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。 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。 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。 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。 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。 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。 参考文献 Skyworks Solutions，AN383，“Si47XX 天线、原理图、布局和设计指...
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回忆矿石收音机（译）
作者：David Goodsell from：https://www.nutsvolts.com/magazine/article/remembering-the-crystal-radio 在 1952 年，我 12 岁的时候，制作了一台矿石收音机。那是一个来自芝加哥联合广播公司的套件，售价 2.5 美元。我花了很多时间待在地下室里，头戴耳机，小心翼翼地调整可变电容器，以接收附近和远处的电台。有些电台信号非常微弱，以至于我年幼的想象力让我觉得自己可能在收听秘密信息。 如今，你只需要让 Alexa 调到任何一个电台，就可以收听他们的节目。再也不用忍受不舒服的酚醛塑料耳机了。在这篇文章中，我想分享 20 世纪 50 年代和 60 年代那些原始的矿石收音机的工作原理，希望能唤起你们中那些也制作过这些神秘收听设备的人的遥远记忆。顺便说一句，Etsy 网站上出售许多复古风格的矿石收音机套件，它们是由真正的木头制成的，而不是塑料！无需电池。 记忆恢复 图1展示了我在 eBay 上找到的一台非常熟悉的矿石收音机的修复过程。 图1. 这台来自芝加哥联合广播公司的修复后的矿石收音机套件在 20 世纪 50 到 60 年代售价 2.5 美元。 事实上，它和我几十年前最初制作的那个模型完全一样。我不记得我的旧收音机发生了什么；也许是我把它留在阁楼里，然后我妈妈把它扔掉了。图 2 展示了我收到的未经修复的收音机。它显然需要一些温柔和关爱。 图 2. 这台未经修复的矿石收音机是在 eBay 上找到的，附带一个耳机。它需要一些爱护。 关于制作第一台收音机，我记忆犹新的一件事是，我烧坏了 1N34A 锗二极管。那时，我们家只有一个巨大的 100 瓦 Weller 烙铁，而我严重过热了那个可怜的小二极管。更换一个要花费 0.43 美元。幸运的是，这些年来，我的焊接设备和技术都有所提高。小时候，我在绕大线圈时也遇到了麻烦。每当我绕线时，它就会松开，所以我爸爸耐心地帮我把它绕紧。 简单的原理图，长长的天线 晶体收音机通过使用简单的解调方案来接收调幅（AM）电台。原理图如图 3 所示。 图 3. 早期的晶体收音机使用天然方铅矿矿石而不是锗二极管来检测音频调制。 直径为 1.5 英寸的线圈和可变电容器形成一个谐振电路来选择频率，二极管对调制后的射频载波进行整流（解调）。如果没有二极管，调制会同时产生相等且相反的交变电压，这在耳机中会平均为零。没有声音。 二极管剥离了一个极性，耳机对产生的脉动直流电作出响应。波形图包含在图3的原理图中。更深入的解释，请参阅维基百科上关于矿石收音机和矿石检测器的精彩条目。 联合广播公司的手册中有一个建议的 50 英尺倒 L 型天线配置的图表。我决定完全按照手册和图 3 中的描述重新创建它。图 4 展示了我在我最喜欢的网站上找到的复古绝缘子和避雷器。请注意避雷器包装盒的“不完美”状态。 图 4. 室外天线使用避雷器进行保护，并使用玻璃绝缘子将接收线与地面隔离。 提高效率就是诀窍 矿石收音机的隐藏魔力在于，它们能够捕获来自遥远发射台的几乎无穷小（纳瓦到微瓦）的功率，并有效地将其转换为我们的耳朵能听到的声音。无需电池。无需放大器。 联合广播公司的设计通过使用感应耦合变压器和 20 匝初级绕组来更好地匹配天线的阻抗，从而最大限度地提高了效率。 次级在检测二极管处接点，这样可以减少对调谐电路的负载，并改善与检测器的阻抗匹配。 最后，高阻抗耳机将解调后的音频信号转换为声音。 