CN201766580U - 一种提高内置天线效率的装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高内置天线效率的装置，控制芯片，与变容二极管相连，用于根据获取的当前FM频率向变容二极管输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；变容二极管，与天线并联，根据接收的控制芯片输出的电压将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容；阻抗呈感性的天线，用于将能量从电磁波转换为电子电路可使用的电压。本实用新型还公开了一种提高内置天线效率的设备，采用本实用新型所述的装置及设备，最大化接收电路的灵敏度，并且可以替代有线耳机，收听方便。

Description

一种提高内置天线效率的装置及设备

技术领域

本实用新型涉及调频(FM)接收领域，特别是指一种提高内置天线效率的装置及设备。

背景技术

FM收音机在语音广播中应用广泛，是目前城市中一个重要的信息传播媒介，可以提供极好的声音质量和抗噪声能力，承载新闻、交通、天气预报、娱乐和消费等多种信息。目前，FM收音机开始越来越多地用于移动终端和个人媒体播放器，尤其是手机中。

天线是连接射频电路与电磁波的桥梁，就调频接收而言，天线相当于一个变换器，将能量从电磁波转换成接收电路如低噪声放大器(LNA)可以使用的电压。调频接收电路的灵敏度直接与接收的电压相关，所述灵敏度为可以使调频接收广播的电磁波能量的最小值。为了最大化灵敏度，必须尽量提高接收电路的电压，电压越高，接收电路接收的电磁波能量越大。

图1给出了一种通用的天线等效电路模型，天线等效为X、损耗电阻R_loss、辐射电阻R_rad，其中，X可以是一个电容或一个电感，与天线的几何形状有关；R_loss的功率为天线以热能形式散发的功耗；R_rad既可以呈感性，也可以呈容性，其阻抗值会降低电磁波产生的电压。

天线的阻抗会降低天线传导到接收电路的能量，即：降低接收电路接收的电压，为了尽量提高内置天线转换出来的能量，可以使用一个谐振网络来抵消天线的容抗或感抗。以天线的阻抗呈感性为例，若电感为L，则并联一个电容为C的谐振网络，天线效率是辐射电阻上的功率与天线收到的总功率的比值，以η表示，天线效率越高，接收电路接收的电压越高，也就是说接收的能量越多，天线效率η为：

$\mathrm{\η}=\frac{R_{\mathrm{rad}}}{{(R_{\mathrm{rad}}+R_{\mathrm{loss}})}^2+{(2\mathrm{\πfL}-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}})}^2}$

其中，f为当前FM频率，当f为谐振频率f_res时，天线处于谐振状态，所述谐振频率为使天线效率达到最大值的FM频率，谐振状态时的效率为最大效率η_res，即：

$f_{\mathrm{res}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}},$ ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{res}}=\frac{R_{\mathrm{rad}}}{R_{\mathrm{rad}}+P_{\mathrm{loss}}}$

非谐振状态的天线效率η要低于最大效率η_res，因为此时的天线输入阻抗要么是容性，要么是感性，根据天线效率公式可见，分母增大，即天线阻抗增大，其效率会降低。

大多数国家的FM广播频段的频率范围是87.5MHz到108.0MHz，为了适应全球所有的FM频段，FM接收系统需要有40MHz的带宽。传统解决方案通常是：将天线调谐在FM频段的中心频率，即：将FM频段的中心频率作为谐振频率，天线的效率在中心频率达到最大值，然而，当频率偏离中心频率时，效率将下降。

图2显示的是谐振频率在中心频率时，如98MHz，两种天线包括耳机天线和内置天线的效率曲线，其中，虚线表示内置天线效率，实线表示耳机天线效率。如图2所示，FM在98MHz天线可以取得最佳效率，但频率越接近频带边缘效率下降越多。因为耳机天线较长，其尺寸在接近频带边缘的时候，仍能够收集到足够的电磁波能量，并转换成电压给接收电路，所以此时耳机天线效率虽然下降，但是还可以接收到整个带宽内频率的信号；然而，与耳机天线相比，内置天线尺寸小，收集到的电磁波能量也少，因此当频率远离中心频率时，内置天线效率将迅速降低，甚至接收不到电磁波能量，无法接收到广播。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种提高内置天线效率的装置及设备，能在频率范围内的各个频率均达到天线最大效率，最大化接收电路的灵敏度。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种提高内置天线效率的装置，该装置包括：控制芯片、天线、变容二极管；

控制芯片，与变容二极管相连，根据获取的当前调频FM频率向变容二极管输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；

变容二极管，与天线并联，根据接收的来自控制芯片的电压将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容；

天线，阻抗呈感性，用于将能量从电磁波转换为电路可使用的电压。

上述方案中，所述控制芯片具体用于，读取寄存器中保存的当前FM频率，根据当前FM频率查询自身预置的谐振频率与电压对应关系表，获取与当前FM频率相符的谐振频率，进一步获取所述谐振频率对应的电压，并向变容二极管输出所述对应的电压。

上述方案中所述天线包括天线本体；或者，包括天线本体和匹配网络，所述匹配网络是与天线并联或串连的感性元件。

本实用新型还提供了一种提高内置天线效率的设备，包括接收处理装置、天线效率提高装置；所述天线效率提高装置包括控制芯片、天线、变容二极管；

控制芯片，与变容二极管相连，根据获取的当前FM频率向变容二极管输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；

变容二极管，与天线并联，根据接收的来自控制芯片的电压将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容；

