【導讀】移動(dòng)手機天線(xiàn)設計人員面臨著(zhù)許多挑戰：不斷增加頻段覆蓋范圍的要求，極具挑戰的行業(yè)設計限制以及不斷縮小的天線(xiàn)安裝空間。設計人員通過(guò)使用孔徑和阻抗調諧器可以解決這些問(wèn)題。然而，并不是任何孔徑或阻抗調諧器都可以使用。當今的許多應用都需要使用更穩定、可靠的調諧產(chǎn)品，才能完全滿(mǎn)足設計需求。
阻抗匹配與 RF 電壓
設計人員經(jīng)常要克服的一個(gè)挑戰就是天線(xiàn)上的射頻能源。例如，與天線(xiàn)匹配的阻抗可能會(huì )在匹配網(wǎng)絡(luò )中生成較高的射頻電壓。當匹配電容或電感較高的阻抗時(shí)，匹配網(wǎng)絡(luò )與天線(xiàn)之間可能會(huì )出現較大的差分電壓。當使用額定電壓更低的器件時(shí)，可能會(huì )降低系統性能。為消除這種性能下降問(wèn)題，需要使用額定電壓較高的阻抗匹配器件。為承受更高的射頻電壓，必須使用這些類(lèi)型的阻抗匹配器件。圖 1 展示了在較高 (GSM850/900) 功率水平下發(fā)射信號時(shí)，射頻電壓有多高。
Figure 1.
天線(xiàn)阻抗詳述
應用和天線(xiàn)設計等多方面因素都會(huì )影響天線(xiàn)的電壓電平。其中包括以下三個(gè)因素：
1. 匹配器件的天線(xiàn)阻抗可能會(huì )導致較高的電壓
2. 應用中的輸入功率水平（即 2 級功率 (PC2) 或 GSM）
3. 實(shí)際匹配器件的阻抗
我們考慮這三個(gè)因素，仔細了解一下如何利用天線(xiàn)方向圖和天線(xiàn)調諧器來(lái)優(yōu)化天線(xiàn)設計。
深入了解阻抗匹配
阻抗匹配器件會(huì )影響功率水平，并且需要使用額定電壓水平更高的器件來(lái)優(yōu)化天線(xiàn)效率。
圖 2 為兩種天線(xiàn)設計，即模式 A 和 B。接下來(lái)，我們將闡述這些設計模式與不同額定電壓的阻抗匹配組件會(huì )如何相互影響。我們還將介紹如何利用額定電壓更高的器件來(lái)最大程度地提高總輻射效率。
Figure 2.
首先，在圖 3 中我們可以看到，天線(xiàn)模式“A”和“B”在史密斯圓圖上如何通過(guò)低頻段 GSM 頻率進(jìn)行測量。如圖所示，天線(xiàn)阻抗位于史密斯圓圖的電感區域，因此串聯(lián)電容成為最優(yōu)匹配解決方案。因此，我們的天線(xiàn)匹配解決方案將使用電容。
Figure 3.
在我們的示例中，我們將圖 4 左側所示的兩個(gè)類(lèi)似器件作為天線(xiàn)阻抗匹配組件進(jìn)行了測量和比較。一個(gè)是 55VRF (DEVICE55)，另一個(gè)是 65VRF (DEVICE65)。每個(gè)器件都由具有 32 種不同電容狀態(tài)的可編程電容和獨立的可切換開(kāi)關(guān)組成。
Figure 4.
通過(guò)選擇每個(gè)器件的狀態(tài)，使天線(xiàn)模式 A 在低頻段頻率范圍內實(shí)現最大輻射效率。此外，所選的器件狀態(tài)還應符合每個(gè)器件的額定射頻電壓要求：DEVICE55 為 55VRF，DEVICE65 為 65VRF，如下圖所示。器件在 GSM850/900 和 LTE B12（頻段 12）下進(jìn)行了測試。測量圖（下圖 5）為連接這兩個(gè)器件的天線(xiàn)效率與頻率圖。
Figure 5.
上述輸出測量采用了 DEVICE 55 和 DEVICE 65 的天線(xiàn)模式“A”。如圖所示，如果使用電壓較低的 55 V 器件，在 GSM850 和 GSM900 Tx 頻率下，效率會(huì )受到明顯影響。為了在 GSM850、GSM900 以及 B12 下實(shí)現更高的效率，同時(shí)保持電壓電平，應選擇 DEVICE65 的電壓，因為其效率會(huì )超過(guò) DEVICE55。
為提高 DEVICE55 響應性能，我們嘗試使用模式“B”天線(xiàn)設計。下述輸出測量圖顯示了使用 DEVICE65 的模式“A”。對于 DEVICE55，我們使用了模式“B”。盡管在 GSM 頻率下使用模式“B”天線(xiàn)設計可以改進(jìn) DEVICE55 方案的效果，但仍不足以達到 DEVICE65 組件的要求。如圖 6 中所示，DEVICE65 的效率再一次超過(guò)了 DEVICE55。因為 DEVICE65 能夠滿(mǎn)足較高的射頻電壓輸入阻抗要求。
Figure 6.
此外，使用模式“B”和 DEVICE55 所實(shí)現的效率沒(méi)有使用模式“A”和 DEVICE65 的那么高，頻段也沒(méi)有那么寬，尤其是在 B12 頻率范圍內。盡管使用模式“B”時(shí)，DEVICE55 會(huì )有所改進(jìn)，但效率沒(méi)有使用模式“A”和 DEVICE65 那么高。
總之，天線(xiàn)上的高電壓的確會(huì )對效率和性能產(chǎn)生影響。我們的測量結果證實(shí)，在高射頻電壓的阻抗匹配應用中，額定電壓更高的器件可實(shí)現更高的性能。在我們的示例中，我們采用 Qorvo 的兩款可配置調諧器，每款調諧器都包含一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)可編程電容陣列 (PAC) ，一個(gè)器件的額定電壓為 55V，另一個(gè)為 65V。額定電壓更高的組件可為天線(xiàn)設計人員提供更多的裕量。從而使系統設計人員能夠在不修改設計布局結構的情況下，更有效地將電路與多個(gè)天線(xiàn)模式和射頻電壓情境進(jìn)行匹配。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
抑制開(kāi)關(guān)穩壓器EMI：不用濾波電路，還有什么好方法？
