[发明专利]无线电接收机电小天线的自适应阻抗匹配(AIM)

说明书

技术领域

本发明涉及天线系统，尤其涉及天线系统中的阻抗匹配。

背景技术

许多AM/FM接收机的大小和美观把接收机天线的尺寸及其接地平面局限在不是最理想的范围内。

考虑到简单性和性能，性能良好的天线的理想尺寸约为调谐频率下的波长的一半(例如，半波偶极天线)。尽管较长的天线能够提供更好的天线增益，不过更长天线的窄束宽使它们不适用于许多应用。在FM频率，半波长约为1.5米，而对AM频率来说，半波长约为150米。由于限制灵敏度的环境噪声的存在(所述环境噪声在较低频率下更大)，证明1.5米是足以满足FM和AM接收机的需要的长度。安装在较大的接地平面(例如，金属车身)上的垂直四分之一波长鞭状天线表现出与半波偶极天线相似的性能，并在车中提供良好的FM和AM接收。

AM/FM接收机可用在许多结构，包括汽车，桌上型接收机，MP3播放器和蜂窝电话机中。较小的设备的特点一般在于信号接收较差，因为半波长和四分之一波长天线太大，从而不实用。小于半波长的天线尺寸被认为是电小天线。因天线邻近电子设备而引起的电磁干扰(EMI)，归因于人体效应的信号可变性，和易变的天线方向都对天线性能有明显影响。由于这些影响在较低的频率下更显著，因此许多小型设备只具有FM接收机。

理论上可以使任何天线和接收机的阻抗匹配，从而获得最大的功率传送。这可通过共轭匹配天线和接收机阻抗来实现。尽管公知天线和接收机输入阻抗的共轭匹配使到接收机中的功率传送达到最大，不过对接收机灵敏度来说未必最佳。共轭阻抗匹配适用于电抗较低，并且在频带内电阻几乎恒定的半波长天线，不过这种方法不适用于用在许多设备中的电小天线。这些天线的辐射和损耗电阻非常小，电抗较高。这种电抗与辐射电阻的高比值导致使传给接收机输入的电压(而不是功率)最大化的匹配技术。

利用谐振匹配电路，能够使电小天线的电抗失谐。必须使这样形成的谐振电路的Q保持足够高，以在接收机低噪声放大器(LNA)的输入端，把信号电压增大到可接受的水平。为了达到足够高的Q，接收机LNA必须向天线谐振电路提供高的并联电阻。尽管较高的值是可能的，并且可以改善接收，不过约30的Q值是AM和FM接收的切实可行的目标。

由于高Q电路带宽较窄，因此当调谐接收机时，高Q电路必须在AM或FM频带内是可调谐的。这是具有内部环形天线的AM桌上型超外差接收机的惯例。接收机利用本地振荡器(LO)，混频器和IF滤波器，把RF输入信号混合到固定的中频(IF)。这些接收机的天线是具有相似特性的空气环形天线(是较老的电子管接收机的特征)或者较小的铁氧体-磁芯环形天线。由于这种内部环形天线的电感是固定的，不受外部因素(例如人体)显著影响，因此预选滤波器连同接收机LO一起被调谐，以在调谐频率下保持高Q谐振峰。由环形天线的电感和可变电容构成的这种预选滤波器还充当镜像抑制滤波器。较老的超外差接收机使用统调(ganged)电容器方法使预选滤波器调谐与LO调谐同步。

更现代的接收机一般用充当压控电容器的变容二极管实现类似的功能。预选滤波器的变容二极管的电压来源于LO变容二极管的调谐电压。这些接收机一般需要工厂校准，以适应组件容差。不幸的是，对一些现代接收机来说，利用预选滤波器调谐并不可行。接收机IF有时与这种调谐不相容，从而校准和工作温度范围内的一致性变得不现实。此外，外部天线和便携式天线具有时变阻抗特性，使固定的工厂校准变得不可能。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种调谐天线电路的方法，包括：(a)在天线接收信号，(b)根据接收的信号，产生接收信号强度指示，(c)利用接收信号强度指示产生控制电压，(d)利用控制电压控制天线匹配电路中的电容，(e)改变控制电压，以使接收信号强度指示的变化与控制电压的变化的比值达到最小，和(f)重复步骤(a)，(b)，(c)，(d)和(e)。

在另一个方面，本发明提供一种设备，包括天线，根据接收信号，产生接收信号强度指示的电路，利用接收信号强度指示产生控制电压的处理器，和包括用控制电压控制的电容的天线匹配电路，其中所述处理器改变控制电压，以通过使接收信号强度指示的变化与控制电压的变化的比值达到最小，使信号增益达到最大。

在另一方面，本发明提供一种设备，包括在天线接收信号的装置，根据接收的信号，产生接收信号强度指示的装置，利用接收信号强度指示产生控制电压的装置，和利用控制电压控制天线匹配电路中的电容的装置，其中利用接收信号强度指示产生控制电压的装置改变控制电压，以通过使接收信号强度指示的变化与控制电压的变化的比值达到最小，使信号增益达到最大。