最早的便携式 AM/FM 便携式收音机使用两根天线:一根绕在铁氧体磁芯上的内部长线用于低频 AM 频段(550-1600 kHz),一根长约一到两米的“鞭状”天线用于调频频段(88 至 108 MHz),(图 1)。
图 1:经典的便携式 AM/FM 收音机在 AM 波段使用缠绕的长线内部天线,在 FM 波段使用外部鞭状天线。(图片:亚马逊)
随着这些收音机变得更小、更便携,有些人完全取消了内置扬声器,并假设他们的用户将使用耳机或有线耳塞中国机械网okmao.com。这启用了一种简单的技术,通过简单地重新调整收音机内的耳机插孔连接来消除 FM 鞭子。然后将相同的方法扩展到 MP3 播放器,其中还包括 FM 收音机功能(图 2)。许多 小型电子设备仍然使用 FM 收音机功能,甚至作为外围功能。
图 2:SanDisk Clip Jam MP3 播放器的尺寸仅为 55 mm × 35 mm × 10 mm 厚,一次充电可运行 20 小时;其集成的 FM 收音机使用强制性耳机线作为天线。(图片:生命线)
基本耳机线包含三个导体(图 3)。左右音频通道由耳机放大器驱动到左右音频导体上,而公共音频导体用于音频返回路径。同一根电缆还可以用作带有电感器的 FM 天线,以阻止 RF 接地,同时允许音频信号具有接地返回。一个小的隔直电容器允许天线 RF 传递到接收器前端,但会阻止来自该天线输入的音频。铁氧体磁珠在耳机放大器和耳机之间提供低阻抗音频路径和高阻抗射频路径。
图 3:使耳机线用作 FM 天线的基本布置只需要几个额外的无源元件。(图片:Skyworks Solutions, Inc.)
当然,实际电路稍微复杂一些,需要一些额外的组件来进行保护、电压放电,并确保信号只到达应有的位置(图 4)。
图 4:这款 LM4910 耳机放大器通过一些额外的无源元件进行布置,以将耳机引线用作 FM 天线。(图片:Skyworks Solutions, Inc.)
此设计使用配置用于该主要角色的 LM4910 耳机功率放大器以及所需的天线信号连接/分离电路。三线左/右音频耳机插孔接收来自 LM4910 的放大音频信号,而耳机屏蔽/接地拾取的分离 FM 信号通过 100-pF 电容器路由到接收器前端。
似乎这种技术不应仅限于 FM 波段广播信号。确实如此,但事实并非如此:理论上,只要耳机线的长度合适,它就可以用于任何频率。它适用于 FM 波段的原因是,长度在 1 米到 1.5 米之间的耳机线大约是广播波段 FM 信号波长的一半(FM 波段波长约为 3 米) ,因此在该乐队中是共振和有效的。
还可以使用用于 USB Type-C 音频适配器附件的 Maxim(现为 Analog Devices)MAX20328 MUX Switch 等 IC 为具有 USB Type-C 接口的智能手机添加 FM 无线电天线路径。如果管理得当,该 IC 可以提供所需的互连(图 5)。
图 5:通过附加电路和模拟开关,USB 连接器及其电缆也可以用作 FM 天线。(图片:Maxim Integrated Products/Analog Devices)
Maxim/ADI 应用笔记 6166 中提供了有关此拓扑的操作的完整说明,以及为什么它为具有解码信号处理能力的智能手机提供 FM 天线(参见参考资料)。长篇笔记包括完整的设计细节、组件价值分析和性能测试结果。
将耳机线用作 FM 波段天线有一个颇具讽刺意味的更新:无线耳塞在智能手机和其他个人便携式设备中的普及使得这种天线问题的简单解决方案不再是一种选择。
结论
工程师一直在寻求利用可用资源,例如用于多种用途的电缆。通过简单地添加一些电感器、电容器和电阻器,使直流电源、射频信号和音频信号共享同一根电缆是可行的(但任何一根电线上只有三个中的两个)。这些配置成本低、可靠,并且没有软件、配置、设置、握手或更高级“共享”系统(例如基于 USB 的电源、互联网电力线或以太网供电)的其他挑战的复杂性计划。