調頻（FM）收音機在高保真音樂和語音廣播中已經被采用好多年了，它能提供極好的聲音質量、信號魯棒性和抗噪聲能力。最近，FM收音機開始越來越多地用于移動和個人媒體播放器中。然而，傳統FM設計方法需要很長的天線，例如有線耳機，從而限制了許多沒帶有線耳機的用戶。另外，隨著無線使用模型在便攜式設備中的不斷普及，更多用戶可以從使用其他類型FM天線的無線FM收音機中受益，且同時可利用無線耳機或揚聲器來聽聲音。

本文將介紹一種FM收音機接收機解決方案，它將天線集成或嵌入在便攜式設備內部，使得耳機線成為可選件。我們首先從最大化接收靈敏度講起，然后介紹取得最大化靈敏度的方法，包括最大化諧振頻率的效率，最大化天線尺寸，以及利用可調諧匹配網絡最大化整個調頻帶寬上的效率。最后，本文還將給出可調諧匹配網絡的實現方法。

最大化靈敏度

靈敏度可以被定義為調頻接收系統可以接收到的、同時能達到一定程度信噪比（SNR）的最小信號。這是調頻接收系統性能的一個重要參數，它與信號和噪聲都有關系。接收信號強度指示器（RSSI）只是指出了特定調諧頻率點的射頻信號強度，它并不提供有關噪聲或信號質量的任何信息。在比較不同天線下接收機性能時，音頻信噪比（SNR）也許是一個更好的參數。因此，想為聆聽者帶來高質量的音頻體驗，使SNR最大化非常重要。

天線是連接射頻電路與電磁波的橋梁。就調頻接收而言，天線就是一個變換器，即將能量從電磁波轉換成電子電路（如低噪聲放大器（LNA））可以使用的電壓。調頻接收系統的靈敏度直接與內部LNA接收的電壓相關。為了最大化靈敏度，必須盡量提高這個電壓。

市場上有各種各樣的天線，包括耳機、短鞭、環路和芯片型天線等，但所有天線都可以用等效電路進行分析。圖1給出了一種通用的等效天線電路模型：

在圖1中，X可以是一個電容或一個電感。X的選擇取決于天線拓撲，其電抭（感抗或容抗）值與天線幾何形狀有關。損耗電阻Rloss與天線中以熱能形式散發的功耗有關。幅射電阻Rrad與從電磁波產生的電壓有關。為了便于說明，后文將以環路天線模型作為分析對象，同樣的計算也可以用于其他類型的天線，如短的單極天線和耳機天線。

圖1：天線等效電路模型。

使諧振頻率點的效率最大化

為了盡量提高天線轉換出來的能量，可以使用一個諧振網絡來抵消天線的電抗性阻抗，而這種阻抗會衰減天線傳導到內部LNA的電壓值。對電感性環路天線來說，電容Cres用來使天線在想要的頻率點發生諧振：

     （1）

諧振頻率是指天線將電磁波轉換成電壓的效率最高的頻率點。天線效率是R_rad上的功率與天線收到的總功率的比值，可以表示為R_rad/Z_ant，其中Z_ant是帶天線諧振網絡的天線阻抗。Z_ant表示為：

     （2）

當天線處于諧振狀態時，效率η可以表示為：

     （3）

在其他頻率點時效率為：

     （4）

非諧振頻率點的天線效率η要低于最大效率η_res，因為此時的天線輸入阻抗Z_ant要么是容性的，要么是感性的。

最大化天線尺寸

為了恢復所傳輸的射頻信號，天線必須從電磁波里收集到盡可能多的能量，并高效地將電磁波能量轉換成通過R_rad的電壓。收集到的能量多少受制于便攜式設備所使用天線的可用空間和大小。對于傳統的耳機天線來說，它的長度可達到調頻信號的四分之一波長，能收集到足夠的能量并轉換成內部LNA可用的電壓。在這種情況下，最大化天線效率就不那么重要。

不過，由于便攜式設備正變得更小更薄，留給嵌入式調頻天線的空間已變得非常有限。雖然已盡量增加天線尺寸，但嵌入式天線收集到的能量仍非常小。因此在既不犧牲性能、又要使用較小的天線的情況下，提高天線效率η就變得非常重要。

利用可調匹配網絡，使調頻頻段上的效率最大化

大多數國家的調頻廣播頻段的頻率范圍是87.5MHz到108.0MHz。日本的調頻廣播頻段是76MHz到90MHz。在一些東歐國家，調頻廣播頻段是65.8MHz到74MHz。為了適應全球所有的調頻頻段，調頻接收系統需要有40MHz的帶寬。傳統解決方案通常是將天線調諧在調頻頻段的中心頻率。然而就如上述公式表明的那樣，天線系統的效率是頻率的函數。效率在諧振點達到最大值，當頻率偏離諧振頻率時，效率將下降。值得注意的是，由于全球調頻頻段的帶寬達40MHz，當頻率遠離諧振頻率點時天線效率將有顯著下降。

例如，設定一個固定諧振頻率98MHz，那么在該頻率點可取得很高的效率，但其他頻率點的效率將有顯著下降，從而劣化了遠離諧振頻率點時的調頻性能。