攻克復(fù)雜性障礙：下一代SOI天線調(diào)諧

有時，技術(shù)似乎正在以音速發(fā)展和更新 - 事物變得越來越小，處理速度更快，并在瞬間改變了我們的世界。對于我們移動設(shè)備的天線來說，沒有什么不同。具有許多頻段的小型移動設(shè)備使天線更加復(fù)雜。對于工程師來說，這種復(fù)雜性是另一個需要克服的障礙。同時，技術(shù)開發(fā)工程師通過對每一代新產(chǎn)品進(jìn)行漸進(jìn)式技術(shù)改進(jìn)，繼續(xù)對每一代產(chǎn)品進(jìn)行漸進(jìn)式改進(jìn)，從而幫助滿足更嚴(yán)格的系統(tǒng)要求。這篇博文展示了絕緣體上硅（SOI）技術(shù)的改進(jìn)如何使我們的設(shè)備在復(fù)雜的RF世界中表現(xiàn)更好。

多年來，移動設(shè)備中的頻段增長了十倍。在過去二十年左右的時間里，我們的移動設(shè)備包括Wi-Fi，藍(lán)牙?，GPS，當(dāng)然還有蜂窩。值得注意的是，自引入5G以來，蜂窩和Wi-Fi頻段已經(jīng)開始包括更高頻率的區(qū)域 - 高于3 GHz，包括5-7 GHz。今天，我們看到超寬帶和毫米波的加入。最新的移動設(shè)備配備了支持所有這些頻段的天線，這使得設(shè)計工程師在優(yōu)化天線效率、功率和范圍時面臨挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，必須使用更新的SOI技術(shù)開發(fā)。

快速瀏覽蜂窩頻段

影響天線設(shè)計的一個領(lǐng)域是蜂窩頻譜的重新分配和獲取。新頻段已在整個蜂窩頻譜中可用，并有助于擴(kuò)大整體帶寬 - 具有增加容量和數(shù)據(jù)速度的額外好處。讓我們仔細(xì)看看這些蜂窩低、中和高頻段中的每一個：

低頻段 – 600 MHz 至 960 MHz

容量有限，覆蓋范圍大，室內(nèi)滲透率高

中頻 – 1.71 GHz 至 2.17 GHz

適用于容量增加的城市地區(qū)

高頻段 – 2.3 GHz 至 2.69 GHz

覆蓋范圍或范圍有限，具有非常高的潛力

深入了解中高頻段蜂窩天線

如圖1所示，這種天線結(jié)構(gòu)支持蜂窩的低、中和高頻段。使用下面的天線 PC 板布局，我們比較了兩代 SOI 技術(shù)（上一代和當(dāng)前一代）。在此應(yīng)用程序中，我們使用三個天線調(diào)諧器;U2、U3 和 U4 – 幫助調(diào)整低、中、高頻段的覆蓋范圍和范圍。圖1中還顯示了4極天線調(diào)諧器的示例框圖，類似于本應(yīng)用中使用的框圖。

圖 1：低、中、高頻段天線結(jié)構(gòu)。

此結(jié)構(gòu)使用三個支持以下頻段的天線調(diào)諧器。

U2 支持中頻段和高頻段調(diào)諧

U3 支持低頻段調(diào)諧

U4支持中低頻段

開關(guān)RON和COFF的回顧

孔徑調(diào)諧主要使用調(diào)諧器開關(guān)和可調(diào)諧電容器。這些開關(guān)的主要品質(zhì)因數(shù)是導(dǎo)通狀態(tài)電阻 （RON） 和關(guān)斷狀態(tài)電容 （COFF），如下所示。對于可調(diào)諧電容器，具有較寬的調(diào)諧電容范圍和良好的Q因數(shù)（品質(zhì)因數(shù)）至關(guān)重要。RON和COFF顯著影響天線效率。當(dāng)電壓較低時，RON的影響最大;當(dāng)電壓較高時，COFF的影響最大。具有低RON或低COFF的開關(guān)的戰(zhàn)略布局優(yōu)化了不同頻率的調(diào)諧。（另請參閱移動 5G 設(shè)備天線調(diào)諧揭秘博客文章。

在OFF狀態(tài)下，孔徑調(diào)諧器的COFF有助于天線上的容性負(fù)載，從而降低諧振頻率。調(diào)諧器的COFF越高，頻率偏離天線的自然共振就越遠(yuǎn)。

SOI技術(shù)比較數(shù)據(jù)

為了減少代際印刷電路板布局變化，新的SOI天線調(diào)諧器保持引腳對引腳兼容。這有助于降低系統(tǒng)設(shè)計人員的工程成本。

關(guān)于SOI技術(shù)的改進(jìn)，RON是衡量開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)電阻的指標(biāo)，在當(dāng)前一代中有所改善。COFF是開關(guān)關(guān)斷狀態(tài)電容的量度，也得到了改善。這兩種品質(zhì)因數(shù)都?xì)w因于我們在表 1 中看到的整體天線效率。此外，當(dāng)前一代改進(jìn)了每個低、中和高頻段的所有目標(biāo)規(guī)格。

低、中、高頻段測量比較數(shù)據(jù)

如表1所示，上一代調(diào)諧器難以滿足低頻段和高頻段的效率目標(biāo)。部分原因是SOI COFF有損寄生電容。使用當(dāng)前一代SOI可降低COFF電容。這減少了通過每個天線調(diào)諧器開關(guān)分支的信號泄漏。此外，當(dāng)前一代的 RON 略有降低。這種改進(jìn)可降低開關(guān)路徑導(dǎo)通時的開關(guān)電阻。RON和COFF的這些改進(jìn)有助于開關(guān)隔離，減少信號損失并提高效率。

SOI技術(shù)世代的天線經(jīng)過調(diào)整，以優(yōu)化性能。請注意，天線調(diào)諧產(chǎn)品之間的COFF增量會導(dǎo)致天線響應(yīng)的頻率偏移，在調(diào)諧每個頻段時應(yīng)考慮這一點(diǎn)。由于這種頻移，調(diào)整了匹配電感的值，使天線諧振與所需頻段對齊。

如下表1所示，我們看到了上一代與當(dāng)前一代的整體系統(tǒng)性能。當(dāng)前一代在低、中、高頻段區(qū)域都顯示出系統(tǒng)天線性能的顯著提高。這進(jìn)一步闡明了SOI技術(shù)品質(zhì)因數(shù)的增加。

上一代到當(dāng)前一代的效率是各個感興趣波段的平均值。

表1：SOI/產(chǎn)品代數(shù)的比較數(shù)據(jù)

新開發(fā)中的一個共同主題是，每一代更新都改進(jìn)了以前的設(shè)計。這與SOI技術(shù)沒有什么不同。每一代增強(qiáng)功能都傳遞到使用這種最新技術(shù)創(chuàng)造的產(chǎn)品上。SOI已經(jīng)存在了一段時間，并且已經(jīng)進(jìn)行了許多技術(shù)改進(jìn)。確保在設(shè)備設(shè)計中使用最新的尖端技術(shù)可能是擁有成功產(chǎn)品與否的區(qū)別。正如使用當(dāng)前一代SOI將為您提供所需的天線效率，以滿足最終產(chǎn)品范圍，數(shù)據(jù)速度和容量一樣。

審核編輯：郭婷