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如何應(yīng)對多頻手機中的天線問題--飛宇信
發(fā)布時間：
2019-08-09 17:26
現(xiàn)在手機中的射頻信號通道越來越擁擠。蜂窩電話已經(jīng)從雙頻向三頻甚至四頻快速發(fā)展。這些復(fù)雜手機還需要處理來自外圍無線設(shè)備的各種信號，如藍牙、Wi-Fi和GPS。而隨著WiMAX和LTE（4G）的加入，這種復(fù)雜度將越來越高。在移動電話中，天線開關(guān)控制著天線接入所有這些無線信號，實質(zhì)上起著網(wǎng)守的作用。
多頻手機設(shè)計面臨著很大的挑戰(zhàn)，因為所有這些信號工作在不同的帶寬，而且它們都需要接入天線。為了取得最優(yōu)的性能和外形尺寸，它們最好能通過單個射頻開關(guān)接入天線。對開關(guān)制造商來說，這意味著從單刀四擲（SP4T）相應(yīng)發(fā)展到SP7T甚至SP9T配置才能處理越來越多的信號。這種先進的開關(guān)需要能夠處理由寬帶CDMA（WCDMA）和低功率I/O無線設(shè)備帶來的額外移動通信頻段的接入。
可以預(yù)期的是，手機復(fù)雜性會越來越高，要求能夠處理更多頻段的信號。市場將至少標準化七個頻段，并且要留出一個空間給第八個頻段（LTE）使用。即使今后發(fā)生合并，射頻電路中由于合并留出的空間也會很快被越來越流行的、也需要接入天線的外圍無線電設(shè)備和功能所擠占。
為了支持互聯(lián)網(wǎng)、多媒體和視頻，3G移動手機市場已經(jīng)轉(zhuǎn)向WCDMA。相應(yīng)的GSM也演變成GSM/WCDMA雙模技術(shù)。為了滿足全球需求，目前的GSM手機最多有4個發(fā)送（Tx）和4個接收（Rx）通道。增加WCDMA后每個新的頻段都要增加另外一個Tx/Rx通道。目前的移動手機設(shè)計傾向于采用4xGSM（850、900、1800、1900MHz）和3xWCDMA（850、1900、2100MHz）前端。因此，手機復(fù)雜度已經(jīng)達到空前的水平。
多頻手機中的任何設(shè)計折中都要求滿足或超過所有標準提到的性能等級。一般情況下，多模多頻的移動手機使用單個功放模塊來處理四頻GSM/EDGE信號。另一方面，每個WCDMA頻段需要使用它自己的獨立功放。因此，具有一個WCDMA頻段的四頻GSM天線手機至少需要一個單刀六擲（SP6T）開關(guān)來管理所有的信號通道。當然，設(shè)計師也可以使用一個雙工器和兩個SP3T（流行的GaAs配置），但與使用單個SP6T開關(guān)相比這種方法將產(chǎn)生較高的插入損耗。
射頻設(shè)計師需要特別關(guān)注插入損耗，因為它直接影響功放的功率附加效率（PAE）。GSM功放的最大飽和功率一般是3W，平均PAE是55%。必需達到這個效率水平才能確保較長的電池使用時間，因為手機總電流的一半用在功放上。鑒于此，設(shè)計師需要將保持功放的PAE定在最高優(yōu)先等級。一些早期的多頻WCDMA/GSM手機使用獨立的WCDMA和GSM信號鏈，并采用獨立的天線和無線設(shè)計。盡管這種方案在原型和第一代設(shè)計中非常有效，但市場需要具有更高性價比且節(jié)省空間的方案。顯然，業(yè)界要求集成式ASM能夠處理7個甚至9個信號。
圖1：IP3與器件的三階交調(diào)失真（IMD3）性能有關(guān)。
針對這個需求，業(yè)界開發(fā)出了SP7T開關(guān)來支持具有1個WCDMA和4個GSM頻段的手機架構(gòu)。例如PE42672就是采用UltraCMOS工藝技術(shù)開發(fā)的單片SP7T，它能提供+68dBm的三階交調(diào)截取點（IP3），這個線性度性能值可以滿足3GPP IMD3規(guī)范兼容的手機設(shè)計和高效的射頻前端要求。IP3與設(shè)備的三階交調(diào)失真（IMD3）性能相互關(guān)聯(lián)，這些相位上的指標如圖1所示。
SP6T開關(guān)是開關(guān)架構(gòu)方面的最新成果之一。經(jīng)過配置它可以處理多個頻段的WCDMA、GSM和外圍無線設(shè)備。例如圖2所示的開關(guān)可以處理三頻段的WCDMA，并提供到雙工器和3個功放模塊的通道（每個WCDMA頻段要求使用自己的功放和雙工器）。這個開關(guān)還能處理只有單個功放模塊與之相連的四頻GSM/EDGE（包含2個功放芯片）。從實際效果看，這個設(shè)備必須通過受簡單解碼器控制的單個開關(guān)傳送5個高功率信號。
圖2：SP9T正在處理三頻段的WCDMA，它提供了到達雙工器和三個功放模塊的通道。
隨著多頻段架構(gòu)的普及，對功放和相關(guān)濾波器的數(shù)量提出了嚴格的要求。事實上，對功放的技術(shù)要求沒有變化，但手機設(shè)計需要使用更多的功放。因此真正改變的是需要一個特別高效的方法將所有射頻信號傳送給天線-單片開關(guān)。
手機中增加的頻段越多，對開關(guān)的技術(shù)要求就越高，而且WCDMA的線性度和諧波要求對器件性能也帶來了很大的壓力。通過利用UltraCMOS制造工藝的線性優(yōu)勢，圖2中的單片PE42693 SP6T可以保持其前代SP7T開關(guān)+68dBm的IP3，而且IMD3性能超過業(yè)界標準的-105dBm（圖1）。
