【導讀】過(guò)去十年，天線(xiàn)調諧技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化。天線(xiàn)變得更小、性能更強，能處理更多的射頻信號。這些發(fā)展的核心是絕緣硅片 (SOI) 技術(shù)——它提供的調諧能力提高了設計靈活性，并大幅改善了性能。
復雜射頻世界中的器件性能
有時(shí)候，科技似乎在飛速發(fā)展，日新月異——產(chǎn)品變得越來(lái)越小，處理速度越來(lái)越快，我們的世界剎那間便不同以往。移動(dòng)設備的天線(xiàn)也是如此。支持許多頻段的更小移動(dòng)設備使得天線(xiàn)更加復雜。對于工程師而言，這種復雜性也是需要攻克的障礙。與此同時(shí)，技術(shù)開(kāi)發(fā)工程師每推出一代新技術(shù)，都會(huì )做出漸進(jìn)式改進(jìn)，通過(guò)這種持續改善來(lái)幫助滿(mǎn)足更嚴格的系統要求。這篇博客文章介紹絕緣硅片 (SOI) 技術(shù)的進(jìn)步如何讓我們的器件在復雜的射頻世界中性能更佳。
多年來(lái)，移動(dòng)設備支持的頻段增長(cháng)了十倍。在過(guò)去二十年左右的時(shí)間里，我們的移動(dòng)設備支持 Wi-Fi、Bluetooth?、GPS 頻段，當然還有蜂窩頻段。值得注意的是，自 5G 引入以來(lái)，蜂窩和 Wi-Fi 頻段開(kāi)始涵蓋更高的頻率區域——3 GHz 以上，包括 5-7 GHz。如今，我們看到超寬帶和毫米波也納入其中。最新的移動(dòng)設備具備支持所有這些頻段的天線(xiàn)，這使得設計工程師在優(yōu)化天線(xiàn)效率、功率和工作范圍方面面臨挑戰。為了應對這些設計挑戰，必須使用更新的 SOI 技術(shù)。
蜂窩頻段簡(jiǎn)介
影響天線(xiàn)設計的一個(gè)方面是蜂窩頻譜重新分配和獲取 (re-farming and acquisitioning)。新頻段已在整個(gè)蜂窩頻譜中可用，有助于拓寬整體帶寬，并帶來(lái)提升容量和數據速度的額外優(yōu)勢。讓我們仔細看看這些低、中、高蜂窩頻段：
● 低頻段 – 600 MHz 至 960 MHz容量有限，但覆蓋面積大，具有室內穿透性
● 中頻段 – 1.71 GHz 至 2.17 GHz容量較高，對城市地區有利
● 高頻段 – 2.3 GHz 至 2.69 GHz覆蓋范圍或工作范圍有限，但具有非常高的潛在容量
深入了解中高頻段蜂窩天線(xiàn)
如圖 1 所示，這種天線(xiàn)結構支持低、中、高蜂窩頻段。我們使用下面的天線(xiàn) PC 板布局，對兩代 SOI 技術(shù)（上一代和當前一代）進(jìn)行了比較。在此應用中，我們使用三個(gè)天線(xiàn)調諧器：U2、U3 和 U4，以幫助針對覆蓋范圍和工作范圍調整低、中、高頻段。圖 1 還顯示了一個(gè) 4 極天線(xiàn)調諧器的示例框圖，其類(lèi)似于此應用中使用的調諧器。
圖1：低、中、高頻段天線(xiàn)結構
這種結構使用三個(gè)天線(xiàn)調諧器，支持以下頻段：
● U2 支持中頻段和高頻段調諧
● U3 支持低頻段調諧
● U4 支持低-中-高頻段調諧
開(kāi)關(guān) RON 和 COFF 回顧
孔徑調諧主要采用調諧器開(kāi)關(guān)和可調諧電容。這些開(kāi)關(guān)的主要品質(zhì)因數是導通狀態(tài)電阻 (RON) 和斷開(kāi)狀態(tài)電容 (COFF)，如下圖所示。對于可調諧電容來(lái)說(shuō)，具有寬范圍的調諧電容和良好的 Q 因數（品質(zhì)因數）至關(guān)重要。RON 和 COFF 會(huì )顯著(zhù)影響天線(xiàn)效率。低電壓時(shí)，RON 的影響更大；高電壓時(shí)，COFF 的影響更大；采用低 RON 或低 COFF 的開(kāi)關(guān)布局策略可針對不同頻率優(yōu)化調諧。（另見(jiàn)移動(dòng) 5G 設備天線(xiàn)調諧揭秘博客文章）
