maksimum van die antennegrootte en die gebruik van 'n afstelbare ooreenstemmende netwerk om die doeltreffendheid van die hele FM-bandwydte te maksimeer. Ten slotte sal hierdie artikel die realisasiemetode gee van die afstelbare ooreenstemmende netwerk.
Maksimum sensitiwiteit
Sensitiwiteit kan gedefinieer word as die kleinste sein wat die FM-ontvangstelsel kan ontvang terwyl 'n sekere sein-ruis-verhouding (SNR) bereik word. Dit is 'n belangrike parameter vir die prestasie van die FM-ontvangstelsel, wat verband hou met die sein en geraas. Die ontvangste seinsterkte-aanwyser (RSSI) wys slegs die RF-seinsterkte by 'n spesifieke afstemfrekwensiepunt aan. Dit bied geen inligting oor geraas- of seingehalte nie. As u die ontvanger se prestasie onder verskillende antennas vergelyk, kan die klank sein-ruis verhouding (SNR) 'n beter parameter wees. Daarom is dit baie belangrik om SNR te maksimeer om 'n hoë kwaliteit klankervaring aan die luisteraar te bied.
Die antenne is 'n brug wat die radiofrekwensie en elektromagnetiese golwe verbind. Wat FM-ontvangs betref, is die antenne 'n omskakelaar wat energie van elektromagnetiese golwe omskakel in spanning wat deur elektroniese stroombane (soos lae ruisversterkers (LNA)) gebruik kan word. Die sensitiwiteit van die FM-ontvangstelsel hou direk verband met die spanning wat die interne LNA ontvang. Om die sensitiwiteit te maksimeer, moet hierdie spanning soveel as moontlik verhoog word. Daar is verskillende antennas op die mark, insluitend oorfone, kort swepe, lusse en chip-antennas, maar alle antennas kan met gelykwaardige stroombane ontleed word. Figuur 1 toon 'n algemene ekwivalente antennakringmodel:
In Figuur 1 kan X 'n kondensator of 'n induktor wees. Die keuse van X hang af van die antenntopologie, en die elektriese (induktiewe of kapasitiewe) waarde daarvan hou verband met die antennemeetkunde. Die verliesweerstand Rloss hou verband met die kragverlies in die vorm van hitte-energie in die antenne. Die bestralingsweerstand Rrad hou verband met die spanning wat gegenereer word deur elektromagnetiese golwe. Om die verduideliking te vergemaklik, neem die volgende teks die lus-antennemodel as analise-voorwerp. Dieselfde berekening kan ook gebruik word vir ander soorte antennas, soos kort monopoliese antennes en oortelefoonantennes.
Figuur 1: Antenne-ekwivalente stroombaanmodel.
Maksimeer die doeltreffendheid van die resonansiefrekwensiepunt
Om die energie wat deur die antenne omgeskakel word te maksimeer, kan 'n resonante netwerk gebruik word om die reaktiewe impedansie van die antenna te verreken, en hierdie impedansie sal die spanningswaarde wat deur die antenne gelei word, na die interne LNA verswak. Vir induktiewe lusantennes word die kondensator Cres gebruik om die antenna op die gewenste frekwensie te laat resoneer:
Die resonansiefrekwensie verwys na die frekwensiepunt waarop die antenne elektromagnetiese golwe omskakel in spanning met die hoogste doeltreffendheid. Antenne-doeltreffendheid is die verhouding van die krag op Rrad tot die totale krag wat deur die antenne ontvang word, wat uitgedruk kan word as Rrad / Zant, waar Zant die impedansie van die antenne met die antenna-resonansienetwerk is. Zant word uitgedruk as:
As die antenna in resonansie is, kan die doeltreffendheid η uitgedruk word as:
Die doeltreffendheid by ander frekwensiepunte is:
Die antennedoeltreffendheid η by die nie-resonante frekwensiepunt is laer as die maksimum doeltreffendheid ηres, omdat die antenna-invoerimpedansie Zant op hierdie tydstip óf kapasitief óf induktief is.
