如何用AM/FM收音机制作耳机环形天线

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如何用AM/FM收音机制作耳机环形天线

　　适合用于接收频率范围在522至1,700kHz之间的AM收音机信号的天线通常为铁氧体磁棒形天线。这些高度灵敏的铁氧体天线体积较大，通常需要在最后组装时加以调整。安装铁氧体磁棒时必须格外小心，以防其在日常使用时脱落或破碎。而且，这些部件极占空间。此外，内置铁氧体天线更容易拾取其所在设备发出的干扰信号。
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　　耳机线中的地线通常可用作接收FM收音机信号的天线。那么为何不能也用此线接收AM信号呢？想想看，耳机线长约75厘米，其作用相当于一根接收FM信号的λ/4天线。而如果要用一根λ/4天线接收AM信号，那就意味着这根线要长达75米……，那样真的不方便。如果接上一个高阻抗射频功率放大器(有源天线)，那么线的长度就可以大幅缩短。

　　但问题在于，如果那样做，这种天线就会接收电磁波中的其他电信号成分。对于FM收音机接收而言，这种解决方案可以令人满意。但是，由于AM收音机信号的解调方式不同，因此AM收音机更易受到干扰。尤其是在室内使用天线时，很容易拾取无关信号。
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  N' K1 _1 X+ Z0 |: e　　除使用铁氧体棒形或鞭形/线形天线接收AM收音机信号外，还有一种可能就是使用环形天线。环形天线同样也能接收电磁场的磁场成分。适合接收AM收音机信号的铁氧体磁棒的导磁率是125，而空气的导磁率是1。因此，环形天线围绕的面积至少应该是铁氧体磁棒所占区域的125倍，才能维持相同的性能。

0 c% F. [8 f! W& r- r　　使用环形天线接收AM收音机信号本身并无新奇之处，但是，将AM/FM天线与耳机融为一体则是独一无二的创意。

% K7 S( j* [; U) _' U7 w  `3 V　　环形天线

, J. R8 o  C3 P! m- p% V　　将AM铁氧体磁棒从应用产品中移出并置于外部，其优势在于这样做能缩减最终应用产品的体积。某些收音机制造商能够将一个可选的拆卸式铁氧体磁棒连接在外壳上，用于接收中波/长波。而凭借这种AM耳机天线，铁氧体磁棒可以完全从去除，且对性能没有大的影响。
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6 e  z9 T: ?3 p( Y/ q　　图1所示耳机环形天线集接收AM信号的磁性天线与接收FM信号的电性天线于一体。该天线最初开发用于TEA5777 AM/FM接收器，但经过些许改进，可用于其他类型的接收器。由于单圈绕组的阻抗较低，环形天线中因外部干扰而产生的电压同样较低。此外，天线信号的处理方式可以消除绝大部分的电噪音。


  r4 O' R. p- R4 i2 ]/ [　　图1：一根用于移动设备的环形天线，通过与耳机融为一体，解决了内置AM天线面临的空间和灵敏度问题。

6 P+ L; ?: u: L/ ^0 {. K　　环形天线与调谐电路之间的阻抗调整分为几个阶段完成。由于这种调制方式，只要改变谐振阶段的特性，该耳机同样可以用于其他频段(短波)。而外部耳机环形天线保持不变。
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　　耳机改装

　　标准颈带式耳机需要进行改装以增添AM收音机接收功能。颈带导线用于形成一个截获磁场线的环形回路。穿过耳机颈带的单根天线足以形成一条面积约200平方厘米的环形天线。现在，该天线置于壳体外，所以很少或根本不会受到承载电子设备的干扰。

( y$ x  i( `$ v. {　　颈带需要提供一条接地导线，而三芯插头必需换成同样常见的4芯插头。插头上增加的引脚用于将回路两端接入阻抗变换器。请注意，耳机线中不含任何调谐电路。

　　以下结构图显示两根地线(红色)用于将回路两端接入阻抗变换器。音频线(蓝色和绿色)连接到滤波阶段。该滤波阶段包括一个低通滤波器，以防止高于音频信号频率的信号耦合进入该天线。
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　　增添AM/FM天线电子设备需要添加额外的组件。其中包括两个微型阻抗变换器。这些变换器的组件高度最低可至3毫米。布局这种独立应用只需不足四平方厘米的PCB面积。若采用外部时钟，该面积将进一步减小。


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　　图2：左图为改装前的耳机，右图为改装后的耳机。
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　　TEA5777 AM/FM收音机接收器

　　TEA5777的封装为HVQFN48(8×8mm)或LQFP32(10×10mm)，设计用于各种移动应用。除接收AM和FM收音机信号，它还能够接收长波波段(144－288KHz)。

2 J+ P2 |( ~2 x0 c, x+ q2 n　　耳机天线与TEA5777 AM/FM收音机接收器的结合，确保对AM和FM信号高度灵敏。其他能够接收AM/FM收音机信号的设备至少需要进行一项调整以便天线能与接收器“匹配”。
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% _  D: c5 M( P/ w3 ~　　而耳机天线与TEA5777匹配时的误差产生的性能损失是如此之小，以至于该系统无需任何校准。该耳机属于宽带接收天线类型。选择接收哪部分射频频段可在稍后阶段决定。本例中，选择在谐振阶段进行。放大器将其能量注入到谐振变压器。
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* S1 u- \' L& ?' E　　多个谐振阶段及其之间的切换取决于需要接收那部分收音机频谱，这样就可避免使用多根铁氧体棒形天线。由于铁氧体天线仅针对收音机频谱的某一预定频带进行配置，因此如果需要覆盖更宽的频段，就需要使用多根铁氧体天线。
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# t* a) f+ c: c' i6 V% O' p　　图3：AM/FM收音机的模块图。
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0 Q; d& }8 z# k8 s: S% X: I7 J　　数字调幅广播
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　　由于采用先进的AM调制方式—正交调幅(QAM)，数字调幅广播(DRM)可通过现有AM发射器进行广播。利用QAM，信息不仅可以包含在振幅内，而且包含在收音机信号的相位中。
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) M) `% y% H: C+ y  i* }　　因此，该耳机天线同样适合用于接收DRM，DRM不仅可以在限定的AM频道带宽(欧洲9KHz，美国10kHz)内，传送具有FM品质的数字音乐，而且可以通过多频道服务(Multi Channel Service)在不同频道中传送信息或文件。文件类型如铃声或新闻/天气/交通信息。
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) {9 }9 e3 ?  J+ B1 Y　　如果DRM应用区域较小，并采用更为先进的数字发射器(其运行频率通常要高得多)，那么这些特性就尤为实用。