CN101166032A - 调频系统电路 - Google Patents

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袁小六
高松
陈浩
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Abstract

本发明揭示一种调频系统电路，内置于一电子装置中，调频系统电路包括：一天线电路，其中具有一天线、一低噪声放大器及匹配电路、一支撑结构与一馈线，用以接收信号；一调频模组，连接天线电路，用以处理信号中的调频信号，将调频信号转换成音频信号；以及一控制器，连结调频模组，用以配置调频模组，将音频信号输出。其中，因低噪声放大器及匹配电路改善了天线电路的接收灵敏度，使天线电路可以尺寸可以缩小以内置于电子装置中。

Description

调频系统电路
技术领域
本发明有关于一种调频系统电路，尤其是一种增加低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)以改善调频天线接收灵敏度的调频系统电路。
背景技术
近年来通讯产业的发展一日千里，由于基础半导体工业及数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)技术的突飞猛进，因而带动通讯产业的进步。通讯产业的三大新兴领域移动通讯、卫星通讯以及光纤通讯而言，又以移动通讯与个人最息息相关。随着通讯产业的快速发展，应用于无线通讯产业的天线需求也日趋多样化。在产品走向轻薄短小的趋势下，如何在有限的空间内设计出适合产品规格要求的天线，往往成为影响通讯品质非常关键的因素。
目前移动电话中具有调频(Frequency Modulation，简称FM)广播收音功能，通常需配置长度约为1公尺左右的耳机线做为天线；因为FM广播所使用的频率为87.5MHz至108MHz，而所需天线的对应物理长度一般为69至86公分(1/4波长天线)，由于天线尺寸较大，且需与接地面保持相应间距，很难将其安装于手机通讯终端内部。
然而，许多厂商尝试以绕线的陶瓷棒，增加介质的介电常数以减小天线尺寸；或是在主机板边缘做一环绕的天线。但是，前者需要较大的内部空间，后者则由于天线与主机板的接地之间的间距问题难以实现。
有鉴于此，本发明提供一种调频系统电路的设计，增加一低噪声放大器电路于调频天线电路中，可改善天线接收的灵敏度，补偿天线的损耗，使内置天线的尺寸可以缩小，以实现FM天线内置于手机中的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一调频系统电路，应用在调频系统的接收天线中，在天线的前端增加一低噪声放大器，可改善天线接收灵敏度，以实现天线内置于手机中。
本发明揭示一种调频系统电路，内置于一电子装置中，调频系统电路包括：一天线电路，其中具有一天线、一低噪声放大器及匹配电路、一支撑结构与一馈线，用以接收信号；一调频模组，连接天线电路，用以处理信号中的调频信号，将该调频信号转换成音频信号；以及一控制器，连结调频模组，用以配置调频模组，将音频信号输出。其中，因该低噪声放大器及匹配电路改善了天线电路的接收灵敏度，使天线电路可以尺寸可以缩小以内置于该电子装置中。
本发明亦揭示一种可内置于电子装置中的天线电路，应用于一调频系统中，装置于调频系统的调频模组前端，以接收信号，天线电路包括：一天线；一支撑结构，连接于电子装置的电路板，利用一塑料制成；一馈线，耦合天线，为一金属铜箔制成，环绕贴附于部分支撑结构表面；以及一低噪声放大器及匹配电路，用以补偿天线的损耗，并放大信号输出至调频模组中，藉由低噪声放大器及匹配电路改善天线电路的接收灵敏度，使天线电路的尺寸可以缩小以内置于电子装置中。
本发明调频系统电路，是在调频模组的前端，即在天线电路中加置一低噪声放大器及其匹配电路，改善天线接收灵敏度，补偿天线的损耗，又提高了FM模组的输入信噪比，以实现天线内置于电子装置中的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例一调频系统电路的结构示意图；
图2为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路的电路图；
图3A为本发明一实施例电子装置的电路板与支撑结构的正面示意图；
图3B为本发明一实施例电子装置的电路板与支撑结构的反面示意图；
图4为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路输出驻波的波形图；
