微波技術 - 選擇合適的放大器進行有源天線設計

汽車行業正在向大規模使用遙控和魚翅天線模塊過渡，以實現統一的地面和衛星通信。 由於緊湊的天線結構和無線電單元的遠程位置，魚翅模塊需要高性能、高集成度和低雜訊放大器（LNA）來優化天線效能。 在魚翅天線普及之前，主流科技是玻璃天線（印刷在窗戶玻璃上的平面天線結構）。 玻璃天線仍將廣泛使用，通常在汽車的後窗或側窗中。 囙此，這些天線與魚翅天線一樣，位於無線電單元的遠端，通常使用局部低雜訊放大器來提高效能。 由於低雜訊放大器用於魚鰭和玻璃天線的設計，有源天線已成為現代車輛中非常流行的科技。

遠程天線問題

當天線位於遠端時，它將根據具體應用對效能產生不同的影響。 在調頻波段，天線通常與50Ω或75Ω阻抗射頻電纜匹配，以支持功率傳輸。 然而，雜訊係數與天線和接收器之間電纜的損耗成比例新增。 對於較長的電纜，雜訊係數的增加值可能超過1dB，從而導致相同程度的靈敏度降低。 將低雜訊放大器放置在天線和電纜之間可以大大减少這種影響。

在AM波段，天線的遠端位置對效能的影響不同，儘管最終結果是降低靈敏度。 典型調幅天線的源阻抗非常高，通常被建模為串聯電容。 電容值在3pf和100pF之間。 比電容值與結構有關。 連接天線和接收器的電纜中的並聯寄生電容與源電容形成電容分壓器。 較長電纜的並聯寄生電容可能高達100pF，這可能會大大衰减訊號。 在天線和電纜之間放置具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的低雜訊放大器可以提高訊號傳輸效能。 在調幅和調頻工作頻段，通過遠程低雜訊放大器新增天線處的信號電平可以大大降低對電纜拾取的環境雜訊的敏感性，並使無線電方案更加可靠。

常用有源天線方案

有源天線的效能和功能要求取決於具體應用。 一些有源天線方案需要自動增益控制（AGC），而其他方案使用固定增益低雜訊放大器來獲得成本； 一些方案為有源天線提供穩定的電源電壓，但大多數方案仍使用電池； 一些設計需要特別高的增益，而其他設計可能對AGC閾值特別敏感。 囙此，天線電源的挑戰是如何在不重新設計折開方案或使用昂貴集成電路（仍需要外部有源和無源元件）的情况下滿足各種行業要求。

一些製造商為有源天線提供集成AM/FM解決方案。 不幸的是，AGC通常需要外部pin二極體和穩壓電源。 如果使用電池，則需要外部傳輸電晶體（圖1）。 選擇合適的放大器進行有源天線設計

外部組件新增了方案的成本和規模，其競爭力略優於折開設計。 除了較大的物理尺寸外，另一個缺點是，如果所需的增益、電源電壓或總體尺寸發生變化，則可能需要重新設計電路板。 這需要更多已經短缺的設計資源。 在資源和空間有限的情况下，天線供應商的理想解決方案必須是高性能、低成本和非常靈活的集成電路，並且可以輕鬆滿足各種要求，而無需重新設計、BOM更改或電路板更改。

理想有源天線方案

Max2180a就是這種有源天線設計方案的一個例子。 它是一種調幅/調頻低雜訊放大器，具有可選的應用配寘。 Max2180a採用獨家高壓CMOS工藝，集成am、FM、AGC和高壓穩壓器。 max2180a消除了外部引脚二極體和外部穩壓器或傳輸電晶體，减小了天線方案的總體尺寸。 Max2180a採用高度集成的4mm x 4mm TQFP封裝，易於安裝天線模塊。

AM和FM訊號路徑包括可調增益和AGC閾值，以提高靈活性並支持下行連結調諧器的無縫連接。 這些增益值和AGC觸發點可以通過外部引脚設定，以支持在同一PC板上快速實現不同配寘（圖2）。

此外，max2180a支持低至6V的工作電壓（圖3），非常適合採用啟停科技的車輛。 此時，當發動機起動時，存在較大的電壓瞬態降。 以前，電壓驟降是一個無關緊要的問題，因為一旦汽車啟動，電力系統將保持相對恒定的14V電源電壓。 如果使用新的啟停科技，當汽車不動時，發動機將自動關閉。 發動機必須經常重新啟動，在重複啟動和設備電源電壓瞬態下降期間，無線電裝置必須正常工作。

本文重點討論了在面積不斷减少和需求多樣化的環境下，在汽車應用中快速部署有源天線所面臨的挑戰。 介紹了一種應對此類挑戰的理想解決方案：在解決方案中集成所有有源和多個無源元件。 該方案使用選擇引脚設定主要的內部參數，提高了靈活性，工作電壓支持採用新的啟動-停止科技的車輛。