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調(diào)頻（FM）收音機(jī)在高傳真音樂和語音廣播中已經(jīng)被采用好多年了，它能提供極佳的音質(zhì)、信號(hào)穩(wěn)定性和抗噪聲能力。最近，F(xiàn)M收音機(jī)已開始出現(xiàn)在更多的移動(dòng)和個(gè)人媒體播放器等市場(chǎng)應(yīng)用中。然而，傳統(tǒng)的FM設(shè)計(jì)方法必須使用很長(zhǎng)的天線，例如有線的頭戴式耳機(jī)，因而對(duì)于許多未具備有線耳機(jī)的用戶造成限制。另外，隨著無線使用模式在便攜式設(shè)備中的不斷普及，越來越多的用戶也希望能使用其它FM天線的無線FM收音機(jī)，同時(shí)利用無線耳機(jī)或揚(yáng)聲器來聽聲音。
本文將介紹一種FM收音機(jī)接收器解決方案，它將天線集成或嵌入于便攜式設(shè)備內(nèi)部，使得耳機(jī)線成為一種可選用的配件。我們首先從最大化接收靈敏度著手，然后介紹實(shí)現(xiàn)最大化靈敏度的方法，包括最大化諧振頻率的效率、最大化天線尺寸，以及利用可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)最大化整個(gè)FM頻寬效率。最后，本文還將提出可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的建置方案。
最大化靈敏度
靈敏度可被定義為FM接收器系統(tǒng)可接收并能實(shí)現(xiàn)特定信噪比（SNR）的最小信號(hào)。這是FM接收系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要參數(shù)，它與信號(hào)和噪聲都有關(guān)系。接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI）只能在特定調(diào)諧頻率時(shí)指出射頻（RF）信號(hào)強(qiáng)度，并不提供有關(guān)噪聲或信號(hào)質(zhì)量的任何信息。在比較使用不同天線的接收器性能時(shí)，音頻信噪比（SNR）或許是一項(xiàng)更好的參數(shù)。因此，想為聆聽者帶來更高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)，使SNR最大化非常重要。
天線是連接RF電路與電磁波的橋梁。就FM接收而言，天線就是一種變換器，能將能量從電磁波轉(zhuǎn)換成電子電路（如低噪聲放大器；LNA）可用的電壓。FM接收系統(tǒng)的靈敏度直接關(guān)系到內(nèi)部LNA所接收的電壓。為了最大化靈敏度，必須盡量提高這一電壓。
市場(chǎng)上有各式各樣的天線，包括頭戴式耳機(jī)、金屬短柱（stub）、回路和芯片型天線等，但所有的天線都可以用等效電路進(jìn)行分析。圖1顯示出一種通用的等效天線電路模型：
圖1：通用的天線等效電路模型。
在圖1中，X可以是一個(gè)電容或一個(gè)電感。X的選擇取決于天線拓樸，其電抗值（電感或電容）與天線幾何學(xué)有關(guān)。損耗電阻（Rloss）與天線中以熱能形式散發(fā)的功耗有關(guān)。輻射阻抗（Rrad）則與電磁波產(chǎn)生的電壓有關(guān)。為了便于說明，本文將分析回路天線模型，同樣的計(jì)算也可適用于其它類型的天線，如短單極天線和耳機(jī)天線。
使諧振頻率效率最大化
為了盡量提高天線的轉(zhuǎn)換能量，我們使用了一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)來抵銷天線的反作用阻抗，而這種阻抗可能使天線轉(zhuǎn)換至內(nèi)部LNA的電壓值衰減。對(duì)于電感式回路天線來說，電容（Cres）可用以使天線在所需的頻率時(shí)產(chǎn)生諧振：
諧振頻率（？res）是指天線可使電磁波轉(zhuǎn)換成電壓的最高效率時(shí)所使用的頻率。天線效率是Rrad的功率與天線總功率的比值，以Rrad/Zant表示，其中Zant是具有天線諧振網(wǎng)絡(luò)的天線阻抗。Zant可表示為：
當(dāng)天線處于諧振狀態(tài)時(shí)，效率η可以表示為：
在其它頻率時(shí)的效率為：
除了諧振頻率以外的天線效率η低于最大效率ηres，因?yàn)榇藭r(shí)的天線輸入阻抗Zant如果不是電容式的，就是電感式的。
最大化天線尺寸
為了恢復(fù)所傳輸?shù)纳漕l信號(hào)，天線必須從電磁波中盡可能地收集到最多的能量，并有效率地將電磁波能量轉(zhuǎn)換成電壓。所收集到的能量受制于便攜式設(shè)備中的天線可用空間和大小。對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)天線來說，它的長(zhǎng)度可達(dá)到FM信號(hào)的四分之一波長(zhǎng)，就能夠收集到足夠的能量并轉(zhuǎn)換成內(nèi)部LNA的可用電壓。在此情況下，最大化天線的效率就不那么重要了。
不過，由于便攜式設(shè)備正變得更小更薄，能用于嵌入式FM天線的空間已變得非常有限。雖然已盡量增加天線尺寸，但嵌入式天線收集到的能量仍非常小。因此，在使用較小天線的情況下，還必須兼顧不至于犧牲性能，提高天線效率η就變得更為重要。
利用可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)最大化FM頻段效率
大多數(shù)國(guó)家的FM廣播頻段的頻率范圍是87.5MHz到108.0MHz。日本的FM廣播頻段是76MHz到90MHz。而在一些東歐國(guó)家中，F(xiàn)M廣播頻段是65.8MHz到74MHz。為了適應(yīng)全球所有的FM頻段，F(xiàn)M接收系統(tǒng)必須具備40MHz的頻寬。傳統(tǒng)的解決方案通常是將天線調(diào)諧在FM頻段的中心頻率。然而，如同上述公式所顯示的，天線系統(tǒng)的效率是頻率的函數(shù)。這一效率可在諧振頻率時(shí)達(dá)到最大值，但在頻率偏離諧振頻率時(shí)，其效率也隨之下降。因此，由于全球FM頻段的頻寬達(dá)40MHz，當(dāng)頻率遠(yuǎn)離諧振頻率時(shí)的天線效率將會(huì)顯著下降。
例如，設(shè)定一個(gè)固定諧振頻率98MHz，那么在該頻率點(diǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)很高的效率，但其它頻率點(diǎn)的效率將明顯下降，從而降低遠(yuǎn)離諧振頻率時(shí)的FM性能。
圖2顯示出固定諧振頻率在中心頻段（98MHz）時(shí)的兩種天線（耳機(jī)天線和短天線）效率曲線。
圖2：FM頻段內(nèi)的典型固定諧振天線性能。