天线，阻抗呈感性，用于将能量从电磁波转换为电路可使用的电压。

本实用新型所提供的提高内置天线效率的装置及设备，通过增加变容二极管，并对变容二极管的电压根据不同的FM频率进行调整，使变容二极管的电容与FM频率为谐振频率时的电容相符，使天线达到谐振状态，如此，能在频率范围内的各个频率均达到天线最大效率，从而最大化接收电路的灵敏度。

并且，本实用新型中的内置天线在各个频率都可以达到谐振频率，使天线效率最大化，内置天线的尺寸也可以实现FM接收，从而能替代有线耳机，使收听更方便。

附图说明

图1为天线等效电路示意图；

图2为现有技术中有线耳机与内置天线效率示意图；

图3为本实用新型提高内置天线效率的装置组成示意图；

图4为本实用新型提高内置天线效率的设备组成示意图。

具体实施方式

本实用新型的基本思想是：终端的控制芯片根据获取的当前FM频率，向变容二极管输出相应电压，使天线达到谐振状态，即：将当前FM频率作为谐振频率，使天线效率达到最大值。

这里，所述谐振频率指天线将电磁波转换为电压的效率最高值时的FM频率，即：接收电路获取电磁波能量最高值时的FM频率。

图3为本实用新型提高内置天线效率的装置，位于终端内部，如图3所示，该装置包括：控制芯片301、变容二极管302、天线303；

控制芯片301，一般为基带控制芯片，用于根据获取的当前FM频率，查询自身预置的谐振频率与电压关系表，向变容二极管302输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；

其中，所述谐振频率与电压关系表为根据变容二极管302的规格获取其电压与电容的关系，然后根据谐振频率公式

得出谐振频率与电

容之间的关系，进一步得知电压与谐振频率之间的关系，形成谐振频率与电压关系表；这里，C_res指谐振时变容二极管的电容，L为测量获取的天线的电感；

变容二极管302，与天线303并联，用于接收控制芯片301的输出电压，将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容C_res；

天线303，阻抗呈感性，与变容二极管302并联，用于将电磁波转换为接收电路可使用的电压，其效率为：

$\mathrm{\η}=\frac{R_{\mathrm{rad}}}{\sqrt{{(R_{\mathrm{rad}}+R_{\mathrm{loss}})}^2+{(2\mathrm{\πfL}-\frac{1}{2\mathrm{\πf}{C}_{\mathrm{res}}})}^2}}---\left(1\right)$

公式(1)中，R_rad为天线等效的辐射电阻，R_loss为天线等效的损耗电阻，L为天线呈感性时的电感，f为当前FM广播的频点，C_res为与谐振频率对应的变容二极管的电容，即

则：

$\mathrm{\η}={\mathrm{\η}}_{\mathrm{res}}=\frac{R_{\mathrm{rad}}}{R_{\mathrm{rad}}+R_{\mathrm{loss}}}---\left(2\right)$

这里，所述阻抗呈感性的天线303仅为天线本体，或包括天线本体和匹配网络；一般，若测量的天线阻抗值呈感性，则天线为天线本体，不需要对天线做任何改动；若测量的天线阻抗值呈容性，天线包括天线本体和匹配网络，所述匹配网络可以是与天线并联，也可以是串连的感性元件，所述感性元件可以是电阻、电感等，只要使天线的阻抗呈感性即可。

控制芯片301具体是读取寄存器中保存的当前FM频率，根据当前FM频率查询自身预置的谐振频率与电压关系表，获取与当前FM频率相符的谐振频率，查询所述谐振频率对应的电压，向变容二极管输出所述对应的电压。

本实用新型还提供了一种提高内置天线效率的设备，如图4所示，该设备包括接收处理装置401、天线效率提高装置402；

接收处理装置401，用于接收天线效率提高装置402发送的FM频率的信号，并对收到的信号解调后通过音频输出；所述解调包括：信号放大、混频、滤波、检波等处理；

天线效率提高装置402，用于接收FM频率的信号，发送给接收处理装置401。

其中，所述天线效率提高装置402采用图3所述的提高内置天线效率的装置，天线效率提高装置402的具体组成结构及各部分功能与图3所述完全相同，在此不再赘述。

实际应用中，本实用新型具体的实现原理是：先设置与天线并联的变容二极管，之后控制芯片先从寄存器中读取所保存的当前FM频率，再根据当前FM频率查询控制芯片中预置的谐振频率与电压关系表，获取与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压，并将所述电压输出给变容二极管；根据输出电压，改变变容二极管的电容值，使天线达到谐振状态。

可以看出，不管当前FM频率为多少，变容二极管的电容值均可随着FM频率的变化而变化，使当前FM频率始终为谐振频率。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高内置天线效率的装置，其特征在于，该装置包括：控制芯片、天线、变容二极管；

控制芯片，与变容二极管相连，根据获取的当前调频FM频率向变容二极管输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；

变容二极管，与天线并联，根据接收的来自控制芯片的电压将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容；

天线，阻抗呈感性，用于将能量从电磁波转换为电路可使用的电压。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线包括天线本体；或者，包括天线本体和匹配网络，所述匹配网络是与天线并联或串连的感性元件。

3.一种提高内置天线效率的设备，包括接收处理装置、天线效率提高装置；其特征在于，所述天线效率提高装置包括控制芯片、天线、变容二极管；

控制芯片，与变容二极管相连，根据获取的当前FM频率向变容二极管输出与当前FM频率相符的谐振频率对应的电压；

变容二极管，与天线并联，根据接收的来自控制芯片的电压将自身的电容改变为与谐振频率对应的电容；

天线，阻抗呈感性，用于将能量从电磁波转换为电路可使用的电压。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述天线包括天线本体；或者，包括天线本体和匹配网络，所述匹配网络是与天线并联或串连的感性元件。 

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