让我们用 LCR 表检查元件 为了好玩，我想测量一下调到 960 千赫电台时谐振电路元件的大致值。我使用了互联网上广告的那种小型 LCR 元件测试仪。它们的售价仅为 19 美元或更低，而且相当准确。 图 5 展示了测量的次级线圈。 图 5. 当调到 960 千赫时，直径为 1.5 英寸的线圈和调谐电容器的测量值为 0.18 mH 和 154 pfd。 它显示为 0.18 mH，这与在线电感计算器的结果非常接近。在线计算器显示，对于那么大尺寸的线圈，电感应该是 0.176 mH。非常准确。 最后，我测量了调到 960 千赫电台时的可变电容器：154 pfd。 谐振频率： $$ \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} $$ 因此，0.18 mH（L）和154 pfd（C）= 956 kHz（相对于 960 kHz 的广播频率）。非常接近！ 探索方铅矿矿石 有些早期的矿石收音机使用一种特殊的检波器，称为方铅矿矿石。方铅矿是结晶矿物硫化铅（PbS）的另一种名称。图 6 显示了一小块方铅矿矿石，它埋在一个小的低温焊锡制成的圆锭中，上面有一根触须与表面接触。 图 6：方铅矿矿石需要用一根微小的“触须”在其表面周围来回移动，以找到接收效果好的区域。 它不像 1N34A 那样是一个密封的单元。事实上，你必须在方铅矿的不规则表面上用细小的触须轻轻地来回移动，才能使其工作。只有某些区域才能作为整流结并表现出二极管特性。 图 7 显示了我从方铅矿矿石、1N34A、1N914B 和 1N4007 获得的二极管曲线轨迹。 图 7：各种二极管的曲线轨迹表明，方铅矿和锗二极管在此应用中的性能优越。 硅二极管不能很好地作为检波器，因为它们的拐点发生在电压过高的情况下，无法检测到矿石收音机中的微弱信号。一个视频显示我在方铅矿矿石周围来回移动以寻找最佳的收音机接收效果，可以在 https://youtu.be/auz64mtoVLY 找到。 收听电台的乐趣 还有最后一件事。我碰巧有一个小型电池供电的 RadioShack 音频放大器，所以我把它接在耳机的位置。哇！其中一个电台轰鸣声大作。非常大声！ 我在谷歌上查了一下，发现广播天线距离我的位置只有四英里，白天它的功率达到了 5000 瓦！难怪这么大声！幸运的是，该电台每晚将其功率降低到 20 瓦，我能够调到其他几个电台。 即使在这么多年之后，调谐波段并看看我能接收到多少电台仍然令人兴奋。也许我会架起一个更长的 T 型天线，做一些真正的远程通信。 总的来说，我很享受重温我年轻时的激动时刻，并希望你们能考虑向你们的孩子和/或孙子介绍矿石收音机的世界。请随时通过 dsgoodsell@verizon.net与我联系，提出任何意见或分享你们的经历。 附言：如果你仍然有一个老式的矿石收音机藏在壁橱里，你会得到一颗金星。请告诉我。...
调制指数
调制指数（modulation index，modulation depth） 表示调制变量在载波未经调制时的值的附近的变化程度，在不同的调制类型中有不同的定义。 振幅调制指数（amplitude modulation index） $h=\dfrac{M}{A}=\dfrac{U_{max}-U_{min}}{U_{max}+U_{min}}$ h：调幅指数 M：调制信号幅度（峰值） A：载波信号幅度 $U_{max}$：调幅波包络的最大值 $U_{min}$ ：调幅波包络的最小值 h 表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求 0 ≤ h ≤ 1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。h > 1 的情况称为过调制。 频率调制指数（frequency modulation index） $h=\dfrac{\Delta f}{f_m}$ $\Delta f$ ：最大载波频率偏移 $f_m$ ：调制信号的最高频率成分 NFM 小于 0.5，WFM 大于 0.5。 相位调制指数（phase modulation index） $h=\Delta \theta$ △θ：信号调制过程中出现的最大相位差 在无线电传输中，频率调制 FM 的优点是它具有较大的信噪比，因此比等功率振幅调制（AM）信号能更好地抑制射频干扰。频率调制和相位调制是角调制的两种互补的主要方法。相位调制常作为实现调频的中间环节。ASK 属于线性变换，PSK 和 FSK 属于非线性变换，非线性变换有更高的抗干扰能...