過去十年,天線調諧技術領域發(fā)生了巨大變化,。天線變得更小,、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——它提供的調諧能力提高了設計靈活性,,并大幅改善了性能,。
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復雜射頻世界中的器件性能
有時候,科技似乎在飛速發(fā)展,,日新月異——產(chǎn)品變得越來越小,,處理速度越來越快,我們的世界剎那間便不同以往,。移動設備的天線也是如此,。支持許多頻段的更小移動設備使得天線更加復雜。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,,技術開發(fā)工程師每推出一代新技術,,都會做出漸進式改進,通過這種持續(xù)改善來幫助滿足更嚴格的系統(tǒng)要求,。這篇博客文章介紹絕緣硅片 (SOI) 技術的進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,移動設備支持的頻段增長了十倍,。在過去二十年左右的時間里,,我們的移動設備支持 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,,蜂窩和 Wi-Fi 頻段開始涵蓋更高的頻率區(qū)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。最新的移動設備具備支持所有這些頻段的天線,,這使得設計工程師在優(yōu)化天線效率,、功率和工作范圍方面面臨挑戰(zhàn)。為了應對這些設計挑戰(zhàn),,必須使用更新的 SOI 技術,。
蜂窩頻段簡介
影響天線設計的一個方面是蜂窩頻譜重新分配和獲取 (re-farming and acquisitioning)。新頻段已在整個蜂窩頻譜中可用,,有助于拓寬整體帶寬,,并帶來提升容量和數(shù)據(jù)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(qū)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
如圖 1 所示,這種天線結構支持低,、中,、高蜂窩頻段。我們使用下面的天線 PC 板布局,,對兩代 SOI 技術(上一代和當前一代)進行了比較,。在此應用中,我們使用三個天線調諧器: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 4 極天線調諧器的示例框圖,其類似于此應用中使用的調諧器,。
圖1:低,、中、高頻段天線結構
這種結構使用三個天線調諧器,,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
開關 RON 和 COFF 回顧
孔徑調諧主要采用調諧器開關和可調諧電容,。這些開關的主要品質因數(shù)是導通狀態(tài)電阻 (RON) 和斷開狀態(tài)電容 (COFF),如下圖所示,。對于可調諧電容來說,,具有寬范圍的調諧電容和良好的 Q 因數(shù)(品質因數(shù))至關重要。RON 和 COFF 會顯著影響天線效率,。低電壓時,,RON 的影響更大;高電壓時,,COFF 的影響更大,;采用低 RON 或低 COFF 的開關布局策略可針對不同頻率優(yōu)化調諧。(另見移動 5G 設備天線調諧揭秘博客文章)
在斷開狀態(tài),,孔徑調諧器的 COFF 會影響天線上的容性負載,,從而降低諧振頻率。調諧器的 COFF 越高,,該頻率偏離天線固有諧振頻率的幅度就越大,。
SOI 技術對比數(shù)據(jù)
為了減少 PC 板布局的代際變化,,新的 SOI 天線調諧器保持引腳兼容。這有助于降低系統(tǒng)設計人員的工程成本,。
關于 SOI 技術改進,,當前一代調諧器改善了衡量開關導通電阻的指標 RON。衡量開關關斷狀態(tài)電容的 COFF 也有所改善,。這兩個品質因數(shù)都是決定表 1 所示天線整體效率的因素,。此外,當前一代調諧器改進了低,、中,、高每個頻段的所有目標規(guī)格。
低,、中,、高頻段測量對比數(shù)據(jù)
從表 1 可以看出,在低頻段和高頻段,,上一代調諧器很難滿足效率目標,。這部分是由于 SOI COFF 寄生電容會產(chǎn)生損耗。使用當前一代 SOI 調諧器可降低 COFF 電容,。通過每個天線調諧器開關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,。這一改進導致開關路徑接通時的開關電阻更小。RON 和 COFF 的這些改進有助于開關隔離,,減少信號損耗,,并提高效率。
每代 SOI 技術的天線均需進行調諧以優(yōu)化性能,。請注意,,天線調諧產(chǎn)品之間的 COFF 差異會導致天線響應的頻移,這在調諧每個頻段時應予以考慮,。由于這種頻移,,需要對匹配電感值進行調整,使天線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(tǒng)性能對比,。在低、中,、高各個頻段,,當前一代的系統(tǒng)天線性能都有相當可觀的提高。這進一步體現(xiàn)了 SOI 技術品質因數(shù)提高的原因,。
表 1:兩代 SOI/產(chǎn)品的對比數(shù)據(jù)
新技術開發(fā)的一個共同主題就是每一代更新都會改進以前的設計,。SOI 技術也是如此。每一代改進都將應用于新技術創(chuàng)新產(chǎn)品中。SOI 已經(jīng)存在了一段時間,,并且有許多技術改進,。是否在設備設計中使用最新的尖端技術,可能是產(chǎn)品成功與否的關鍵,。使用當前一代 SOI 將能提供所需的天線效率,,滿足最終產(chǎn)品的工作范圍、數(shù)據(jù)速度和容量要求,。有關所述應用的詳細信息,,請隨時通過技術支持聯(lián)系我們。
移動 5G 設備天線調諧揭秘
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技術支持
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