图5为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路传输功率的波形图；
图6为本发明一实施例调频低噪声放大器电路中双载子接面晶体管的集极工作电压与噪声参数的关系图；及
图7为本发明一实施例调频低噪声放大器电路中双载子接面晶体管的射极工作电流与噪声参数的关系图。
具体实施方式
本发明提供一种调频系统电路设计，特别是应用在调频(FM)的接收天线中，在天线电路中增加一低噪声放大器，可改善天线接收灵敏度，补偿天线的损耗，使天线的尺寸可以缩小，以实现FM天线内置于电子装置中的目的。
请参照图1所示，为本发明一实施例一调频系统电路的结构示意图。调频(FM)系统电路1包括一调频(FM)天线电路10、一调频模组(FM module)11、一电源管理模组12、一控制器13、一音频放大器(Audio Amplifier)14及一扬声器(Speaker)15。其中，FM天线电路10包括一(内置)天线100、一调频低噪声放大器(FM-LNA)及其匹配电路101、一馈线(图中未显示)及一支撑结构(Support)(图中未显示)；调频模组11具有电压控制振荡器(VCO)、锁向回路(PLL)及混频器等电路，用以处理FM信号；控制器13通过连结接口配置调频模组11的工作模式、接收增益、工作频率等参数；电源管理模组12供应FM系统电路的电源；音频放大器14放大音频功率，以驱动扬声器15放音。
当天线100接收FM信号后，经由调频低噪声放大器及其匹配电路101将信号放大输入FM模组11后，FM模组11会将FM信号变换为立体声音频信号，经由控制器13控制FM模组11，将立体声音频讯号输出至音频放大器14处理后，将放大音频信号以驱动扬声器15发声，使操作者可以顺利听到FM广播。
请参照图2，为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路的电路图。FM-LNA及其匹配电路101是由多个电容C1、C2、C3、C4、电感L1、电阻R1、R2、R3、电导Z及一双载子接面晶体管BJT1构成。
其中，FM-LNA采用直流3伏特(V)电压做为供电以简化电路；电感L1可用高品质因数(高Q值)的电感，提供直流馈电及交流匹配；电阻R1、R2、R3为一般电阻，又电阻R3做为一反馈电阻以抑制温度飘移，亦为双载子接面晶体管BJT1的设置射极电流；电容C1为一输入耦合电容；C2、C3为高频接地电容；又电容C4与电感L1构成一输出匹配电路，以匹配后端50欧姆的电导Z。又内置天线与电容C1、电阻R1、R2、R3与双载子接面晶体管BJT1，组成FM射频谐振网络，FM频段功率增益为20分贝(dB)，天线接收的灵敏度则改善了10dB。
在图2的实施例中，C1的值为0.01μF；C2＝10000pF；C3＝22000pF；C4＝10pF；L1＝270nH；R1＝30000hm；R2＝60000hm；R3＝0.5k0hm；Z＝500hm；Vdc＝3V。
本发明利用在FM模组前端加上一FM-LNA及其匹配电路101，改善FM天线的接收灵敏度，补偿了天线损耗，又因为FM-LNA对于在高频段的截止特性，即相当于在FM模组前端加入一带通滤波器，可成功抑制已知由天线馈入的杂散信号(Noise)，提高了FM模组的输入信噪比(Signal to Noise Ratio，S/N)。
请同时参照图3A与图3B，为本发明一实施例电子装置的电路板与支撑结构的正面与反面示意图。展现其支撑结构103与电子装置的电路板连结关系，馈线102沿支撑结构103部分周边环绕并贴附于其上，于电路板反面中，天线馈线104贴附于支撑结构103部分表面上与馈线相连结，支撑结构103亦可延伸以做为固定扬声器15的用途，而支撑结构103与电路板之间亦可藉由天线馈线104加以固定。
其中，馈线102为长38～36厘米(mm)乘上宽6～6.8厘米(mm)的金属铜箔安装于支撑结构103上，并与地面保持5～7mm的距离；支撑结构103系相应铜箔的尺寸以一塑料制成：天线馈线104为磷青铜制成。由于，欲达成内置天线的目的，且希望在不影响电子装置的大小的情形下，如：移动电话、随身听等小型电子装置，因此馈线102尺寸被局限，是以铜箔在FM频段耦合能量至前端LNA电路101进行处理，即内置天线实际为FM LNA 101、馈线102及支撑结构103共同构成。
本发明中所用的FM-LNA电路及匹配电路、馈线与支撑结构，皆为互相配合，然本发明并非限于此实施例，可因其FM-LNA电路的设计变更，进一步缩小或放大馈线及支撑结构的尺寸，即当FM-LNA电路中的电子元件有所变更，增益值有所变动，其馈线尺寸可因应做一改变，因而支撑结构亦会因馈线的尺寸而有所变动。
