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    侵權投訴

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    2020-06-09 16:05 ? 次閱讀

    天線孔徑調諧對于智能手機至關重要,可保證其在不斷增加的 RF 頻段范圍內有效運行并支持向 5G 的過渡。智能手機需要更多天線來支持不斷增長的 RF 需求,例如新的 5G 頻段、MIMO,和載波聚合(CA)等。而由于智能手機工業設計潮流的不斷變化,留給這些天線的空間越來越少;于是,天線也因此變得越來越小,潛在降低了其效率和帶寬??讖秸{諧手段允許天線在多個頻帶上有效地調諧,將 Tx 和 Rx 性能提高 3dB 以上,從而補償這一問題。

    孔徑調諧通過與其它調諧組件組合的開關實現;具備低 RON 和低 COFF 的開關是效率最大化的關鍵??讖秸{諧還允許天線同時在多個頻段上通信以支持 CA。實施孔徑調諧需要深入了解如何將該技術用于各種應用。

    簡介

    天線效率在智能手機的整體 RF 性能中起著至關重要的作用。但是,當前的 RF 需求(尤其是即將向 5G 的過渡)和智能手機工業設計的廣泛趨勢,意味著其必須在更少的空間中安裝更多的天線。因此,天線尺寸不斷縮小,導致了其效率的降低。如不針對此問題進行補償,效率的降低可能會影響 Tx 和 Rx 性能,從而導致電池壽命縮短、數據速率降低以及連接性問題。

    “對 5G 的支持致使復雜性不斷攀升,再加上工業設計方面的約束,會對天線性能產生負面影響,導致數據速率和電池壽命降低”

    5G 手機需要更多天線以提供更快的數據速率

    向 5G 的過渡意味著對更高數據速率的不斷追求,并將顯著增加每部手機中的典型天線數量。

    提供較高數據速率的兩種主要技術是 CA(載波聚合)和多路輸入/多路輸出(MIMO),二者都需要同時工作的多個天線。5G 將進一步推動這一趨勢,因為其要求在大多數頻段上支持四個獨立的下行鏈路信道,需要手機至少包含四個用于無線通信的天線。

    同時,很大程度上由于新 5G 頻段的引入,手機天線需要涵蓋更廣泛的頻段。5G 手機可能需要支持從較低的 600MHz 到高達 6GHz 的頻率。

    為滿足這些要求并支持 Wi-Fi、GPS藍牙技術,天線數量將從當前典型 LTE 手機中的 4 到 6 根,增加至 5G 智能手機中的 6 到 10 根。在有限的可用空間內安裝所有這些天線變得越來越困難。

    ?隨著向 5G 的過渡,天線的數量不斷增加,以支持新的頻段,以及 MIMO 和 CA 的要求

    更小的天線面積

    隨著制造商在工業設計上的持續革新和新功能的不斷添加,可容納天線的空間正在縮小,由此加劇了問題的嚴重性。一個關鍵的趨勢是向全屏手機的轉變;在全屏手機中,顯示屏幾乎占據了手機的整個表面,造成屏幕外用于無線通信天線的可用空間越來越少。而制造商仍不斷增加攝像頭,又進一步擠占了手機內部空間。

    需要在更少的空間中安裝更多天線意味著天線變得越來越小,天線尺寸的減小則導致天線效率降低。圖 2 顯示了在全屏設計中,天線效率如何隨著電話頂部的輻射元件與接地部分(位于屏幕邊緣)之間空間的縮小而降低。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    全屏智能手機設計縮小了可用天線面積,從而降低天線效率。

    天線數量增多,尺寸減小,這也意味著手機對因環境變化(例如手持手機的動作)而引起的瞬態效應更加敏感。這些瞬態效應可能包括效率降低和頻率響應變化。

    天線性能的“三角”折衷關系

    所示的天線“折衷三角”顯示了天線尺寸減小對效率和帶寬的影響。如果天線尺寸保持恒定,效率可以用來換取更大的帶寬。在具有較大天線的老一代手機中,此種折衷是可以接受的,因為天線在支持更大范圍頻帶的同時仍可滿足性能要求。但隨著天線尺寸的減小,這種折衷已不再可行。采用新的全屏設計,天線只能在狹窄的頻率范圍內達到所需的效率水平。因此,為了支持當前手機設計所涵蓋的廣泛頻率范圍,必須調諧天線以在每個頻率上有效地工作。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    ?天線性能的“三角”折衷關系。

