【導讀】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，當前的智能手機工業設計趨勢和 RF 需求（尤其是即將過渡至 5G）
，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，並且/或者提高現有天線的帶寬。

簡言之，天線調諧比以往更加重要。在本博客中，我們將介紹 4G 和 5G 移動設備中天線調諧的四個關鍵要素。

背景：為何需要天線調諧
？

由於手機運行所需的頻段
、功能和模式的數量不斷增加
，現代手機的 RF 前端 (RFFE) 設計也日益複雜。需要采用更多天線
，使用載波聚合 (CA)、4x4 MIMO、Wi-Fi MIMO 和新的寬帶 5G 頻段來提供更高的數據速率，因此智能手機中的天線數量從 4-6 個增加到 8 個或更多。與此同時
，可用於移動係統天線的空間縮小，導致天線效率降低。

通(tong)過(guo)天(tian)線(xian)調(tiao)諧(xie)可(ke)以(yi)恢(hui)複(fu)一(yi)些(xie)損(sun)失(shi)性(xing)能(neng)。若(ruo)不(bu)實(shi)施(shi)調(tiao)諧(xie)
，天(tian)線(xian)在(zai)有(you)限(xian)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)出(chu)色(se)性(xing)能(neng)，但(dan)是(shi)增(zeng)加(jia)天(tian)線(xian)調(tiao)諧(xie)則(ze)可(ke)以(yi)在(zai)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)實(shi)現(xian)更(geng)優(you)化(hua)的(de)性(xing)能(neng)。

天線調諧係統，例如阻抗調諧器和孔徑調諧器，可以支持 LTE 智能手機要求的更高帶寬和載波聚合。它們使天線在整個 LTE 和 5G 頻段（從 600 Mhz 到 5 Ghz）範圍內都能高效工作，同時還能節省電池電量，實現纖薄的手機設計。

但是，實現天線調諧需要深入了解如何針對每個應用運用該技術。我們來看看這四個基本要素：

●     阻抗與孔徑調諧

●     為您的調諧應用選擇合適的組件

●     導通狀態電阻 (RON)
、斷開狀態電容 (COFF)，以及消除不必要的諧振

●     孔徑調諧 和 CA

術語表

●     CA: 載波聚合

●     COFF: 斷開狀態電容

●     GND: 接地

●     MIMO: 多路輸入/多路輸出

●     PIFA: 平麵倒 F 型天線

●     RFFE：RF 前端

●     RON: 導通狀態電阻

●     RSE: 輻射雜散發射

●     SP4T: 單刀四擲

●     TIS: 總全向靈敏度

●     TRP: 總輻射功率

#1: 阻抗或孔徑調諧，哪種才是最佳方法？

T天線的輻射模式和效率取決於天線的尺寸、形狀、外殼、與金屬的接觸程度
，以及接地層的形狀和大小。未調諧天線的效率低於經過調諧的天線
；相比之下，調諧天線的效率越高

，意味著它具有更高的輻射功率和更大的範圍。

智能手機可以使用兩種方法進行天線調諧 - 阻抗調諧和孔徑調諧 - 如下圖所示。

●     孔kong徑jing調tiao諧xie從cong天tian線xian終zhong端duan的de空kong閑xian空kong間jian中zhong優you化hua天tian線xian總zong效xiao率lv，可ke以yi跨kua多duo個ge頻pin段duan優you化hua天tian線xian效xiao率lv。孔kong徑jing調tiao諧xie對dui發fa射she和he接jie收shou通tong信xin應ying用yong的de天tian線xian效xiao率lv都dou會hui產chan生sheng很hen大da影ying響xiang，根gen據ju不bu同tong的de應ying用yong，總zong輻fu射she功gong率lv (TRP) 和總全向靈敏度 (TIS) 可提高 3 dB 甚至更多。

●     阻抗調諧最大限度地提高射頻前端與天線之間的功率傳輸，並通過最小化天線與天線前端之間的失配損耗來增加 TRP 和 TIS。阻抗調諧還有助於補償環境影響，如一個人的手在智能手機上的位置。

