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2019年07月08日 | 5G智能手机离不开孔径调谐技术
2019-07-08 来源：EEWORLD
本文作者：Qorvo高级市场经理Abhinay Kuchikulla
天线效率在智能手机射频性能中起着至关重要的作用。随着5G技术的进展，以及智能手机的工业设计要求，射频部分对于天线的要求更加苛刻，需要更小的尺寸及更多的天线。随着天线尺寸缩小，天线效率随之降低。如果不对此问题进行补偿，效率降低会影响信号收发性能，从而缩短电池寿命，降低数据速率和连接问题，最终影响用户体验。
5G：需要更快的数据速率的更多天线
向5G过渡，继续寻求提供更高的数据速率，将推动每部手机中天线数量的显着增加。
目前用于提供更高数据速率的两种主要技术包括CA（载波聚合）和多输入多输出（MIMO），他们都需要同时操作的多个天线。5G将进一步推动这一趋势，因为它要求支持大多数频段的四个独立下行链路信道，要求手机至少包括四个同时用于蜂窝通信的天线。
与此同时，手机天线将需要支持更广泛的频段，主要是因为推出了新的5G频段（例如-n78和n79）。 5G手机可能需要支持从低端600 MHz到高达6 GHz的频率。
为了支持这些要求以及Wi-Fi、GPS和蓝牙等多种无线标准，在当今的LTE手机中，典型的天线数量将从4个增加到6个，在5G智能手机中甚至增加到6到10个。将所有这些天线安装到可用的有限空间中变得越来越困难。
减少天线面积
由于制造商改变工业设计并增加新功能，天线可用空间正在缩小，这使问题更加严重。一个关键的变化是转向全屏手机，其中显示器几乎占据了手机的整个前面板;结果就是蜂窝天线的屏幕外可用空间较少。同时制造商也在增加更多镜头，进一步减少手机内的可用空间。
将更多天线安装到更小空间的需要意味着天线变得越来越小，并且减小的天线尺寸导致更低的天线效率。
更多的天线，加上它们的尺寸减小，也意味着手机对其环境变化（例如电话处理）引起的瞬态效应更敏感。这些瞬态效应可能包括效率降低和频率响应变化。
天线性能权衡
减小的天线尺寸会影响效率和带宽。如果天线尺寸保持不变，则可以通过效率换取更大的带宽。在具有较大天线的老一代电话中，这种折衷可能是可接受的，因为天线仍然能够满足性能要求，同时支持更宽范围的频带。但随着天线尺寸的减小，这种权衡不再可能;采用全新的全屏设计，天线只能在很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各种频率，必须调整天线以在每个频率上有效地操作。
解决天线挑战的调谐技术
今天，孔径调谐是手机中使用的主要方法，以克服由于天线面积和效率降低而导致的问题。必须使智能手机能够支持不断扩大的频段范围，特别是在向5G过渡的过程中。
对于发射和接收通信，孔径调谐会对天线效率产生很大影响，根据应用的不同，总辐射功率（TRP）和总各向同性灵敏度（TIS）可提高3 dB甚至更多。
天线具有多个固有谐振频率。这些是谐波相关的：例如，天线的谐振频率可以是900 MHz，1800 MHz（二阶谐波），2700 MHz（三阶谐波）等等。通过使用孔径调谐开关来调谐这些频率，单个天线可以支持分布在非常宽的频谱范围内的许多频带。
通过将孔径调谐开关放置在其具有最大效果的点处，可以独立地调谐这些谐振频率中的每一个，该效果通常接近该频率的电压分布的顶点。
CA的孔径调谐
全球的LTE运营商正在使用CA来提供更高的数据速率。CA组合两个或更多个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带上进行通信。
孔径调谐技术是关键
孔径调谐对于支持当今不断增长的频段范围至关重要。它显着提高了Tx和Rx性能，克服了手机工业设计变化带来的挑战，并使其能够满足日益复杂的RF要求。 孔径调谐的有效实施需要大量关于如何应用该技术来优化每个应用的知识。 越来越多的天线也意味着孔径调谐解决方案必须很小，以适应缩小的可用空间。
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