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将耳机线用作天线的设计，是如何实现的？

面包板社区 · 公众号 · · 2024-06-05 11:42

正文

我们可以将天线想象成麦克斯韦方程所定义的自由空间中的电磁能与限制在导体或波导中的射频电压和电流之间的双向换能器。但工程师们总是在尝试获得某个单一路径或互联方式，以服务于另一种不相干的功能。典型例子如，将非屏蔽耳机导线重复用作 FM 天线。

最早的便携式 AM/FM 收音机使用两根天线：一根是缠绕在铁氧体磁芯上的内置长导线，用于较低频率的 AM 波段（550-1600 千赫 (kHz)）；一根是长约一到两米的“鞭状”天线，用于 FM 波段（88 至 108 MHz）。随着无线电变得越来越小、越便携，有些厂家假定用户使用耳机或有线耳塞，则完全取消了内置扬声器。

这样做也实现了一个简单取消 FM 鞭状天线的技术，即简单地重复利用无线电上的耳机插孔来实现天线功能。当时这种方法也扩展到了 MP3 播放器上，因为 MP3 也带 FM 无线电功能（图 1）。这项技术目前仍为许多带 FM 无线电功能的电子设备的设计师所采用。

图 1：SanDisk Clip Jam MP3 播放器的尺寸仅为 55 mm × 35 mm × 10 mm，一次充电可工作 20 小时；其内置的 FM 无线电使用必备的耳机线作为天线。（图片来源：Lifewire）

基本非屏蔽耳机电缆包含三根导线。左右声道由耳机放大器驱动，将信号传递到左右音频线上，而公用音频线则用作音频的返回路径。同样的导线也可以起到 FM 天线的作用，使用一根导线阻止射频信号接地，同时仍让音频信号有一个接地回路。图 2 中所示的电路是围绕 Skyworks Solutions Si47xx AM/FM 接收器而构建的。

Basic arrangement to enable the headphone wire to also function as an FM antenna

图 2：这一基本布置能够让耳机电线起到 FM 天线作用，只需少数几个附加无源元件即可实现。（图片来源：Skyworks Solutions, Inc.）

用一个小电容器就可以让天线射频传递到接收器前端，同时阻断天线输入的音频信号。铁氧体磁珠在耳机放大器和耳机之间提供一个低阻抗的音频路径和一个高阻抗的射频路径。

实际电路要复杂一些，需要一些额外的元件来进行保护和放电，并确保信号只传到其应该去的地方。图 3 中的设计使用了专门为这个功能配置的 Texas Instruments LM4910 耳机功率放大器，同时附带任何需要的天线信号连接/隔离电路。

Design schematic of LM4910 headphone amplifier arranged via some additional passive components to use the headphone leads as an FM antenna

图 3：这个 LM4910 耳机放大器通过配备一些外加无源元件，可将耳机引线用作 FM 天线。（图片来源：Skyworks Solutions, Inc.）

三线、左/右音频耳机插孔接收来自 LM4910 的放大音频信号，而由耳机屏蔽层/地线拾取的分离 FM 信号则通过一个 100 皮法拉 (pF) 电容器输送到接收器前端。只要任何静电放电 (ESD) 超出耳机放大器和接收器的额定值，二极管 D1、D2 和 D3 就会提供保护。

这项技术看起来不应该只限于 FM 波段的广播信号（88 至 108 MHz），应该对 AM 无线电（550 于 1550 kHz）也有效。理论上，只要耳机线长度合适，对 AM 波段也有用。它之所以适用于 FM 频段，是因为长度在一米到一点五米之间的耳机线大约是广播频段 FM 信号波长的一半，因此可以在该频段产生效果和作用。对于 AM 波段，耳机线需要长到 100 米才有用，显然这是不切实际的。

结语

工程师们一直在寻求利用像电线这样可作多用途使用的资源。将耳机线用作 FM 天线就是一个绝佳实例。综上所述，只要配置一个合适的功率放大器、少数几个控制信号路径的无源元件和以及用于保护的二极管即可实现这种功能。

来源：DigiKey

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