設(shè)計(jì)多個(gè)移動(dòng)天線時(shí)如何避免效率下降問題？

要設(shè)計(jì)多個(gè)移動(dòng)天線？面臨效率下降問題？這里有一份指南，可幫助您使用 COFF 電容設(shè)備開發(fā)天線性能出色的產(chǎn)品，從而提高系統(tǒng)效率，擴(kuò)大覆蓋范圍。

5G 技術(shù)促使移動(dòng)天線必須支持的新頻段數(shù)量顯著增長(zhǎng)。由于新型手機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，手機(jī)設(shè)計(jì)師需要在單個(gè)天線上使用越來越多的孔徑調(diào)諧器。增加孔徑調(diào)諧器有助于優(yōu)化各頻段的整體天線性能，但有時(shí)以犧牲天線效率為代價(jià)。如果天線效率和天線的各頻段性能并不平衡，則整個(gè)設(shè)備的性能和覆蓋范圍都會(huì)受到影響。

每個(gè)天線都有一個(gè)固有的諧振頻率，在此頻率處可實(shí)現(xiàn)最大天線效率。在天線上放置一個(gè)并聯(lián)電容器（以降低諧振頻率）或并聯(lián)電感器（以提高諧振頻率）可實(shí)現(xiàn)孔徑調(diào)諧。使用多個(gè)電容器和電感器，通過天線調(diào)諧器開關(guān)可將天線調(diào)諧到多個(gè)頻率，如下圖所示。

RON 與 COFF 解讀

孔徑調(diào)諧主要采用調(diào)諧器開關(guān)和可調(diào)諧電容。這些開關(guān)的主要品質(zhì)因數(shù)是導(dǎo)通狀態(tài)電阻 (RON) 和斷開狀態(tài)電容 (COFF)，如下圖所示。對(duì)于可調(diào)諧電容來說，具有寬范圍的調(diào)諧電容和良好的 Q 因數(shù)（品質(zhì)因數(shù)）至關(guān)重要。RON 和 COFF 會(huì)顯著影響天線效率。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 的開關(guān)布局策略可針對(duì)不同頻率優(yōu)化調(diào)諧。

在斷開狀態(tài)，孔徑調(diào)諧器的 COFF 會(huì)影響天線上的容性負(fù)載，從而降低諧振頻率。調(diào)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。

下面的圖1顯示了單刀雙擲 (SPDT) 開關(guān)的 COFF 對(duì)倒 F 型天線 (IFA) 仿真效率的影響。其中所示的基準(zhǔn)測(cè)量值是未將 SPDT 放置在調(diào)諧位置時(shí)取得。添加 SPDT 后，各端口的 COFF 分別設(shè)為 100 fF 和 200 fF。

圖 1.

COFF 天線調(diào)諧

從基準(zhǔn)天線切換到低 COFF 開關(guān)時(shí)，觀察到頻移為 40 MHz，峰值效率下降 0.3 dB。從低 100fF COFF 切換到高 200fF COFF 開關(guān)時(shí)，還會(huì)發(fā)生 40 MHz 的偏移，峰值效率下降 0.85 dB。與基準(zhǔn)相比，最終發(fā)生了 80 MHz 的頻移，總效率下降 1.15 dB。

圖 2.

要抵消因調(diào)諧器 COFF 導(dǎo)致的頻移，可將 SPDT 的一個(gè)端口用于接通電感器，以便將天線重新調(diào)諧到其固有諧振頻率。在這種情況下，天線經(jīng)過兩次調(diào)諧：一次由調(diào)諧器的 COFF 調(diào)諧，另一次由電感器，將天線重新校準(zhǔn)到原始諧振狀態(tài)。但是，這種方法是以效率和帶寬為代價(jià)的，如圖 3所示，其中顯示了天線重新調(diào)諧到 890 MHz 原始諧振頻率時(shí)的效率。

圖 3.

雖然可以考慮使用 SPDT 的 COFF，但高 COFF 開關(guān)會(huì)導(dǎo)致峰值效率比基準(zhǔn)測(cè)量值降低 0.47 dB。為便于手機(jī)的天線頻段交換，必須進(jìn)行孔徑調(diào)整。

我們的移動(dòng)設(shè)備顯然變得越來越復(fù)雜。要滿足用戶的所有需求，這就給天線及其能力帶來了一些挑戰(zhàn)。遺憾的是，并非任何天線調(diào)諧組件都可以滿足這些復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)的需求。如本篇博文所述，使用不滿足需求的高 COFF 調(diào)諧器會(huì)導(dǎo)致明顯頻移，從而使天線失諧并降低整體天線效率。因此，在平衡天線效率和頻段需求時(shí)，低 COFF 開關(guān)是最佳選擇。

原文標(biāo)題：移動(dòng) 5G 設(shè)備天線調(diào)諧揭秘

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