為有源天線設計選擇正確的放大器

汽車行業正在大范圍向使用遠端、鯊魚鰭式天線模塊過度，以實現統一的地面和衛星通信。由于緊湊的天線結構以及位于無線電單元的遠端位置，鯊魚鰭模塊要求高性能、高度集成、低噪聲放大器(LNAs)，以優化天線性能。在鯊魚鰭式天線普及之前，主流技術為玻璃天線(印刷在車窗玻璃上的平面天線結構)。玻璃天線仍將被廣泛使用，通常位于汽車后窗或側窗。所以，這些天線也與鯊魚鰭式天線一樣，位于無線電單元的遠端，并且通常使用本地 LNA，以最大程度提高性能。由于鯊魚鰭和玻璃天線設計中都要使用 LNA，使得有源天線成為現代化汽車中非常普及的一項技術。

遠端天線問題

天線位于遠端時，根據具體應用的不同，會對性能造成各種不同的影響。在 FM 頻段，天線通常與 50Ω或 75Ω阻抗的 RF 電纜匹配，支持最佳的功率傳輸。然而，噪聲系數隨天線與接收器之間電纜的損耗成比例增大。對于較長的電纜，噪聲系數的增加值可能會超過 1dB，造成同等程度的靈敏度降低。將 LNA 置于天線和電纜之間可大大減輕這種影響。

在 AM 頻段時，天線的遠端位置對性能的影響與此不同，盡管最終的結果也是降低靈敏度。典型 AM 天線的源阻抗非常高，常常被模型化為串行電容，電容值介于 3pF 至 100pF 之間，具體的容值與結構有關。連接天線和接收器的電纜中的并聯寄生電容與源電容形成一個電容分壓器。較長電纜的并聯寄生電容可能高達 100pF，可能會大幅度衰減信號。將具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的 LNA 置于天線和電纜之間，能夠最大程度提高信號傳輸性能。在 AM 和 FM 工作頻段，通過遠端 LNA 增大天線處的信號電平，可大幅降低針對電纜拾取的環境噪聲的靈敏度，使無線電方案更加可靠。

常見有源天線方案

有源天線的性能和功能要求取決于具體應用。有些有源天線方案需要自動增益控制(AGC)，而有些則采用固定增益 LNA，獲得最低成本；有些方案為有源天線提供一個調節電源電壓，但是大多數仍然采用電池工作；有些設計要求特別高的增益，而有些設計可能對 AGC 門限特別敏感。所以，天線方案電源面臨的挑戰是如何在不重新設計分立式方案或不使用昂貴 IC(仍然需要外部有源和無源器件)的情況下滿足各種各樣的行業要求。

少數廠商為有源天線提供集成式 AM/FM 方案。遺憾的是，這些往往要求用于 AGC 的外部 PIN 二極管、穩壓電源，如果使用電池工作則需要外部傳輸晶體管(圖 1)。

為有源天線設計選擇正確的放大器

外部元件增加成本、增大方案尺寸，其競爭力勉強略勝于分立式設計。除了較大的物理尺寸外，另一個缺點是如果要求的增益、供電電壓或外形尺寸發生變化，可能需要重新設計電路板。這樣就要求更多本來就短缺的設計資源。在資源和空間有限的情況下，適用于天線供應商的理想方案必然是高性能、低成本且非常靈活的 IC，并且無需重新設計、BOM 變化或電路板變動，即可輕松滿足各種要求。

理想的有源天線方案

MAX2180A 就是此類有源天線設計方案的例子，這是一款帶有可選應用配置的 AM/FM 低噪聲放大器。MAX2180A 采用專屬的高壓 CMOS 工藝，集成 AM 和 FM AGC，以及高壓調節器。MAX2180A 省去了外部 PIN 二極管和外部調節器或傳輸晶體管，最大程度減小天線方案的總體尺寸。MAX2180A 采用高度集成、4mm x 4mm、TQFP 封裝，很容易適合最小的天線模塊。

AM 和 FM 信號通路包括可調節最大增益和 AGC 門限，最大程度提高靈活性，支持無縫連接下行調諧器。這些增益值和 AGC 觸發點可通過外部引腳設置，支持在相同的 PC 板上快速實施不同的配置(圖 2)。

此外，MAX2180A 支持低至 6V 的工作電壓(圖 3)，使其可理想用于采用啟停技術的汽車，此時引擎啟動時具有較大的電壓瞬降。之前，電壓暫降是個無關緊要的問題，因為汽車一旦啟動，電氣系統將維持在相對恒定的 14V 供電電壓。而如果使用新型啟停技術，當汽車不移動時，引擎會自動關閉。引擎必須頻繁的重新啟動，無線電單元在重復啟動期間及器件供電電壓瞬降期間必須正常工作。

總結

文章重點介紹了汽車應用中在不斷要求減小面積及多樣化需求環境下快速部署有源天線所面臨的挑戰。介紹了滿足此類挑戰的理想方案：在方案中集成全部有源和多種無源元件。該方案采用選擇引腳設置主要的內部參數，提高了靈活性，并且工作電壓支持采用新型啟停技術的汽車。

審核編輯 黃宇