Maksimum antenna grootte
Om die uitgesende radiofrekwensie sein te herwin, moet die antenna soveel as moontlik energie van die elektromagnetiese golf versamel en die elektromagnetiese golfenergie effektief in 'n spanning deur Rrad omskakel. Die hoeveelheid energie wat versamel word, word beperk deur die beskikbare ruimte en grootte van die antenna wat deur die draagbare toestel gebruik word. Vir 'n tradisionele oortelefoonantenne kan die lengte 'n kwart golflengte van die FM-sein bereik, en genoeg energie kan versamel word en omgeskakel word in 'n spanning wat deur die interne LNA gebruik kan word. In hierdie geval is dit nie so belangrik om die antennedoeltreffendheid te maksimeer nie.
Aangesien draagbare toestelle kleiner en dunner word, het die ruimte wat oorbly vir ingeboude FM-antennas egter baie beperk geword. Alhoewel die antennegrootte soveel moontlik verhoog is, is die energie wat deur die ingeboude antenne versamel word nog steeds baie klein. Daarom word dit baie belangrik om die antennedoeltreffendheid η te verbeter sonder om die prestasie in te boet en 'n kleiner antenna te gebruik.
Gebruik verstelbare bypassende netwerk om die doeltreffendheid op die FM-frekwensieband te maksimeer
Die frekwensiebereik van die FM-uitsaaiband is in die meeste lande 87.5 MHz tot 108.0 MHz. Die frekwensieband van FM-uitsendings in Japan is 76MHz tot 90MHz. In sommige Oos-Europese lande is die FM-radiofrekwensieband 65.8MHz tot 74MHz. Om aan te pas by alle FM-frekwensiebande in die wêreld, het die FM-ontvangstelsel 'n bandbreedte van 40 MHz nodig. Die tradisionele oplossing is gewoonlik om die antenna af te stel op die middelfrekwensie van die FM-band. Soos die bostaande formule toon, is die doeltreffendheid van die antennstelsel egter 'n funksie van frekwensie. Die doeltreffendheid bereik sy maksimum by die resonansiepunt. Wanneer die frekwensie van die resonansiefrekwensie afwyk, sal die doeltreffendheid afneem. Dit is opmerklik dat aangesien die bandwydte van die wêreldwye FM-frekwensieband 40MHz bereik, die antennedoeltreffendheid aansienlik sal afneem as die frekwensie ver van die resonansiefrekwensiepunt af is. As 'n vaste resonansfrekwensie byvoorbeeld op 98MHz ingestel is, kan 'n hoë doeltreffendheid op hierdie frekwensiepunt bereik word, maar die doeltreffendheid van ander frekwensiepunte sal aansienlik verlaag word, waardeur die frekwensie-modulasieprestasie ver van die resonansiefrekwensiepunt afbreek. Figuur 2 toon die doeltreffendheidskurwes van twee antennas (oortelefoonantenne en kort antenna) wanneer die vaste resonansfrekwensie in die middel van die frekwensieband (98MHz) is.
Figuur 2: Tipiese vaste resonante antenna-prestasie in die FM-band.
Soos blyk uit die bostaande figuur, kan die 98MHz-punt die beste doeltreffendheid behaal, maar hoe nader die frekwensie aan die rand van die band is, hoe meer daal die doeltreffendheid. Dit is nie 'n groot probleem vir oortelefoonantennes nie, want die grootte van hierdie antenne kan genoeg elektromagnetiese energie in die hele frekwensie versamel en na 'n hoër spanning na die RF-ontvanger omskakel. In vergelyking met die langer oortelefoonantenne is die kort antenna klein en versamel dit minder energie, dus sal die doeltreffendheid vinnig afneem as die frekwensie ver van die resonansiepunt af is, dit wil sê die ontvangs aan die rand van die band sal plaasvind wanneer die vaste resonansieskema gebruik word. Die grootste probleem is dat kort antennas 'n hoër "Q" -waarde het as oorfone, wat 'n sterk daling in doeltreffendheid aan die rand van die frekwensie laat ontstaan.
Q verwys na die kwaliteitsfaktor, wat eweredig is aan die verhouding van die energie wat in die antennanetwerk gestoor word per tydseenheid tot die verlies- of stralingsenergie. Vir die bogenoemde antenne-ekwivalente stroombaan met antenna-resonansienetwerk, voldoen die Q-waarde:
In vergelyking met die kort antenne het die oortelefoon 'n groter grootte, dus het dit 'n hoër bestralingsweerstand Rrad, wat lei tot 'n laer Q-waarde. Aangesien ingeboude toepassings die gebruik van kort antennas met hoë Q-waardes benodig, is die probleem van die sterk daling in doeltreffendheid baie prominent.
