【導讀】移動手機天線設計人員麵臨著許多挑戰：不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)頻(pin)段(duan)覆(fu)蓋(gai)範(fan)圍(wei)的(de)要(yao)求(qiu)，極(ji)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)的(de)行(xing)業(ye)設(she)計(ji)限(xian)製(zhi)以(yi)及(ji)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)的(de)天(tian)線(xian)安(an)裝(zhuang)空(kong)間(jian)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)孔(kong)徑(jing)和(he)阻(zu)抗(kang)調(tiao)諧(xie)器(qi)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)。然(ran)而(er)
，並(bing)不(bu)是(shi)任(ren)何(he)孔(kong)徑(jing)或(huo)阻(zu)抗(kang)調(tiao)諧(xie)器(qi)都(dou)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)。當(dang)今(jin)的(de)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)都(dou)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)更(geng)穩(wen)定(ding)
、可靠的調諧產品，才能完全滿足設計需求。

阻抗匹配與 RF 電壓

設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)經(jing)常(chang)要(yao)克(ke)服(fu)的(de)一(yi)個(ge)挑(tiao)戰(zhan)就(jiu)是(shi)天(tian)線(xian)上(shang)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)源(yuan)。例(li)如(ru)

，與(yu)天(tian)線(xian)匹(pi)配(pei)的(de)阻(zu)抗(kang)可(ke)能(neng)會(hui)在(zai)匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)中(zhong)生(sheng)成(cheng)較(jiao)高(gao)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)。當(dang)匹(pi)配(pei)電(dian)容(rong)或(huo)電(dian)感(gan)較(jiao)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)時(shi)，匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)與(yu)天(tian)線(xian)之(zhi)間(jian)可(ke)能(neng)會(hui)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)。當(dang)使(shi)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)低(di)的(de)器(qi)件(jian)時(shi)，可(ke)能(neng)會(hui)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)。為(wei)消(xiao)除(chu)這(zhe)種(zhong)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)問(wen)題(ti)，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)較(jiao)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)器(qi)件(jian)。為(wei)承(cheng)受(shou)更(geng)高(gao)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)器(qi)件(jian)。圖(tu) 1 展示了在較高 (GSM850/900) 功率水平下發射信號時，射頻電壓有多高。 

Figure 1.

天線阻抗詳述

應用和天線設計等多方麵因素都會影響天線的電壓電平。其中包括以下三個因素：

1. 匹配器件的天線阻抗可能會導致較高的電壓

2. 應用中的輸入功率水平（即 2 級功率 (PC2) 或 GSM）

3. 實際匹配器件的阻抗

我們考慮這三個因素
，仔細了解一下如何利用天線方向圖和天線調諧器來優化天線設計。

深入了解阻抗匹配

阻抗匹配器件會影響功率水平，並且需要使用額定電壓水平更高的器件來優化天線效率。

圖 2 為兩種天線設計，即模式 A 和 B。接(jie)下(xia)來(lai)，我(wo)們(men)將(jiang)闡(chan)述(shu)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)模(mo)式(shi)與(yu)不(bu)同(tong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)組(zu)件(jian)會(hui)如(ru)何(he)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。我(wo)們(men)還(hai)將(jiang)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)利(li)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)高(gao)的(de)器(qi)件(jian)來(lai)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)提(ti)高(gao)總(zong)輻(fu)射(she)效(xiao)率(lv)。

Figure 2.

首先
，在圖 3 中我們可以看到，天線模式“A”和“B”在史密斯圓圖上如何通過低頻段 GSM 頻(pin)率(lv)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。如(ru)圖(tu)所(suo)示(shi)，天(tian)線(xian)阻(zu)抗(kang)位(wei)於(yu)史(shi)密(mi)斯(si)圓(yuan)圖(tu)的(de)電(dian)感(gan)區(qu)域(yu)，因(yin)此(ci)串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)成(cheng)為(wei)最(zui)優(you)匹(pi)配(pei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)的(de)天(tian)線(xian)匹(pi)配(pei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)。

Figure 3. 

在我們的示例中，我們將圖 4 左側所示的兩個類似器件作為天線阻抗匹配組件進行了測量和比較。一個是 55VRF (DEVICE55)，另一個是 65VRF (DEVICE65)。每個器件都由具有 32 種不同電容狀態的可編程電容和獨立的可切換開關組成。

Figure 4. 

通過選擇每個器件的狀態，使天線模式 A 在低頻段頻率範圍內實現最大輻射效率。此外，所選的器件狀態還應符合每個器件的額定射頻電壓要求：DEVICE55 為 55VRF，DEVICE65 為 65VRF，如下圖所示。器件在 GSM850/900 和 LTE B12（頻段 12）下進行了測試。測量圖（下圖 5）為連接這兩個器件的天線效率與頻率圖。

Figure 5. 

上述輸出測量采用了 DEVICE 55 和 DEVICE 65 的天線模式“A”。如圖所示，如果使用電壓較低的 55 V 器件，在 GSM850 和 GSM900 Tx 頻率下，效率會受到明顯影響。為了在 GSM850、GSM900 以及 B12 下實現更高的效率，同時保持電壓電平，應選擇 DEVICE65 的電壓，因為其效率會超過 DEVICE55。

為提高 DEVICE55 響應性能，我們嚐試使用模式“B”天線設計。下述輸出測量圖顯示了使用 DEVICE65 的模式“A”。對於 DEVICE55，我們使用了模式“B”。盡管在 GSM 頻率下使用模式“B”天線設計可以改進 DEVICE55 方案的效果，但仍不足以達到 DEVICE65 組件的要求。如圖 6 中所示，DEVICE65 的效率再一次超過了 DEVICE55。因為 DEVICE65 能夠滿足較高的射頻電壓輸入阻抗要求。

Figure 6. 

此外，使用模式“B”和 DEVICE55 所實現的效率沒有使用模式“A”和 DEVICE65 的那麼高

，頻段也沒有那麼寬，尤其是在 B12 頻率範圍內。盡管使用模式“B”時
，DEVICE55 會有所改進，但效率沒有使用模式“A”和 DEVICE65 那麼高。

總zong之zhi，天tian線xian上shang的de高gao電dian壓ya的de確que會hui對dui效xiao率lv和he性xing能neng產chan生sheng影ying響xiang。我wo們men的de測ce量liang結jie果guo證zheng實shi，在zai高gao射she頻pin電dian壓ya的de阻zu抗kang匹pi配pei應ying用yong中zhong
，額e定ding電dian壓ya更geng高gao的de器qi件jian可ke實shi現xian更geng高gao的de性xing能neng。在zai我wo們men的de示shi例li中zhong
，我wo們men采cai用yong Qorvo 的兩款可配置調諧器，每款調諧器都包含一個開關和一個可編程電容陣列 (PAC) ，一個器件的額定電壓為 55V，另一個為 65V。額e定ding電dian壓ya更geng高gao的de組zu件jian可ke為wei天tian線xian設she計ji人ren員yuan提ti供gong更geng多duo的de裕yu量liang。從cong而er使shi係xi統tong設she計ji人ren員yuan能neng夠gou在zai不bu修xiu改gai設she計ji布bu局ju結jie構gou的de情qing況kuang下xia
，更geng有you效xiao地di將jiang電dian路lu與yu多duo個ge天tian線xian模mo式shi和he射she頻pin電dian壓ya情qing境jing進jin行xing匹pi配pei。

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