優化移動天線調諧的簡易方法

創建具有多部天線的移動設備涉及到一個極具挑戰性的平衡過程。如果考慮到移動設備設計人員面對的所有因素，那么所需要考量的層面則過于繁雜。首先，移動設備帶有分別用于蜂窩網絡（低、中、高頻段）、Wi-Fi、藍牙?、超寬帶等多個頻段的天線；除 RF 的單一范圍外，他們還必須應對更豐富功能和更小、更時尚設計間的權衡。

創建具有多部天線的移動設備涉及到一個極具挑戰性的平衡過程。如果考慮到移動設備設計人員面對的所有因素，那么所需要考量的層面則過于繁雜。首先，移動設備帶有分別用于蜂窩網絡（低、中、高頻段）、Wi-Fi、藍牙?、超寬帶等多個頻段的天線；除 RF 的單一范圍外，他們還必須應對更豐富功能和更小、更時尚設計間的權衡。

圖 1：中、高 Wi-Fi 頻段 Qorvo 天線調諧器

使用 Qorvo 天線調諧器有助于優化這些頻段中每個頻段的天線性能；然而，增加調諧器確實要以犧牲天線效率為代價。因此，在設計中必須注意保證足夠的天線效率及性能；這樣做需要優化 PC 板的布局。Qorvo 提供了豐富的天線調諧組件選擇，為廣泛的應用帶來最佳性能。策略性地安排 Qorvo 天線調諧器的位置，是為了充分利用其出色的 RF 性能特性來調諧中高頻段頻譜，并獲得高效率。

如圖 2 所示，兩塊帶有天線和天線調諧元件的 PC 板總共占用 195mm2 的面積。我們的目標是將該面積減少 35%，同時滿足峰值 RF 性能。下面，我們將解讀如何利用效率與性能間的權衡來實現這一目標。

圖 2：基線中高頻段與 Wi-Fi 天線 vs 占板面積縮減目標

中高頻段（MHB）天線本身便是一項艱巨的設計挑戰，而添加 Wi-Fi 2.4GHz 和 5GHz 天線使設計變得更加困難，此外還縮減了外形尺寸。因此，其歸根結底是要采用最佳的元件才能優化天線的 PC 板占板面積。

在圖 3 中，我們可以看到 MHB 和 Wi-Fi 天線的 PC 板布局設計。這一經優化的布局設計讓尺寸減少 35%，并實現同類最佳的 RF 信號范圍。下面，讓我們來分析一下移動設備設計師將如何同時獲得 35% 的尺寸縮減和卓越的智能手機 RF 范圍。

圖 3：中高頻段和 Wi-Fi 移動天線解決方案

如表 1 所示，每個調諧狀態覆蓋四個不同的蜂窩頻段。我們設計的天線具備 3 個 RF 分支；其針對每個調諧狀態覆蓋四個蜂窩頻段（MHB），以及 2.4GHz 和 5GHz 的 Wi-Fi 頻段。

需要注意的是，圖 3 所示的設計同時考慮了 MHB 和 Wi-Fi 頻段。其中 1、3、40 和 7 頻段以及 Wi-Fi 頻段均同時工作；各部天線在每個蜂窩和 Wi-Fi 切換狀態下也均能達到峰值性能，如下表所示。

表 1：MH 頻段和 Wi-Fi 經調諧后同時運行

下面讓我們仔細看下 MHB 和 2.4GHz 部分。如圖 4 所示，Qorvo 天線調諧器用于 MH 和 2.4GHz Wi-Fi 調諧。調諧器與電路板的組合布局優化了蜂窩及 Wi-Fi 2.4GHz 頻段。

圖 4：MHB 和 2.4GHz 天線調諧器及設計

U1 連接至這一區域，以補償由 U2 調諧器引起的任何變化，從而保持 Wi-Fi 2.4GHz 頻段的諧振。事實上，天線的這兩個部分相互依存，二者共同工作以產生一個可調諧的諧振和兩個恒定諧振，同時保持兩個頻段的效率處于峰值狀態。

該天線結構的第三部分通過金屬導線連接操作——如圖中藍色虛線框所示。這是一個覆蓋 Wi-Fi 5GHz 頻段的單極天線（圖 5）。此 PC 板布局覆蓋了 Wi-Fi 5GHz 頻段的大帶寬（5150 至 5850MHz）。

圖 5：5GHz Wi-Fi 單極天線結構

為減少智能手機中天線區域的面積，我們使用了 Qorvo 天線復用器芯片組，以縮減成本及尺寸；見圖 6。天線復用器結合了每個天線饋送源的三個不同 RF 信號。這種方法還減少了智能手機的 RF 輻射面積，從而減輕了干擾；此外，它還將三個獨立的輻射器整合至一片很小的 PC 板區域。

圖 6：帶天線復用器的 MH、Wi-Fi 2.4GHz 和 5GHz 天線

使用天線復用器的主要優勢包括：

• 減少 PCB 尺寸

• 在所有所需頻段均實現很高的輻射效率

那么，尺寸的減少和性能的增強是否會提高峰值性能？答案是肯定的；請參見圖 7 —— Qorvo 天線調諧器和天線復用器帶來的尺寸縮減使效率得以提升。

圖 7：MHB 和 Wi-Fi 的效率測量結果

對擁有更多功能且更小、更時尚產品的需求，使得智能手機及其它移動設備的設計變得日趨復雜。工程師們時常糾結于如何在優化性能的同時達成這些指標；此外，他們還需要加速推進設計進程以滿足公司的上市時間要求。對此，Qorvo 將助您一臂之力。我們提供技術支持，以及全新或改進的下一代產品。借助天線調諧器和天線復用器，加上我們的 PC 板設計指導，Qorvo 可以幫助您構建滿足客戶需求的設計。

關于作者：Mojtaba Zamanifekri，高級天線設計工程師

Mojtaba 是移動通信系統的天線解決方案及 RF 系統的設計與建模專家。憑借在電磁學和 RF 系統領域的綜合知識，他幫助 Qorvo 應用團隊創建最先進的天線解決方案，以滿足旗艦智能手機當前和未來的需求。

（來源： Qorvo半導體微信公眾號，作者：Mojtaba Zamanifekri，高級天線設計工程師）