FM調頻收音功能已成為手機一種標配，幾乎所有主流手機都有FM功能。但您是否有這樣的經歷，點開了手機上的“收音機”，結果手機提示您，“請插入耳機”，無奈身邊沒有耳機，實在是攪擾了您聽調頻廣播的興致，這都是因為需要耳機充當FM接收天線所導致的，如今，越來越多的手機采用內置調頻接收天線取代傳統的耳機天線，相信很快，這種糾結的場景將會變成一種回憶。而在一些海外市場，調頻接收性能的好壞很有可能極大程度的影響到該款手機的市場接受程度，因此，使用內置天線的高性能的FM外放功能既能成為賣點又能更好地迎合市場的需求。
內置FM天線的難點
誠然，內置FM天線使耳機已不再成為收聽FM廣播的一種約束，但相對于傳統的耳機FM天線，它卻對手機設計者提出了更高的要求。首先，內置天線相對于傳統的耳機天線而言，由于天線尺寸的大大縮減，內置天線的輸入阻抗通常很難做到類似耳機天線的50歐姆附近，表現為在smith圓圖上，在FM頻段，內置天線通常為靠近開路點的高阻抗輸入(如圖1)。
圖1：實際測量的幾款FM內置天線的輸入阻抗在smith圓圖上的分布。
此外，天線尺寸的大幅縮減，導致內置天線相對于傳統的耳機天線有更大的天線損耗，一般如果天線無方向性時，損耗值約為30～50dB。通常在電路匹配較好，天線能較好諧振時天線的效率才較高，接收性能才會較好，而FM頻段的相對帶寬比較寬，天線的輸入阻抗從低頻點到高頻點有極為顯著的變化，因此要實現寬帶匹配最終使天線較好地實現諧振具有相當的難度。為了實現較寬帶寬的阻抗匹配，并補償損耗，以及在寬頻帶內使天線能較好地諧振，從而提升整個FM系統的接收性能，在FM內置天線設計中引入低噪聲放大器，設計有源FM內置天線，正越來越成為一種潮流。
FM內置天線低噪聲放大器
英飛凌的BGB707L7ESD是一顆專為有源FM內置天線應用設計的MMIC低噪聲放大器，它已經廣泛地應用到許多主流手機的FM外放(有源內置天線)電路中。對于常見的Monopole(對地表現為容性阻抗)和Loop(對地表現為感性阻抗)天線，BGB707L7ESD都可以通過對匹配電路的調整而使天線較好地諧振，降低天線因為阻抗不匹配而產生的損耗，從而達到很好的FM接收性能。
圖2所示為測得的某一款monopole天線在FM頻段的輸入阻抗。在Smith圓圖上可以很明顯的看到，該天線的輸入阻抗為非50歐姆的高阻抗輸入。圖3為BGB707L7ESD作為內置天線低噪聲放大器應用時所推薦的電路圖形式，具體參數可參考英飛凌應用筆記AN177。實際測量時，通過使用該電路，對應于同一高輸入阻抗天線，當選擇加與不加BGB707L7ESD低噪聲放大器時，對于整個FM接收系統的信號強度有30dB以上的提升，這對于改善天線的G/T值有極大的貢獻，因此AN177的電路形式更加適合高輸入阻抗的FM內置天線的應用。其中ESD1為ESD0p8RFL、ESD0p2RF系列等用于天線ESD靜電保護的TVS管。
圖2：實測某款monopole天線的輸入阻抗。
以ESD0p2RF-02LRH(0402封裝)為例，該TVS管在1GHz頻率時對地的引線電容值僅為0.2pF，所以在FM頻段對輸入端匹配的影響可完全忽略，而在使用該TVS管后，由于該TVS管相對于同類產品有極低的動態電阻，使得天線輸入端的防靜電等級可達20KV(IEC61000-4-2，接觸放電)，從而更加有效地保護整個FM有源天線電路部分。此外，BGB707本身所有管腳均自帶ESD保護功能，射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV、HBM，因此可以有效地避免生產過程(工藝)中的ESD靜電問題。
圖4為BGB707L7ESD在圖3(AN177)所示電路下所測得的輸入阻抗。顯然，對于圖2所示的Monopole天線，該電路可以使其在整個FM頻段內較好地工作在接近諧振的狀態。
圖3：BGB707L7ESD應用筆記AN177電原理圖。
圖4：實測BGB707L7ESD AN177應用電路輸入阻抗。
圖5：實測BGB707L7ESD AN177應用電路的穩定系數(0-10GHz)。
圖6為一個等效長度11厘米的Monopole手機內置天線接在頻譜分析儀上的實地FM信號的接收表現，測量環境為室內靠窗有良好FM的接收條件。從圖上可看出，即使是在良好的接收條件下，超短天線的接收效果是非常差的。基本上完全接收不到FM信號。因為該天線自身及匹配錯誤的損耗大于30Db，所以把FM信號完全壓抑了。
圖6：某Monopole內置天線接在頻譜儀上的實地FM信號的接收表現，幾乎完全接收不到FM信號。
圖7為同一天線加上BGB707L7以后在頻譜分析儀上的實地FM信號的接收表現。在同樣的測量條件下，總共可以接收到12個FM電臺的信號，由此可看出BGB707L7可以對手機內置天線的FM信號接收提供大幅改善。事實上，無論是對于Loop或是Monopole形式的內置FM天線，BGB707L7都有很大的幫助。
圖7：同一天線加上BGB707L7后在頻譜儀上的實地FM信號的接收表現，總共可以接收到12個FM信號。
本文小結
BGB707L7ESD具有如下特點：高阻抗輸入，從而能較好的使尺寸較小內置天線工作在諧振狀態以及降低天線因為阻抗不匹配而產生的損耗；提供足夠高的增益，以及非常低的噪聲系數。在0至10GHz頻率范圍內均能穩定工作(圖5)。內置偏壓電路使BGB707L7ESD在寬溫度范圍內工作狀態都非常穩定可靠。所有管腳均有ESD保護(射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV，HBM)，因此可以有效避免生產過程(工藝)中的ESD靜電問題。小型化封裝，有效節約PCB面積。
基于以上的這些優點，BGB707L7ESD非常適合用于手機、PDA、PND等移動設備中FM內置有源天線的應用，利用其實現的有源天線可以接近或達到傳統耳機天線的FM接收性能。 |