    孔徑調諧:通過開關進行調諧

    目前,孔徑調諧是解決手機因天線面積減小和效率降低所引發問題的主要方法。使智能手機能夠支持不斷擴大的頻段范圍至關重要,特別是在向 5G 過渡的情況下。

    孔徑調諧會對進行發射和接收通信的天線效率產生重大影響。根據不同的應用,總輻射功率(TRP)和總全向靈敏度(TIS)可提升達 3dB 甚至更多。

    天線調諧技術的概念如圖 4 所示。一個開關連接在天線和接地之間用于調整天線的諧振頻率,以匹配電話當前用于通信的頻率。

    在開關和輻射元件之間添加不同的調諧組件(電容電感)可用于進一步調節諧振頻率,以支持不同的頻段。圖 4 顯示了當開關斷開、導通,以及在電路中添加電感或電容時天線的諧振頻率。

    每個組件都連接到一個簡單的開關,以闡述孔徑調諧的概念。然而,在主無線通信天線和其它一些應用中,更復雜的多擲開關可用于連接多個調諧組件并支持更廣泛的頻帶范圍。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    ?孔徑調諧

    多個頻率范圍的天線調諧

    天線具有多個固有諧振頻率,且諧波相關:例如,天線的諧振頻率可以是 900MHz、1800MHz(二階諧波)、2700MHz(三階諧波)等等。通過孔徑調諧開關來調諧每個諧振頻率,可使單個天線支持分布在非常寬的頻譜范圍內的多個頻段。

    顯示了這是如何工作的。每個諧振頻率在天線上具有不同的電壓分布。電壓模式因天線類型而異;圖 5 顯示了一個示例。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    天線不同諧振頻率的電壓分布

    通過將孔徑調諧開關置于其影響最大的電壓點上,可以獨立地調諧每個諧振頻率,該開關通常接近此頻率的電壓分布的頂點。

    通過在天線的不同位置放置多個開關,并對每個開關使用多個調諧組件,單個無線通信天線便可支持非常廣泛的低頻、中頻和高頻頻段(圖 6)。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    ?通過將調諧開關放置在多個位置,單個天線可以支持各種低、中和高頻頻段。

    RON和COFF的重要性

    孔徑調諧開關的兩個關鍵特性會顯著影響天線效率:導通狀態電阻(RON)和斷開狀態電容(COFF)。降低 RON 可使電感調諧和電容調諧的天線效率提高數個 dB(圖 7),從而對手機的整體 RF 性能產生較大影響;降低 COFF 也同樣重要。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    ?降低 RON 對電感調諧和電容調諧效率的影響。

    但是,RON 和 COFF 沿天線長度不同位置的影響會有所不同,具體取決于電壓分布。在電壓較低的情況下,低 RON 的影響最大;電壓較高時,COFF 的影響最大。策略性地放置具有較低 RON 或 COFF 的開關,可用于優化針對不同頻率的調諧。

    CA 的孔徑調諧

    全球 LTE 運營商都在利用 CA 提供更高的數據速率。CA 組合了兩個或多個 LTE 載波(通常在不同頻段中)以增加帶寬。由于手機中天線的總數有限,這通常意味著單個天線必須在兩個頻段上同時通信。

    精心放置的孔徑調諧開關可以滿足這一要求。如前所述,將調諧開關置于諧振頻率的峰值電壓附近對該頻率具有最大的調諧效果。相反,將調諧器置于諧振頻率的零電壓處則幾乎沒有調諧效果。在靠近第一個諧振頻率的峰值電壓處放置一個開關使其同時位于第二個諧振頻率零電壓點,便可在不影響第二個頻率的情況下調諧第一個頻率。

    顯示了用于支持中國常用的頻段 39 和頻段 41 組合的孔徑調諧技術。在每個頻段的峰值電壓附近放置一個開關,可以在對另一個頻段影響最小的情況下對每個頻段實現高效調諧。

