天线效率在智能手机的整体射频性能中发挥着重要作用。然而，智能手机行业的当前设计趋势和RF要求(尤其是即将过渡到5G)意味着智能手机必须在更小的空间内安装更多天线和/或增加现有天线的带宽。
简而言之，天线调谐比以往任何时候都更加重要。在这篇博客中，我们将介绍4G和5G移动设备中天线调谐的四个关键要素。
背景：为什么需要天线调谐？
由于移动电话所需的频带数量、功能和模式越来越多，现代移动电话的RF前端(RFFE)设计变得越来越复杂。需要更多的天线，并使用载波聚合(CA)、4x4 MIMO、Wi-Fi MIMO和新的宽带5G频段来提供更高的数据速率，因此智能手机中的天线数量从4-6个增加到8个或更多。同时，移动系统天线可用空间减少，导致天线效率下降。
一些损失的性能可以通过天线调谐来恢复。如果不进行调谐，天线可以在有限的频率范围内实现出色的性能，但增加天线调谐可以在更宽的频率范围内实现更优的性能。
阻抗调谐器和孔径调谐器等天线调谐系统可以支持LTE智能手机所需的更高带宽和载波聚合。它们使天线能够在整个LTE和5G频段(从600Mhz到5Ghz)高效工作，同时可以节省电池电量，实现纤薄的手机设计。
然而，天线调谐需要深入了解如何将该技术应用于每种应用。让我们看看这四个基本要素：
阻抗和孔径调谐
为您的调谐应用选择正确的元件。
开态电阻(RON)、关态电容(COFF)和消除不必要的谐振。
孔径调谐和CA
术语
CA:载波聚合
COFF:关态电容
GND:接地
MIMO:多输入/多输出
法披：平面倒F天线
Rffe:射频前端
导通电阻
RSE:辐射杂散发射
SP4T:单刀四掷
TIS:全向灵敏度
总辐射功率
#1:阻抗或孔径调谐，哪种方法最好？
T天线的辐射方向图和效率取决于天线的尺寸、形状、外壳、与金属的接触程度以及接地面的形状和尺寸。未调制天线的效率低于调谐天线的效率；相比之下，调谐天线的效率越高，就意味着辐射功率更高，范围更广。
智能手机可以使用两种方法进行天线调谐——阻抗调谐和孔径调谐——如下图所示。
孔径调谐从天线终端的空闲空间优化总天线效率，这可以跨多个频带优化天线效率。在发射和接收通信应用中，孔径调谐对天线效率有很大影响。根据不同的应用，总辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)可以提高3 dB或更多。
阻抗调谐最大化RF前端和天线之间的功率传输，并通过最小化天线和天线前端之间的失配损耗来增加TRP和TIS。阻抗调谐也有助于补偿环境影响，例如人的手在智能手机上的位置。
目前，为了克服天线面积和效率下降带来的问题，手机主要采用孔径调谐的方法。中高端智能手机使用孔径和阻抗调谐相结合的方法来支持不断扩展的频率范围，特别是针对5G应用。
#2:如何选择正确的调谐组件
在开关和辐射元件之间添加调谐组件(电容器或电感器)可以进一步调整谐振频率，以支持LTE和5G频带。下图显示了开关断开和接通时，以及电路中增加电感或电容时，天线的谐振频率。
选择最佳的孔径调谐开关、电容和电感非常重要。一些标准包括：
调谐器开关：
使用低导通电阻和COFF的开关，将系统损耗降至最低。
使用高线性调谐开关，以避免对辐射杂散发射(RSE)和TIS的影响。
开关必须是多模式的，以调整2G/3G/4G/5G的标准频率范围。
开关应该能够处理宽带天线应用的高RF电压。
调谐组件：
使用电容值大于0.5 pF的电容，以避免使用高容差元件。
避免使用电感值大于36 nH的电感器。
#3:罗恩COFF和消除不必要的共鸣
孔径调谐开关的两个关键特性将显著影响天线的效率：通态电阻(RON)和关态电容(COFF)。光圈开关是处于关闭状态(COFF)的电容开关和处于打开状态(RON)的电阻开关。如果电感连接到射频端口进行调谐，COFF和电感的组合会产生不必要的谐振。换句话说，当开关处于断开状态时，一定存在共振机制。为了抑制这种谐振，调谐器开关配备了一个内部开关，该开关可以并联接地。
下图显示了SP4T调谐器开关连接在天线和调谐组件之间，用于将天线调谐到不同的频段。天线通过RF3端口连接到调谐电容器，而其他三个端口断开。RON用于代替天线和RF3端口之间的导通状态电阻，COFF用于模拟天线和RF1、RF2和RF4端口之间的关断状态电容。这种接地路径功能有助于消除关闭开关端口产生的电容所引起的谐振。下图中，右下角的黑线表示有共振，橙线表示没有共振。
降低RON可以使电感调谐和电容调谐的天线效率提高几个dB，对手机整体射频性能影响很大。降低COFF同样重要。然而，根据天线调谐器的位置和电压分布，罗恩和COFF的影响是不同的。有关罗恩和COFF的更多信息，请参考我们的免费指南《如何实现孔径调谐：4G/5G智能手机的最佳实践》。
#4:孔径调谐和载波聚合
CA将两个或多个LTE载波(通常在不同的频段)组合在一起，以增加带宽和实现更高的数据速率。由于手机的天线数量有限，通常意味着单个天线必须同时在两个频段进行通信。
使用光圈调谐开关有助于满足智能手机对CA的要求：
孔径调谐用于支持频带39和频带41的CA组合(通常在中国使用)。
通过在每个频率的峰值电压点附近放置开关，可以高效地调谐每个频带，对另一个频带的影响最小。
调谐开关放在谐振频率的峰值电压点附近，这个频率的调谐效果最好。
审核编辑黄浩宇