在斷開(kāi)狀態(tài)，孔徑調諧器的 COFF 會(huì )影響天線(xiàn)上的容性負載，從而降低諧振頻率。調諧器的 COFF 越高，該頻率偏離天線(xiàn)固有諧振頻率的幅度就越大。
SOI 技術(shù)對比數據
為了減少 PC 板布局的代際變化，新的 SOI 天線(xiàn)調諧器保持引腳兼容。這有助于降低系統設計人員的工程成本。
關(guān)于 SOI 技術(shù)改進(jìn)，當前一代調諧器改善了衡量開(kāi)關(guān)導通電阻的指標 RON。衡量開(kāi)關(guān)關(guān)斷狀態(tài)電容的 COFF 也有所改善。這兩個(gè)品質(zhì)因數都是決定表 1 所示天線(xiàn)整體效率的因素。此外，當前一代調諧器改進(jìn)了低、中、高每個(gè)頻段的所有目標規格。
低、中、高頻段測量對比數據
從表 1 可以看出，在低頻段和高頻段，上一代調諧器很難滿(mǎn)足效率目標。這部分是由于 SOI COFF 寄生電容會(huì )產(chǎn)生損耗。使用當前一代 SOI 調諧器可降低 COFF 電容。通過(guò)每個(gè)天線(xiàn)調諧器開(kāi)關(guān)分支的信號泄漏隨之減少。此外，當前一代調諧器的 RON 略有降低。這一改進(jìn)導致開(kāi)關(guān)路徑接通時(shí)的開(kāi)關(guān)電阻更小。RON 和 COFF 的這些改進(jìn)有助于開(kāi)關(guān)隔離，減少信號損耗，并提高效率。
每代 SOI 技術(shù)的天線(xiàn)均需進(jìn)行調諧以?xún)?yōu)化性能。請注意，天線(xiàn)調諧產(chǎn)品之間的 COFF 差異會(huì )導致天線(xiàn)響應的頻移，這在調諧每個(gè)頻段時(shí)應予以考慮。由于這種頻移，需要對匹配電感值進(jìn)行調整，使天線(xiàn)諧振與期望的頻段相符。
下表 1 顯示了上一代與當前一代的整體系統性能對比。在低、中、高各個(gè)頻段，當前一代的系統天線(xiàn)性能都有相當可觀(guān)的提高。這進(jìn)一步體現了 SOI 技術(shù)品質(zhì)因數提高的原因。
表 1：兩代 SOI/產(chǎn)品的對比數據
新技術(shù)開(kāi)發(fā)的一個(gè)共同主題就是每一代更新都會(huì )改進(jìn)以前的設計。SOI 技術(shù)也是如此。每一代改進(jìn)都將應用于新技術(shù)創(chuàng )新產(chǎn)品中。SOI 已經(jīng)存在了一段時(shí)間，并且有許多技術(shù)改進(jìn)。是否在設備設計中使用最新的尖端技術(shù)，可能是產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵。使用當前一代 SOI 將能提供所需的天線(xiàn)效率，滿(mǎn)足最終產(chǎn)品的工作范圍、數據速度和容量要求。有關(guān)所述應用的詳細信息，請隨時(shí)通過(guò)技術(shù)支持聯(lián)系我們。
移動(dòng) 5G 設備天線(xiàn)調諧揭秘
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/mobile-5g-device-antenna-tuning-demystified
技術(shù)支持
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