SP6T功能可以用GaAs器件實現(xiàn)，但它需要額外的器件，例如CMOS譯碼器和驅(qū)動器，這將極大地影響所需I/O的數(shù)量。對要求高度線性和隔離的5個高功率端口來說挑戰(zhàn)尤其艱巨，因為I/O數(shù)量越多，線的耦合和粘合的可能性就越大。
圖3：UltraCMOS SP9T不需要片外ESD器件或線性度增強匹配器件。黃框代表譯碼器，藍框代表ESD，綠框代表電壓生成器。
隨著多頻段手機越來越流行，對高集成度、小型天線開關(guān)的需求也越來越迫切。UltraCMOS SP7T開關(guān)現(xiàn)在已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，SP9T也在2007年底投入批量生產(chǎn)。在外形方面，GaAs SP7T為1.6x1.5mm，而采用SOS工藝SP7T開關(guān)只有1.2x1.0mm，面積縮小了一半。目前的GaAs E/D pHemt或J-pHemt SP9T開關(guān)外形尺寸為1.9x1.5mm。與之相比，采用UltraCMOS 0.5μm工藝制造的SP9T外形尺寸為1.7x1.1mm（圖3），它不需要片外ESD器件和性能增強匹配器件。UltraCMOS發(fā)展規(guī)劃預(yù)計0.25μm版本的SP9T尺寸將達到1.32x1.29mm。
縮小尺寸的另外一種方式是將開關(guān)倒裝在結(jié)實的低溫共燒陶瓷（LTCC）基底上，無需占用以前線綁定所需的面積。目前晶圓級芯片尺寸封裝正在開發(fā)中，它所生產(chǎn)的UltraCMOS開關(guān)可以如同標準表貼封裝那樣處理。
在使用UltraCMOS制造的開關(guān)后，設(shè)計師可以省去其它開關(guān)技術(shù)要用到的譯碼器、隔直電容和雙工器。配合芯片尺寸封裝技術(shù)，這種工藝可以顯著減小ASM的尺寸和厚度。另外，其固有的ESD容差和單片CMOS接口可以簡化實現(xiàn)和使用。UltraCMOS工藝的極高良品率和增加開關(guān)方向的靈活性可以使未來新一代的手機具有更高的集成度，能夠解決多頻段手機體積縮小所帶來的挑戰(zhàn)。
多模多頻段GSM/WCDMA手機的技術(shù)要求已經(jīng)超過了傳統(tǒng)RFIC技術(shù)（如GaAs）的極限。受這些超高性能要求影響最嚴重的是天線和射頻連接器。
雖然本文主要討論的是天線開關(guān)，但關(guān)鍵是要認識到對系統(tǒng)天線的顯著影響。天線必須能夠高效輻射從800到2200MHz的信號，在微型天線允許的外形尺寸下這是一個相當艱巨的任務(wù)。目前業(yè)界正在尋找新的技術(shù)來解決這個問題，考慮到天線匹配問題，可能使用開關(guān)和集總調(diào)諧元件?？傊?，射頻開關(guān)必須能夠切換最多9條大功率射頻信號通道，并且要具有低插損、高隔離和線性度。
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2021-03-09 16:07
任何物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的第一階段都是設(shè)備和傳感器的實際部署。即使這看起來不像技術(shù)問題，但仍需要針對該問題提出技術(shù)解決方案。雖然不是WiFi 6規(guī)范的一部分，但無線寬帶聯(lián)盟實際上已經(jīng)推出了一項規(guī)范--WiFi Easyconnect--它簡化了設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)的接入和配置。當要求部署100或1000個連接設(shè)備時，這是一個關(guān)鍵方面。雖然該標準獨立于WiFi 6規(guī)范，但一旦WiFi型號開始進入市場，它預(yù)計會變得流行。
2021-03-05 11:04
天線罩為什么用玻璃鋼的，天線罩顧名思義是用來保護天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)物。它在電氣性能上具有良好的電磁波穿透特性，機械性能上能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的作用。室外天線通常置于露天工作
2021-03-05 10:54
很多人對天線增益還不是很了解下，作為十四年天線廠家，我們對天線研發(fā)，銷售，生產(chǎn)都十分在行，電波是一種能量，根據(jù)能量守恒定律
2021-03-04 11:52
wifi5和wifi6路由器的選擇，看過了對于WiFi 6系列介紹，你是否已經(jīng)為家用路由器做好了升級換代的準備？
2021-03-04 11:38
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2021-03-03 14:39
天線種類繁多，作為十四年天線研發(fā)廠家，飛宇信天線高速您天線數(shù)量越多不代表網(wǎng)絡(luò)速度就越快。2、在大多數(shù)情況，天線再多不會起到什么作用，更多的是由終端決定的。
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