    多個頻率范圍的天線調諧的分布

    ?針對 CA 的孔徑調諧;在每個諧振頻率的電壓峰值附近放置一個開關,允許在對另一個頻段影響最小的情況下對每個頻段進行高效調諧。

    結論

    孔徑調諧是助力當今智能手機支持不斷增長的頻段范圍的關鍵。它顯著提高了 Tx 和 Rx 性能,克服了手機工業設計演進帶來的挑戰,使其能夠滿足日益復雜的 RF 需求。有效實施孔徑調諧需要大量相關專業知識,用以優化各種應用。天線數量的增加也意味著孔徑調諧解決方案必須很小才能適應不斷縮小的可用空間。

    Qorvo 是孔徑調諧領域公認的市場領導者,在幫助領先廠商采用孔徑調諧技術實現其目標方面擁有豐富經驗。Qorvo 廣泛的高度緊湊型解決方案產品組合提供了超低 COFF 和低 RON 的組合,以打造最佳性能。

    關于作者

    Abhinay Kuchikulla 擔任 Qorvo 高級營銷經理,負責天線調諧器的產品策略與方向;深厚的技術背景使他能夠為 Qorvo 帶來強大支持,理解并有效解決客戶問題。他致力于新產品定義并管理其開發,及時將最佳解決方案推向市場,并滿足客戶未來的RF要求。2016 年,其因在 Qorvo 調諧器開發業務領域的杰出成就而被授予年度營銷人物獎。Abhinay Kuchikulla 于 2004 年從堪薩斯大學電氣工程專業獲得碩士學位,并在 2013 年獲得工程管理專業的碩士學位。
    ? ? ? ?責任編輯:pj

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    發表于 06-08 11:20 ? 81次 閱讀
    電源模塊散熱的三種有效方法介紹

    防水連接器適用于各種高端機型

    因為密封(樹脂密封)的構造,一般來說防水連接器(IPX7標準以上)的防水性能都是基本的功能,有時可能....
    的頭像 lhl545545 發表于 06-08 09:50 ? 310次 閱讀
    防水連接器適用于各種高端機型

    GSA:全球125個國家投資5G,112款5G終端已經商用

    根據全球移動供應商協會(GSA)最新報道,截至2020年5月,全球125個國家/地區的386家運營商....
    的頭像 章鷹 發表于 06-06 10:57 ? 1809次 閱讀
    GSA:全球125個國家投資5G,112款5G終端已經商用

    全球商用5G設備數量突破100大關,有384家運營商正在投資5G網絡

    全球移動供應商協會(GSA)報告稱,商用5G設備數量持續增長,首次突破100大關,2020年1月,宣....
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-05 16:47 ? 555次 閱讀
    全球商用5G設備數量突破100大關,有384家運營商正在投資5G網絡

    傳統天線理論與產業發展的困局

    在測試技術方面,現有理論對產業的束縛同樣明顯。早期的天線測試依賴于遠場微波暗室,隨著天線頻率越來越高....
    的頭像 微波射頻網 發表于 06-05 16:44 ? 532次 閱讀
    傳統天線理論與產業發展的困局

    天線的原理詳解

    我們用人與人之間的溝通交流來類比,天線就是我們的耳朵與嘴巴,我們通過嘴巴把聲音轉換成聲波發出去,聲波....
    的頭像 微波射頻網 發表于 06-05 16:42 ? 373次 閱讀
    天線的原理詳解

    2020年全球智能手機出貨量下降,預計2021年Q1季度才能恢復增長

    國際市場調研公司IDC于6月3日發布的報告顯示,預計2020年全球智能手機市場出貨量將下降11.9%....
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-05 11:05 ? 485次 閱讀
    2020年全球智能手機出貨量下降,預計2021年Q1季度才能恢復增長

    Q1季度歐洲智能手機銷量下降,iPhone 11系列表現良好

    市調機構Counterpoint最新的報告顯示,受疫情影響,歐洲智能手機銷量2020年第一季度同比下....
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-05 10:57 ? 367次 閱讀
    Q1季度歐洲智能手機銷量下降,iPhone 11系列表現良好

    旗艦手機都在用的LPDDR5是什么,能為消費者帶來什么價值?

    2020年的高端手機在用的幾個熱門技術有LPDDR5、UFS3.0、WiFi6和140Hz,到目前為....
    的頭像 荷葉塘 發表于 06-05 09:55 ? 1683次 閱讀
    旗艦手機都在用的LPDDR5是什么,能為消費者帶來什么價值?