目mu前qian，為wei了le克ke服fu因yin天tian線xian麵mian積ji和he效xiao率lv降jiang低di所suo導dao致zhi的de問wen題ti
，手shou機ji中zhong主zhu要yao采cai用yong孔kong徑jing調tiao諧xie法fa。中zhong高gao檔dang智zhi能neng手shou機ji使shi用yong孔kong徑jing和he阻zu抗kang調tiao諧xie組zu合he方fang法fa，以yi支zhi持chi不bu斷duan擴kuo大da的de頻pin段duan範fan圍wei，尤you其qi是shi 5G 應用。

#2:如何選擇正確的調諧組件

在開關和輻射元件之間添加調諧組件（電容或電感）

，可進一步調節諧振頻率，以支持 LTE 和 5G 頻段。下圖顯示了開關斷開、導通時以及在電路中添加電感或電容時天線的諧振頻率。

選擇性能最佳的孔徑調諧開關、電容和電感非常重要。一些準則包括：

調諧器開關：

●     使用具有低 RON 和 COFF 的開關來最小化係統損耗。

●     使用高線性調諧開關
，避免對輻射雜散發射 (RSE) 和 TIS 產生影響。

●     開關必須是多模式的，以調整 2G/3G/4G/5G 標準頻率範圍。

●     開關應該能夠處理寬帶天線應用的高射頻電壓。

調諧組件：

●     使用電容值大於 0.5 pF 的電容
，以避免使用高容差元件。

●     避免使用電感值大於 36 nH 的電感。

#3: RON、COFF 和消除不必要的諧振

孔徑調諧開關的兩個關鍵特性會顯著影響天線的效率：導通狀態電阻 (RON) 和斷開狀態電容 (COFF)。孔徑開關在斷開狀態 (COFF) 下是容性開關
，在導通狀態 (RON) 下則為阻性開關。如果電感連接到 RF 端口進行調諧
，那麼 COFF 和he電dian感gan的de組zu合he將jiang會hui產chan生sheng不bu必bi要yao的de諧xie振zhen。換huan句ju話hua說shuo
，當dang開kai關guan處chu於yu關guan斷duan狀zhuang態tai時shi
，必bi然ran存cun在zai諧xie振zhen機ji製zhi。為wei了le抑yi製zhi這zhe種zhong諧xie振zhen，調tiao諧xie器qi開kai關guan配pei有you一yi個ge內nei部bu開kai關guan
，可ke以yi並bing聯lian到dao地di麵mian。

下圖顯示

，在天線和調諧組件之間連接一個 SP4T 調諧器開關，以便將天線調諧到不同的頻段。天線通過 RF3 端口連接至一個調諧電容，而其他三個端口為斷開狀態。用 RON 代替天線與 RF3 端口之間的 ON 狀態電阻，用 COFF 仿真天線和 RF1
、RF2 和 RF4 端口之間的 OFF 狀zhuang態tai電dian容rong。這zhe種zhong接jie地di路lu徑jing功gong能neng有you助zhu於yu消xiao除chu由you關guan斷duan開kai關guan端duan口kou產chan生sheng的de電dian容rong引yin起qi的de諧xie振zhen。下xia圖tu中zhong
，右you下xia角jiao的de黑hei色se線xian表biao示shi存cun在zai諧xie振zhen，橙cheng色se線xian表biao示shi不bu存cun在zai諧xie振zhen。

降低 RON 可使電感調諧和電容調諧的天線效率提高幾個 dB，從而對手機的整體 RF 性能產生較大的影響。降低 COFF 也同樣重要。但是
，根據天線調諧器的位置和電壓分布，RON 和 COFF 影響存在差異。如需了解有關 RON 和 COFF 的更多信息

，請參考我們的免費‑指南如何實現孔徑調諧：4G/5G 智能手機的最佳實踐》。

#4: 孔徑調諧和載波聚合

CA 將兩個或多個 LTE 載波（通常在不同的頻段中）組合起來，以增加帶寬，實現更高數據速率。由於手機中的天線數量有限，這通常意味著單個天線必須在兩個頻段上同時通信。

使用孔徑調諧開關有助於滿足智能手機對 CA 的要求：

●     孔徑調諧用於支持頻段 39 和頻段 41 的 CA 組合（通常用於中國）。

●     在每個頻率的峰值電壓點附近放置一個開關，可以對每個頻段進行高效調諧，而且對另一個頻段的影響最小。

●     將調諧開關放置在諧振頻率的峰值電壓點附近，對該頻率的調諧效果最好。

來源：Qorvo

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