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Master The Core Technology Control The Use Of Light

Industry News

Do higher data rates mean more antennas?

Date:2019-04-16 Source:Samsun Technology
        为使智能手机在不断增加的 RF 频段范围内高效工作并支持向 5G 过渡,天线孔径调谐至关重要。智能手机需要更多天线来支持不断增加的 RF 要求(例如新的 5G 频段、MIMO 和载波聚合),但是由于智能手机工业设计的变化,提供给这些天线的可用空间却很小。因此,天线变得越来越小,这可能会降低天线的效率和带宽。
        利用孔径调谐技术可以解决这一问题,通过对天线进行调谐,就能够在多个频段高效运行,并使 Tx 和 Rx 的性能提高 3 dB。孔径调谐通过可调谐电容或调谐器开关配合调谐组件来实现;低 RON 和低 COFF 的开关是获得最大效率的关键所在。孔径调谐技术还支持天线同时在多个频段通信以支持载波聚合。实现孔径调谐需要深入了解如何针对每个应用运用该技术。
        天线效率在智能手机的整体 RF 性能中发挥着至关重要的作用。然而,当前的 RF 需求(尤其是即将过渡至 5G)以及智能手机工业设计的广泛趋势,意味着智能手机必须要将更多的天线安装到更小的空间内。
        因此,天线尺寸不断缩小,这会降低天线效率。如果不解决这个问题,效率降低会影响发送 (Tx) 和接收 (Rx) 性能,从而导致电池续航时间缩短、数据速率降低以及出现连接问题。
        更高的数据速率意味着更多的天线
        向 5G 过渡意味着不断提高数据速率,这将使每部手机中的天线数量大幅增加。
        实现更高数据速率的两项主要技术为载波聚合 (CA) 和多输入多输出 (MIMO),它们都需要多个天线同时运行。5G 将进一步推动这一趋势,因为 5G 要求支持四个独立的下行信道同时接收大多数频段的信号。它还要求手机带有至少四个可用于移动通信的天线。
        与此同时,手机天线需要支持更宽的频段范围,这在很大程度上是由于引入了新的 5G 频段。5G 手机可能需要支持低至 600 MHz 到高达 6 GHz 的频率范围。
        为了支持这些要求以及 Wi-Fi、GPS 与蓝牙,天线的典型数量将从如今 LTE 手机中的 4-6 个增加到 5G 智能手机中的 6-10 个(图 1)。将所有这些天线安装到有限的可用空间变得愈发困难。
        更多更小的天线面积=更严峻挑战
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图 1. 随着向 5G 过渡,为了支持新的频段以及 MIMO 和 CA 的要求,天线数量不断增
 
        1、天线面积减少
        随着制造商改变工业设计和不断增加新功能,天线的可用空间不断缩小,这个问题愈发严重。其中一项重大变化是改用全屏手机,显示屏几乎占据了手机的整个正面;因此,在屏幕之外可供天线使用的空间更少。制造商还增加了更多的摄像头,使手机内的可用空间进一步缩小。
        要将更多的天线安装到更小的空间内意味着天线变得越来越小,天线尺寸缩小将导致天线效率降低。图 2 显示采用全屏设计时,天线效率如何随着手机顶部的辐射元件与地(位于屏幕边缘)之间的距离缩小而降低。
        天线数量更多且尺寸更小,还意味着手机对其环境变化(例如手握电话的位置)引起的瞬态效应更敏感。这些瞬态效应可能包括效率降低和频率响应漂移。
        2、理想天线的仿真性能
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图 2. 全屏智能手机设计使天线的可用面积缩小、效率降低。
        3、天线性能权衡三角形
        图 3 的天线“权衡三角形”显示了天线尺寸缩小对效率和带宽的影响。如果天线尺寸保持不变,则可以通过牺牲效率以换取更宽的带宽。
        在天线尺寸较大的上一代手机中,这种权衡方案可能还是可以接受的,因为天线仍然既能满足性能要求,同时还支持更宽的频段范围。但随着天线尺寸缩小,这种权衡方案就行不通了;在新的全屏设计中,天线只能在较窄的频率范围内达到所需的效率水平。
        因此,为了满足目前手机设计需支持的宽频率范围,必须进行天线调谐,以便在每个频率均实现高效工作。
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图 3. 天线性能权衡三角形
 


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