動態(tài)阻抗調諧技術提高手機天線性能

　　當天線端口處在失配狀態(tài)時，RF性能迅速下降。特別需要指出的是，如果天線處在VSWR=3:1(多波段天線的常用設計指標)的狀態(tài)，大約 1.25dB的功率由于反射而立即損失;如果VSWR達到5:1，失配損耗將提高到2.55dB。這樣的失配也將使功率放大器(PA)輸出功率下降，進一步減少了輻射功率。如果手機的窄帶雙工或接收濾波器沒有端接到其特征阻抗，在其通帶中還會出現(xiàn)紋波，并額外帶來高達2dB的損失。在圖3中，綠線代表典型的WCDMA雙工發(fā)射濾波器在阻抗為50Ω時的性能。紅線是標準指標，藍線顯示當天線在所有相位VSWR均為5：1時的濾波器響應;注意在最壞情況下插入損耗達5dB。

　　圖3：當手機的窄帶雙工或接收濾波器沒有端接到其特征阻抗時，在通帶中也會出現(xiàn)紋波。本例中，VSWR為5:1的阻抗失配使插入損耗大幅度增加。

　　頭和手的影響、天線中的失配損耗、RF濾波器通帶中的紋波，以及PA輸出功率下降共同對手機天線發(fā)射出去的功率量造成嚴重影響。諧振點偏移的后果是電池壽命縮短、鏈接范圍縮小和呼叫質量降低，并導致掉線數(shù)量增多。為解決這個問題，許多服務提供商都已建立了TRP(總輻射功率)和TIS(全向靈敏度)規(guī)范。要滿足這些規(guī)范，在測試手機時須模擬實際使用情況(針對頭和手)，而不是簡單地在50Ω環(huán)境下完成傳導性測量或在自由空間中對電話進行測試。

　　自適應天線調諧有望成為滿足這些新型TRP和TIS規(guī)范的好方法，天線調諧器可以不受環(huán)境的影響而使天線呈50Ω特性，并使系統(tǒng)的其它部分在最優(yōu)條件下工作。盡管天線調諧器帶來一些額外的插入損耗，但同未加入天線調諧器的情況相比，自適應天線調諧將極大地降低從調諧器輸入端到天線輸入端的總插入損耗 (見圖4)，進而改善性能。

　　圖4：對自適應閉環(huán)系統(tǒng)的仿真顯示，與未使用天線調諧器的系統(tǒng)(紅線)相比，加入天線調諧器(藍線)可降低插入損耗。

　　多波段收發(fā)系統(tǒng)的天線要求自適應天線調諧電路能夠在一直到波段邊沿的整個波段內保證性能，能主動跟蹤諧振點偏移并迅速把天線的諧振點調回來。這個調諧電路必須具有極高的線性度以避免產(chǎn)生諧波或互調失真，同時，還應該體積小并耐用，調諧比至少為3:1，整個電路的功耗應低于1mA。為了有效地改善性能，電路的插入損耗一定要小，因此品質因數(shù)(Q)至少應達到50。

　　新型數(shù)字可調電容器

　　Peregrine半導體公司的設計人員已基于該公司的UltraCMOS工藝和HaRP創(chuàng)新設計開發(fā)出DuNE技術，并已申報專利。DuNE數(shù)字可調電容器(DTC)芯片是為滿足天線調諧要求而設計的，它內含一些高Q值電容和一個串行接口，并具有偏置電壓低和線性度高的優(yōu)點。該器件采用倒裝芯片封裝，面向GSM/WCDMA手機的DuNE DTC的尺寸為1.36×0.81mm (見圖5)。

　　圖5：面向GSM/WCDMA應用的DuNE DTC器件倒裝芯片外觀圖。