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行業新聞

更高的數據速率意味著更多的天線

日期:2019-04-16 來源:币游国际
        為使智能手機在不斷增加的 RF 頻段範圍內高效工作並支持向 5G 過渡,天線孔徑調諧至關重要。智能手機需要更多天線來支持不斷增加的 RF 要求(例如新的 5G 頻段、MIMO 和載波聚合),但是由於智能手機工業設計的變化,提供給這些天線的可用空間卻很小。因此,天線變得越來越小,這可能會降低天線的效率和帶寬。
        利用孔徑調諧技術可以解決這一問題,通過對天線進行調諧,就能夠在多個頻段高效運行,並使 Tx 和 Rx 的性能提高 3 dB。孔徑調諧通過可調諧電容或調諧器開關配合調諧組件來實現;低 RON 和低 COFF 的開關是獲得最大效率的關鍵所在。孔徑調諧技術還支持天線同時在多個頻段通信以支持載波聚合。實現孔徑調諧需要深入了解如何針對每個應用運用該技術。
        天線效率在智能手機的整體 RF 性能中發揮著至關重要的作用。然而,當前的 RF 需求(尤其是即將過渡至 5G)以及智能手機工業設計的廣泛趨勢,意味著智能手機必須要將更多的天線安裝到更小的空間內。
        因此,天線尺寸不斷縮小,這會降低天線效率。如果不解決這個問題,效率降低會影響發送 (Tx) 和接收 (Rx) 性能,從而導致電池續航時間縮短、數據速率降低以及出現連接問題。
        更高的數據速率意味著更多的天線
        向 5G 過渡意味著不斷提高數據速率,這將使每部手機中的天線數量大幅增加。
        實現更高數據速率的兩項主要技術為載波聚合 (CA) 和多輸入多輸出 (MIMO),它們都需要多個天線同時運行。5G 將進一步推動這一趨勢,因為 5G 要求支持四個獨立的下行信道同時接收大多數頻段的信號。它還要求手機帶有至少四個可用於移動通信的天線。
        與此同時,手機天線需要支持更寬的頻段範圍,這在很大程度上是由於引入了新的 5G 頻段。5G 手機可能需要支持低至 600 MHz 到高達 6 GHz 的頻率範圍。
        為了支持這些要求以及 Wi-Fi、GPS 與藍牙,天線的典型數量將從如今 LTE 手機中的 4-6 個增加到 5G 智能手機中的 6-10 個(圖 1)。將所有這些天線安裝到有限的可用空間變得愈發困難。
        更多更小的天線麵積=更嚴峻挑戰
更高的數據速率意味著更多的天線_heydanbo.com
圖 1. 隨著向 5G 過渡,為了支持新的頻段以及 MIMO 和 CA 的要求,天線數量不斷增
 
        1、天線麵積減少
        隨著製造商改變工業設計和不斷增加新功能,天線的可用空間不斷縮小,這個問題愈發嚴重。其中一項重大變化是改用全屏手機,顯示屏幾乎占據了手機的整個正麵;因此,在屏幕之外可供天線使用的空間更少。製造商還增加了更多的攝像頭,使手機內的可用空間進一步縮小。
        要將更多的天線安裝到更小的空間內意味著天線變得越來越小,天線尺寸縮小將導致天線效率降低。圖 2 顯示采用全屏設計時,天線效率如何隨著手機頂部的輻射元件與地(位於屏幕邊緣)之間的距離縮小而降低。
        天線數量更多且尺寸更小,還意味著手機對其環境變化(例如手握電話的位置)引起的瞬態效應更敏感。這些瞬態效應可能包括效率降低和頻率響應漂移。
        2、理想天線的仿真性能
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圖 2. 全屏智能手機設計使天線的可用麵積縮小、效率降低。
        3、天線性能權衡三角形
        圖 3 的天線“權衡三角形”顯示了天線尺寸縮小對效率和帶寬的影響。如果天線尺寸保持不變,則可以通過犧牲效率以換取更寬的帶寬。
        在天線尺寸較大的上一代手機中,這種權衡方案可能還是可以接受的,因為天線仍然既能滿足性能要求,同時還支持更寬的頻段範圍。但隨著天線尺寸縮小,這種權衡方案就行不通了;在新的全屏設計中,天線隻能在較窄的頻率範圍內達到所需的效率水平。
        因此,為了滿足目前手機設計需支持的寬頻率範圍,必須進行天線調諧,以便在每個頻率均實現高效工作。
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圖 3. 天線性能權衡三角形
 


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