智能手機設計小Tips（3）：巧妙解決4G天線設計難題

　　為了實現(xiàn)全球通用，智能手機或 平板電腦必須能在各種頻段和協(xié)議下工作。當然，并不要求同時在所有頻段和協(xié)議下工作，因此可以開發(fā)一種能調(diào)整到目標工作頻段的天線系統(tǒng)。這種狀態(tài)調(diào)諧式天 線可被稱為“智能天線”或“自適應天線”。其基本原理是，將瞬時工作頻率限制為一個或兩個感興趣的窄帶頻段，以滿足特定地區(qū)的協(xié)議要求。這樣，對寬帶工作 的要求就降低了，允許天線被裝進更為緊湊的空間，同時又不犧牲輻射效率。

　　有兩種基本方法進行天線調(diào)諧：饋點匹配和孔徑調(diào)諧。不過，有許多因素會影響到這些方法的實現(xiàn)決策，目前還沒有一個單獨的解決方案能適合每種應用。

　　饋點匹配饋點匹配可用于許多天線實現(xiàn)中，無論是可調(diào)諧還是不可調(diào)諧。匹配電路的主要功能是，在寬范圍的工作條件下，實現(xiàn)天線終端阻抗與無線電系統(tǒng)其余部 分阻抗（通常是50Ω）的匹配。典型的可調(diào)諧匹配實現(xiàn)，使用并聯(lián)或串聯(lián)可變電容作為阻抗匹配電路的一部分。調(diào)整電容容量可以改變目標電路的諧振頻率。

　　根據(jù)所需的天線尺寸來壓縮和調(diào)諧范圍，一般需要較大范圍的容量變化以實現(xiàn)頻率遷移，因此通常要求多個調(diào)諧元件和/或?qū)挿秶恼{(diào)諧值。圖1給出使用可變元件的天線饋點匹配電路。

　　圖1：采用可變阻抗匹配電路的固定式寬帶天線

　　孔徑調(diào)諧孔徑調(diào)諧是通過改變輻射元件的諧振結(jié)構實現(xiàn)的。典型的實現(xiàn)方式是采用一個簡單的開關來選擇天線結(jié)構上的不同負載元件。開關負載元件會影響天線的電氣長度，從而改變諧振頻率。圖2是采用固定阻抗匹配電路的可變狀態(tài)、孔徑調(diào)諧天線的交流電路模型。

　　圖2：采用固定饋點匹配電路的可變狀態(tài)天線

　　不論是采用饋點匹配還是孔徑調(diào)諧方法，如果天線同時用于發(fā)射和接收，那么調(diào)諧器件就必須能夠承受最大發(fā)射功率，而且要能保持良好的性能特征。

　　案例說明

　　下面這個例子很好地說明了調(diào)諧方法在天線體積減小方面帶來的好處。這里用3D電磁建模程序分析兩種不同的天線配置：一種是寬帶設計；另一種是可以在相同頻率范圍內(nèi)調(diào)諧，但使用了4個調(diào)諧狀態(tài)的窄帶設計。

　　圖3a顯示了一個50x6x14mm的7頻段天線配置，以及從700MHz至960MHz的較低三波段頻譜范圍內(nèi)的相關輻射效率。圖3b顯示了相似的但 體積更小（50x6x7mm）的天線配置。從圖中可以看出，使用4個狀態(tài)的調(diào)諧電路，可以產(chǎn)生幾乎與較大的寬帶天線相同的效率，以及整體頻率覆蓋率。

　　圖3：在700MHz至960MHz范圍內(nèi)

　　a）多頻段天線

　　b）調(diào)諧天線的體積和輻射效率的比較（天線尺寸單位：mm）。