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5G智能手机天线的光圈调整

时间:2020-10-17 11:55:04 来源:安威无线 点击:

我们都知道,一部智能手机无论在什么时候,都需要经过传输数据的、信号的强弱才能决定你是否能“用”。因此手机天线的效率在智能手机整体RF性能中起着至关重要的作用。
 
不过,在RF方面(尤其是即将过渡到5G)和智能手机结构设计趋势来看,智能手机必须在更少的空间中安装更多的天线。结果,天线尺寸缩小了,这降低了天线效率。若不对此问题进行有效的优化,降低的效率可能就会影响天线发射与接收的性能了,从而导致电池寿命缩短,数据传输速率降低和连接问题。
 
5G:更多天线可提供更快的数据速率
 
向5G的过渡(继续追求更高的数据速率)将推动每部手机中典型天线数量的显着增加。
 
提供较高数据速率的两种主要技术是CA(载波聚合)和多输入多输出(MIMO),两者都需要同时工作的多个天线。5G将进一步推动这一趋势,因为它要求在大多数频带上支持四个独立的下行链路信道,要求手机至少包括四个同时工作的天线以用于蜂窝通信。
 
同时,手机天线将需要支持更广泛的频段,这主要是由于引入了新的5G频段(示例– n78和n79)。5G手机需要支持从低端的600 MHz到高达6 GHz的频率。
 
为了支持这些要求以及Wi-Fi,GPS和蓝牙,典型的天线数量将从当今的LTE手机中的4到6根增加到5G智能手机中的6到10根。将所有这些天线装配到可用的有限空间中变得越来越困难。
 
 ▊ 缩小天线面积
 
随着制造商进行工业设计变更并添加新功能,天线的可用空间正在缩小,这加剧了这个问题。一种主要的变化是转向全面屏手机,其中显示屏几乎占据了手机的整个表面。结果,屏幕外部的可用空间更少了。制造商还增加了更多摄像头面积,从而进一步减少了手机内的可用空间。
 
需要在更少的空间中安装更多天线意味着天线变得越来越小,并且减小的天线尺寸导致天线效率降低。
 
天线数量增多,尺寸减小,这也意味着手机对因环境变化(例如电话处理)而引起的瞬态效应更加敏感。这些瞬态效应可能包括效率降低和频率响应变化。
 
 ▊ 天线性能折衷三角
 
减小的天线尺寸会影响效率和带宽。如果天线尺寸保持恒定,则可以交换效率以换取更大的带宽。在具有较大天线的老一代电话中,这种折衷是可以接受的,因为天线在支持更广泛的频段的同时仍可以满足性能要求。但是,随着天线尺寸的减小,这种折衷不再可行。采用新的全屏设计,天线只能在狭窄的频率范围内达到所需的效率水平。因此,为了支持当前手机设计中支持的广泛频率范围,必须调整天线以在每个频率上有效地工作。
 
✲应对天线挑战的调谐技术✲
 
天线孔径调谐示意图
 
如今,孔径调谐已成为手机中克服天线面积减小和效率降低的主要方法。使智能手机支持不断扩大的频段范围至关重要,尤其是向5G过渡时。
 
孔径调谐会对发射和接收通信的天线效率产生很大影响,视应用而定,将总辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)提高3 dB甚至更多。
 
天线具有多个自然谐振频率。这些是谐波相关的:例如,一个天线可以在900MHz具有共振频率,在1800兆赫(2次谐波)中,在2700兆赫(3次谐波)等。通过使用孔径调谐开关来调谐这些频率中的每个频率,单个天线可以支持分布在非常宽频谱范围内的许多频带。
 
通过将孔径调谐开关置于其影响最大的点,可以独立地调谐每个谐振频率,该开关通常接近该频率的电​​压分布的顶点。
 
CA(载波聚合)的光圈调整
 
全球LTE运营商正在使用CA提供更高的数据速率。CA组合了两个或更多个LTE载波(通常在不同的频带中)以提供增加的带宽。由于手机中天线的总数有限,这通常意味着单个天线必须同时在两个频段上进行通信。
 
Aperture Tuning(阻抗匹配技术无法匹敌孔径调谐技术)关键在于启用智能手机支持其他频段
 
孔径调整对于使当今的智能手机支持不断增长的频段范围至关重要。它大大提高了Tx和Rx性能,克服了手机外观工业设计变更所带来的挑战,并有可能满足日益复杂的RF要求。孔径微调的有效实施需要大量有关如何应用该技术来优化每个应用程序的知识。天线数量的增加也意味着孔径调谐解决方案必须很小,才能适应不断缩小的可用空间。
 
结论:从目前的5G与智能手机在整个社会及行业发展趋势来看,孔径调谐技术体现了双重优势。维持天线的谐振能力的同时,也防止了馈电点不匹配的问题。这种性能稳定,高效率,低损耗的射频微机电“调谐器”为RF射频工程师与天线结构工程师提供了高效天线和低成本的解决方案,因此,制造出高水平的智能手机射频设备。
 
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