Die Q-waarde van die antenne hou ook verband met die antennebandwydte, en die verhouding daarvan kan uitgedruk word as:
Waar ƒc die resonansiefrekwensie ƒc is, en BW die 3dB-bandwydte van die antenne is. In vergelyking met 'n langer oortelefoonantenne, het 'n kort antenne met 'n hoë Q-waarde 'n kleiner bandwydte, dus die verlies aan die rand van die frekwensieband is groter.
Ten einde die bandwydtebeperking van die hoë-Q vaste resonante-antenna te oorkom, kan 'n selfinstelende resonanskring gebruik word om die "vaste resonansie" na "verstelbare resonansie" te verander, sodat die stroombaan altyd by die resonansiefrekwensiepunt is, sodoende die ontvangsgevoeligheid te maksimeer. 'N Self-tuning resonante antenne kan 'n hoër sein-tot-ruis-verhouding verkry, omdat die versterking van die resonante antenne die stelselgeruis van die ontvanger kan verminder, en die inherente hoë Q-waarde van die ingeboude antenne help om moontlike harmonieke uit te filter. met die plaaslike ossillator Disturbance gemeng.
Die verwesenliking van verstelbare bypassende netwerk
Figuur 3 toon die konseptuele blokdiagram van die verbeterde FM-ontvanger-argitektuur wat ingeboude kort antennas ondersteun. "Verstelbare resonansie" word gerealiseer deur die verstelbare varactor-diode op die skyfie en die afstelalgoritme.
Figuur 3: konseptuele blokdiagram van Si4704 / 05.
Bogenoemde ontwerp gebruik 'n gemengde-sein digitale lae-IF-argitektuur met 'n digitale seinverwerker (DSP) om gevorderde seinverwerkingsalgoritmes te realiseer, insluitend selfinstelling van ingeboude kort antennas. Die antennealgoritme pas die kapasitansiewaarde van die varaktordiode outomaties aan volgens elke frekwensie-afstelpunt van die toestel om die beste prestasie te verkry.
As die gebruiker byvoorbeeld op 101.1MHz afstem (stasie 1 in figuur 4), sal die antennealgoritme die resonansiepunt van die antennekring afstel op 101.1MHz, en sodoende die antennedoeltreffendheid en ontvangsprestasie op 101.1MHz optimaliseer. Wanneer die gebruiker op 84.1MHz afstem (stasie 2 in figuur 4), stel die antennealgoritme die resonansiepunt van die antennakring in om die ontvangsverrigting op 84.1MHz te optimaliseer.
Figuur 4: Voordele van verstelbare resonansie.
Die gebruik van die aangepaste frekwensie om die antenna-resonansiepunt in te stel, kan maksimum doeltreffendheid by elke gegewe frekwensiepunt lewer, en sodoende die ontvangste seinsterkte op die hele frekwensieband vir frekwensie-modulasie maksimeer. Nadat die verstelbare resonanskring aangeneem is, is die prestasie van die stelsel met behulp van die ingeboude antenne in die hele frekwensieband verbeter. Die resonante antenne by die aangewese frekwensiepunt kan ook die interferensie van ander frekwensiepunte verswak en sodoende die selektiwiteit van die ontvanger aansienlik verbeter. Daarom kan die gebruiker van die ontvanger met hierdie ingeboude antenne beter beskerm word teen ander toevallige steuringsbronne. . Dit is veral belangrik in stedelike gebiede waar die FM-band oorvol is.
Opsomming van hierdie artikel
Namate die draadlose gebruiksmodel al hoe gewilder word in draagbare toestelle, wil meer gebruikers draadlose FM-radio's met ingeboude antennas gebruik terwyl hulle na programme met draadlose koptelefoon of luidsprekers luister. Hierdie artikel bespreek die beginsel van die maksimum sensitiwiteit om FM-ontvangs met behulp van ingeboude antennas te verbeter, en bespreek verder hoe dit geïmplementeer kan word. Aangesien die beskikbare ruimte op draagbare toestelle wat ingeboude antennas gebruik baie beperk is, kan 'n selfinstelende resonansienetwerk oorweeg word om die sensitiwiteit van die ontvanger oor die hele FM-band te maksimeer, sodat die kort antenna op elke frekwensie maksimum doeltreffendheid behou. punt.
Ons ander produk:
