[发明专利]天线自调谐的低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及无线接收机中的低噪声放大器技术，具体而言，涉及一种天线自调谐的低噪声放大器。

背景技术

在低于100MHz的无线接收机（例如FM接收机）设计中，为了提高便携性往往采用短天线设计，即天线的尺寸远远小于电磁波的波长，以便天线可以集成到手持移动式的产品中。

所有的天线最终都可以等效为如图 1所示的模型。参见图1所示，其中X为电抗部分，其值取决于天线的类型和尺寸。R_loss为天线的损耗，R_rad是辐射电阻，表征了天线把电磁波能量转化为接收机可以感知的电压信号的值。

相比于传统的四分之一波长天线，短天线具有更大的电抗部分而且辐射电阻显著减小。这导致其将空间电磁波能量转化为电压信号的效率大幅降低，如下式所示：

以环形天线为例，此时电抗X可以等效为一个电感L。如果在接收机的输入端并联一个电容Cres，则天线的效率如下式所示：

由上式可以看出天线的效率和接收信号的频率相关。当接收信号的频率f刚好等于电感L和电容C_res的谐振频率时，天线具有最高的效率。

真实的空间信号都会占据一定的带宽，以FM为例大约为86MHz~108MHz。因此在接收不同频率的信号时，需要改变电容的大小，确保其和天线的寄生电感谐振在接收频率上，从而得到最优的天线效率。通过天线端的调谐，可以大大提高采用短天线接收机的灵敏度。另外调谐后该高Q值的天线可以有效滤除带外干扰信号的影响，从而提高接收机的选择性。

参见图2所示，相比于普通的接收机，目前市面上支持短天线的接收机在其内部增加了一个专门用于短天线接收的低噪声放大器，另外在短天线输入端口有一个可变电容，用于调谐短天线中寄生电感。在用短天线接收空间信号时，需要调整片内可变电容使其和外部天线的寄生电感谐振在接收信号频率处。

参见图3所示，常见的天线调谐方式需要由接收机产生一个和接收信号同频的参考信号i_ref，输入到天线网络中。通过调整可变电容的值，使其响应输出V_out最大，完成天线调谐。

但这种方法存在两个缺陷：1.需要额外的和接收信号同频的参考信号；2.需要额外的比较电路来寻找V_out的最大值，而且精度受限于比较电路的失调等非理想特性。这两个缺陷导致短天线自调谐在电路实现上往往比较复杂，而且精度不高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种天线自调谐的低噪声放大器，可以非常有效地完成天线调谐工作。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种天线自调谐的低噪声放大器，包括一个天线寄生电感，所述天线寄生电感两端跨接有一个可变电容，所述天线寄生电感的两端分别连接第一、第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端通过第一开关分别与第一NPN型放大器和第一PNP型放大器的集电极连接，所述第二电阻的另一端通过第二开关分别与第二NPN型放大器和第二PNP型放大器的集电极连接；所述第一NPN型放大器的基极与所述第一PNP型放大器的基极连接，所述第二NPN型放大器的基极与所述第二PNP型放大器的基极连接；所述第一NPN型放大器的发射集与所述第二NPN型放大器的发射集连接，并接地；所述第一PNP型放大器的发射集与所述第二PNP型放大器的发射集连接，并连接第三NPN型放大器的集电极，所述第三NPN型放大器的发射集连接高电平；

所述第一NPN型放大器的基极通过第三开关与所述第二NPN型放大器的集电极连接，所述第二NPN型放大器的基极通过第四开关与所述第一NPN型放大器的集电极连接；所述第一PNP型放大器的基极通过第五开关与所述第二PNP型放大器的集电极连接，所述第二PNP型放大器的基极通过第六开关与所述第一PNP型放大器的集电极连接。

当开始天线调谐时，第一、第二开关断开，第三、第四、第五、第六闭合。此时电路转变为一个互补型交叉耦合振荡器，电路产生振荡且振荡信号的频率恰好等于片外短天线寄生电感和片内可变电容的谐振频率。通过调整可变电容的容值，使得输出振荡信号的频率和希望接收的信号频率一致，完成天线端的调谐。

在完成天线调谐后，该电路会转入正常接收空间信号模式。此时第一、第二开关闭合，第三、第四、第五、第六断开，电路转变为一个推挽式差分低噪声放大器，完成空间信号的接收和放大，提供给后级混频器和基带电路做进一步处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是: