讓耳機引線發揮「雙重功效」

天線可合理視為一種雙向傳感器，介於自由空間中的電磁能量 (如馬克士威方程式所定義)，以及侷限在導線或波導中的 RF 電壓與電流之間。但工程師總是努力求得單一路徑或互連方式，以用於另一個不相關的功能。將非屏蔽的耳機線當作 FM 天線的雙重用途，就是個很好的例子。

最早的可攜式 AM/FM 收音機使用兩條天線：一條內部長電線纏繞在鐵氧體磁芯上，負責較低頻率的 AM 頻段 (550-1600 kHz)，還有一條「鞭形」天線，長約一至兩公尺，負責 FM 頻段 (88 至 108 MHz)。隨著收音機體型越來越小，甚至更容易攜帶，有些廠商就完全摒棄內部揚聲器，假定使用者都會用頭戴式耳機或有線入耳式耳機。

這樣做還可達到一種簡化技術，只要將收音機耳機插孔的連接簡單地重新界定用途，就可摒棄 FM 鞭形天線。此作法接著便沿用到 MP3 播放機，即可內建 FM 收音機功能 (圖 1)。許多內建 FM 收音機的小型電子產品，如今在設計時仍會採用此技術。

圖 1：SanDisk 的 Clip Jam MP3 播放機的尺寸為 55 mm x 35 mm x 10 mm (厚)，單次充電可運行 20 小時；其內建 FM 收音機就強制使用耳機引線當作天線。(圖片來源： Lifewire)

基本的非屏蔽耳機線包含三根導線。左右音訊通道由耳機放大器驅動到左右音訊導線，而通用音訊導線則當作音訊回路。同一條纜線纜還可當作 FM 天線，透過電感阻擋 RF 進入接地，同時仍然可讓音訊具有接地回路。圖 2 所示電路以 Skyworks Solutions 的 Si47xx AM/FM 接收器為基礎。

圖 2：要讓耳機線也能當作 FM 天線所需的基本配置，其實只需要幾個額外的被動元件即可。(圖片來源： Skyworks Solutions, Inc.)

使用一個小電容就可讓天線 RF 傳遞到接收器前端，同時阻止來自天線輸入的音訊。鐵氧體磁珠可在耳機放大器和耳機之間提供低阻抗的音訊路徑和高阻抗 RF 路徑。

實際的電路會稍微複雜一些，需要一些額外的元件來提供防護和電壓放電，並確保訊號只到達該去的地方。圖 3 中的設計採用 Texas Instruments 的 LM4910 耳機功率放大器，專為此功能而打造，並具有必要的天線訊號連接／分離電路。

圖 3：這款 LM4910 耳機放大器透過一些額外的被動元件進行配置，可將耳機引線當作 FM 天線。(圖片來源：Skyworks Solutions, Inc.)

三線式左／右音訊耳機插孔會接收來自 LM4910 的放大音訊訊號，而由耳機屏蔽／接地拾取的分離 FM 訊號，則會透過 100 pF 電容通往接收器前端。二極體 D1、D2 和 D3 可在靜電放電 (ESD) 超過耳機放大器和接收器的額定值時提供保護。

這種技術似乎不應僅限用於 FM 頻段廣播訊號 (88 至 108 MHz)，應該也可用於 AM 無線電 (550 至 1550 kHz)。從理論來看，只要耳機線具有合適的長度，就可用於 AM 頻段。適用於 FM 頻段的原因在於，長度在 1 公尺至 1.5 公尺之間的耳機纜線，大約是廣播頻段 FM 訊號波長的一半，因此可在該頻段內達到共振並發揮作用。若要用於 AM 頻段，耳機線則要長達 100 公尺，顯然是不切實際的。

結論

工程師一直尋求方法，讓纜線等可用資源發揮多種用途。耳機引線當作 FM 天線的雙重用途就是一個很好的例子。如本文所述，只需一個適當配置的功率放大器、一些用於佈線的被動元件以及保護用的二極體即可。

參考資料

Skyworks Solutions, AN383, “Si47XX Antenna, Schematic, Layout, and Design Guidelines”