    核電池的優點非常多,但是一樣有缺點,這是一把雙刃劍

    生活中,我們常常被蓄電池的電量不足弄的相當尷尬。在這時候,經常會感慨如果電池能一次用上百年是多么令人....
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-04 16:41 ? 526次 閱讀
    核電池的優點非常多,但是一樣有缺點,這是一把雙刃劍

    今年全球智能手機出貨量或將同比下降近12%

    由于中國經濟已經重啟,工廠已恢復運作,IDC預計中國今年智能手機出貨量的下降比例不會很高。
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-04 15:59 ? 236次 閱讀
    今年全球智能手機出貨量或將同比下降近12%

    輻射發射測試實驗的整體過程

    3. 實際上該測試屬于共模電壓測試(電源線對大地的騷擾電壓測試)由于這部分連接屬單點接地,檢查設備內....
    的頭像 牽手一起夢 發表于 06-04 09:33 ? 469次 閱讀
    輻射發射測試實驗的整體過程

    怎么熟悉掌握WiFi/藍牙天線的實際設計和HFSS仿真分析?

    課程鏈接:天線/射頻電路行業現狀天線是所有無線通信設備不可或缺的一部分,藍牙、WiFi、Zigbee、Lora、手機等等都少不了天線...
    發表于 05-12 13:58 ? 546次 閱讀
    怎么熟悉掌握WiFi/藍牙天線的實際設計和HFSS仿真分析?

    手機最近總是彈出這個com android phone怎么解決?

    手機最近總是彈出這個進程“com android phone”已停止運行,怎么破?...
    發表于 05-11 23:27 ? 114次 閱讀
    手機最近總是彈出這個com android phone怎么解決?

    SYN115/F115天線設計問題

    SYN115的手冊寫的是發射引腳阻抗50歐姆,那設計天線的時候是不是只要設計一個50歐姆的天線就行了呢?還是說必須按照它的數據手...
    發表于 05-09 00:29 ? 329次 閱讀
    SYN115/F115天線設計問題

    關于可折疊手機技術關鍵、測試方案、性能優劣的分析

    可折疊手機最重要的元素就在于屏幕,柔性OLED屏幕是可折疊手機得以實現的關鍵。作為新型半導體顯示技術和主流屏幕應用技術...
    發表于 05-05 15:01 ? 374次 閱讀
    關于可折疊手機技術關鍵、測試方案、性能優劣的分析

    【AD封裝】915MHz天線,GPS天線,GSM天線,433MHz天線,13.56Hz天線,LTE天線

                               &...
    發表于 05-04 10:24 ? 507次 閱讀
    【AD封裝】915MHz天線,GPS天線,GSM天線,433MHz天線,13.56Hz天線,LTE天線

    醫療大眾化何時到來?

    據《華爾街日報》網站報道,隨著可穿戴智能設備在醫療發揮著越來越重要的作用,業界認為,智能手機也將成為未來醫療行業的重要利...
    發表于 05-01 06:51 ? 113次 閱讀
    醫療大眾化何時到來?

    請問nRF24L01加天線的最遠傳輸距離是多少?

    nRF24L01加天線的最遠傳輸距離?那位大哥做過無線遙控求指教!...
    發表于 04-29 21:42 ? 123次 閱讀
    請問nRF24L01加天線的最遠傳輸距離是多少?

    相見恨晚!學習射頻和天線有這套資料就夠了!(1.3G+工程師精選資料)

    天線設計學習歸結起來,大致可以分為兩個步驟:基礎理論的學習、軟件設計部分的學習。對于剛入門天線設計的學員,電磁場、電路知...
    發表于 04-27 15:10 ? 3518次 閱讀
    相見恨晚!學習射頻和天線有這套資料就夠了!(1.3G+工程師精選資料)

    【平頭哥CB5654語音開發板試用連載】開箱+燒錄測試

    1、開箱       申請到了過了一個月才寄過來了,疫情期間什么都延后了。順豐收到了,白色的盒子,內容有兩...
    發表于 04-26 17:10 ? 153次 閱讀
    【平頭哥CB5654語音開發板試用連載】開箱+燒錄測試
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