请参照图4，为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路输出驻波的波形图。图中所示为FM-LNA电路的输出驻波特性，表征此FM内置天线在工作频宽内的匹配特性，如图中所显示m1与m2之间频宽内的驻波皆几乎小于-10dB，m1所表示之点为频率在88千赫兹(MHz)为-10.771分贝(dB)，m2所表示的点为频率在110千赫兹(MHz)为-8.727分贝(dB)。
请参照图5，为本发明一实施例调频低噪声放大器及其匹配电路传输功率的波形图。图中所示为FM-LNA电路的传输功率增益特性，表征此FM内置天线在工作频宽内的信号增益，如图中所显示m1与m2之间频宽内的增益皆大于20dB，m1所表示之点为频率在85千赫兹(MHz)为24.365分贝(dB)，m2所表示之点为频率在110千赫兹(MHz)为26.701分贝(dB)。
请同时参照图6与图7，图6为本发明一实施例调频低噪声放大器电路中双载子接面晶体管的集极工作电压与噪声参数的关系图；图7为本发明一实施例调频低噪声放大器电路中双载子接面晶体管的射极工作电流与噪声参数的关系图。由图6所示，可知道FM-LNA电路使得噪声参数再任二工作电压处，其之间的差值皆小于等于2dB；而从图7可知当射极工作电流为2微安培(mA)时，噪声参数与功率增益取得一最佳值。
本发明调频系统电路，是在调频模组的前端，即在天线电路中加置一低噪声放大器及其匹配电路，改善天线接收灵敏度，补偿天线的损耗，又提高了FM模组的输入信噪比，以实现天线内置于电子装置中的目的。
本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅止于上述实施例。对所属技术领域中具有通常知识者，当可轻易了解并利用其它元件或方式来产生相同的功效。所以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在下述的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种调频系统电路，内置于一电子装置中，该调频系统电路包括：
一天线电路，其中具有一天线、一低噪声放大器及匹配电路、一支撑结构与一馈线，用以接收信号；
一调频模组，连接该天线电路，用以处理信号中的调频信号，将该调频信号转换成音频信号；以及
一控制器，连结该调频模组，用以配置该调频模组，将音频信号输出，
其中，因该低噪声放大器及匹配电路改善了天线电路的接收灵敏度，使天线电路可以尺寸可以缩小以内置于该电子装置中。
2.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，还包含一电源管理模组，以供应该调频系统电路所需的电源。
3.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，还包含一音频放大器，用以放大由该调频模组输出的该音频信号。
4.如权利要求3所述的调频系统电路，其特征在于，还包含一扬声器，被放大的音频信号驱动以放音。
5.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，中该电子装置是一移动电话。
6.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，该电子装置是一随身听。
7.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，该支撑结构为一塑料制成。
8.如权利要求1所述的调频系统电路，其特征在于，该馈线为一金属铜箔制成。
9.一种可内置于电子装置中的天线电路，应用于一调频系统中，装置于该调频系统的调频模组前端，以接收信号，该天线电路包括：
一天线；
一支撑结构，连接于该电子装置的电路板，利用一塑料制成；
一馈线，耦合该天线，为一金属铜箔制成，环绕贴附于部分该支撑结构表面；以及
一低噪声放大器及匹配电路，用以补偿天线的损耗，并放大该信号输出至该调频模组中，
藉由该低噪声放大器及匹配电路改善该天线电路的接收灵敏度，使该天线电路的尺寸可以缩小以内置于该电子装置中。
10.如权利要求9所述的天线电路，其特征在于，该馈线耦合能量至该低噪声放大器及匹配电路进行处理。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080423