動(dòng)態(tài)阻抗調諧技術(shù)提高手機天線(xiàn)性能

　如今的移動(dòng)電話(huà)不僅要支持蜂窩頻率，還要支持那些用于移動(dòng)電視、藍牙、WLAN和定位服務(wù)的非蜂窩特性。由于每次手機換代都縮小了天線(xiàn)的可用空間，天線(xiàn)被包在相機和鍵盤(pán)電路周?chē)⒅匦掳才怕窂?，導?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/天線(xiàn)">天線(xiàn)效率降低。一部分性能損失可以通過(guò)天線(xiàn)調諧得到恢復，即使用動(dòng)態(tài)阻抗調諧技術(shù)根據工作頻率和環(huán)境條件優(yōu)化天線(xiàn)的性能。然而，所面臨的挑戰是，任何成功的天線(xiàn)調諧方案均須滿(mǎn)足損耗低、線(xiàn)性度高、能夠處理很高強度的RF信號且耗能少的要求。

　　天線(xiàn)調諧架構

　　當無(wú)源天線(xiàn)不再滿(mǎn)足帶寬要求提高、手機設計更復雜、天線(xiàn)可用空間更小等性能要求時(shí)，通常使用開(kāi)環(huán)天線(xiàn)調諧系統。在開(kāi)環(huán)系統中，可調諧元件根據靜態(tài)信息 (如發(fā)射/接收頻率、調制方案或使用情況)在設定的頻段和工作模式下微調天線(xiàn)的性能(見(jiàn)圖1)。但由于開(kāi)環(huán)系統不對天線(xiàn)的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，因此無(wú)法具體考慮環(huán)境條件。

　　在移動(dòng)設備中，環(huán)境條件非常重要，它們在用戶(hù)行走、開(kāi)車(chē)或移動(dòng)手指時(shí)發(fā)生變化。天線(xiàn)設計者可使用自適應閉環(huán)天線(xiàn)調諧技術(shù)來(lái)應對這些條件變化。在閉環(huán)調諧方案中，失配傳感器跟蹤天線(xiàn)的運行狀況并提供反映實(shí)際情況的反饋信號。

　　失配傳感器把VSWR(反射回天線(xiàn)的功率幅度)與發(fā)射功率進(jìn)行比較并調節阻抗調諧電路。調諧算法使可調元件在各種使用情況下持續跟蹤環(huán)境條件，并把阻抗調到最優(yōu)值(見(jiàn)圖1)。

　　圖1：開(kāi)環(huán)(左)和閉環(huán)(右)天線(xiàn)調諧方案

　　調諧挑戰

　　理論是有用的，但在蜂窩電話(huà)中實(shí)現自適應天線(xiàn)調諧的最大障礙是缺乏電氣參數可調、損耗低且調整比足夠寬的高性能無(wú)功元件。在“高性能”方面，最具挑戰性的元件要求是功率處理能力和線(xiàn)性度。例如，GSM天線(xiàn)通常必須能夠處理最高+33dBm的發(fā)射功率，但在失配條件下，調諧元件實(shí)際上需要處理電壓高達 30Vpk或功率高達+40dBm的RF信號。

　　為尋找更好的調諧材料，人們在過(guò)去幾年里進(jìn)行了大量的研究。例如，為實(shí)現可調的天線(xiàn)和濾波器，一些研究者已經(jīng)使用了微機電系統(MEMS)和鐵電材料技術(shù)(如鈦酸鍶鋇，BST)。這些技術(shù)盡管有發(fā)展前景，但目前仍面臨著(zhù)巨大的技術(shù)和制造障礙。要充分滿(mǎn)足天線(xiàn)調諧的需要，設計人員需要能支持量產(chǎn)的技術(shù)，最好是成熟的技術(shù)。

　　天線(xiàn)復雜性

　　天線(xiàn)是復雜器件，嵌入在手機中的天線(xiàn)也不例外。由于手機的RF收發(fā)器是針對50Ω阻抗設計的，因此其天線(xiàn)最好也能在整個(gè)頻段呈50Ω阻抗。但事實(shí)上，這很少能做到，因為根據電磁定律，手機天生具有天線(xiàn)帶寬窄、匹配不良和輻射效率低等特點(diǎn)。

　　因而，天線(xiàn)在整個(gè)波段通常是按非50Ω阻抗設計的，對多波段天線(xiàn)，VSWR的典型值為2:1或3:1。天線(xiàn)阻抗也受其它因素的影響，如手機握持方式(即“頭手效應”)。使用者的身體也吸收功率，進(jìn)一步限制了天線(xiàn)的輻射效率。手機天線(xiàn)通常在VSWR優(yōu)于3:1的狀態(tài)下工作，但如果使用者把手指放在天線(xiàn)發(fā)射器上，VSWR 可能提高到9:1。如果在信號鏈中所有器件都是按照在VSWR為1:1設計的，那么可能會(huì )出問(wèn)題。圖2顯示了“手效應”的影響，所謂手效應是指當手放在天線(xiàn)發(fā)射器附近時(shí)天線(xiàn)產(chǎn)生諧振點(diǎn)偏移(detuning)。這個(gè)效應改變了天線(xiàn)的諧振頻率，導致天線(xiàn)在預定工作頻率嚴重失配。

　　圖2：當用戶(hù)把手放在天線(xiàn)發(fā)射器附近時(shí)，天線(xiàn)的諧振頻率發(fā)生改變，導致在預定工作頻率失配。