【導讀】移動手機天線設計人員麵臨著許多挑戰：不bu斷duan增zeng加jia頻pin段duan覆fu蓋gai範fan圍wei的de要yao求qiu，極ji具ju挑tiao戰zhan的de行xing業ye設she計ji限xian製zhi以yi及ji不bu斷duan縮suo小xiao的de天tian線xian安an裝zhuang空kong間jian。設she計ji人ren員yuan通tong過guo使shi用yong孔kong徑jing和he阻zu抗kang調tiao諧xie器qi可ke以yi解jie決jue這zhe些xie問wen題ti。然ran而er，並bing不bu是shi任ren何he孔kong徑jing或huo阻zu抗kang調tiao諧xie器qi都dou可ke以yi使shi用yong。當dang今jin的de許xu多duo應ying用yong都dou需xu要yao使shi用yong更geng穩wen定ding
、可靠的調諧產品，才能完全滿足設計需求。

阻抗匹配與 RF 電壓

設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)經(jing)常(chang)要(yao)克(ke)服(fu)的(de)一(yi)個(ge)挑(tiao)戰(zhan)就(jiu)是(shi)天(tian)線(xian)上(shang)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)源(yuan)。例(li)如(ru)，與(yu)天(tian)線(xian)匹(pi)配(pei)的(de)阻(zu)抗(kang)可(ke)能(neng)會(hui)在(zai)匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)中(zhong)生(sheng)成(cheng)較(jiao)高(gao)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)。當(dang)匹(pi)配(pei)電(dian)容(rong)或(huo)電(dian)感(gan)較(jiao)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)時(shi)
，匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)與(yu)天(tian)線(xian)之(zhi)間(jian)可(ke)能(neng)會(hui)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)。當(dang)使(shi)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)低(di)的(de)器(qi)件(jian)時(shi)，可(ke)能(neng)會(hui)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)。為(wei)消(xiao)除(chu)這(zhe)種(zhong)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)問(wen)題(ti)，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)較(jiao)高(gao)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)器(qi)件(jian)。為(wei)承(cheng)受(shou)更(geng)高(gao)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)
，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)器(qi)件(jian)。圖(tu) 1 展示了在較高 (GSM850/900) 功率水平下發射信號時
，射頻電壓有多高。 

Figure 1.

天線阻抗詳述

應用和天線設計等多方麵因素都會影響天線的電壓電平。其中包括以下三個因素：

1. 匹配器件的天線阻抗可能會導致較高的電壓

2. 應用中的輸入功率水平（即 2 級功率 (PC2) 或 GSM）

3. 實際匹配器件的阻抗

我們考慮這三個因素，仔細了解一下如何利用天線方向圖和天線調諧器來優化天線設計。

深入了解阻抗匹配

阻抗匹配器件會影響功率水平，並且需要使用額定電壓水平更高的器件來優化天線效率。

圖 2 為兩種天線設計
，即模式 A 和 B。接(jie)下(xia)來(lai)，我(wo)們(men)將(jiang)闡(chan)述(shu)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)模(mo)式(shi)與(yu)不(bu)同(tong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)組(zu)件(jian)會(hui)如(ru)何(he)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。我(wo)們(men)還(hai)將(jiang)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)利(li)用(yong)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)高(gao)的(de)器(qi)件(jian)來(lai)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)提(ti)高(gao)總(zong)輻(fu)射(she)效(xiao)率(lv)。

Figure 2.

首先，在圖 3 中我們可以看到，天線模式“A”和“B”在史密斯圓圖上如何通過低頻段 GSM 頻(pin)率(lv)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。如(ru)圖(tu)所(suo)示(shi)，天(tian)線(xian)阻(zu)抗(kang)位(wei)於(yu)史(shi)密(mi)斯(si)圓(yuan)圖(tu)的(de)電(dian)感(gan)區(qu)域(yu)
，因(yin)此(ci)串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)成(cheng)為(wei)最(zui)優(you)匹(pi)配(pei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。因(yin)此(ci)
，我(wo)們(men)的(de)天(tian)線(xian)匹(pi)配(pei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)。

Figure 3. 

在我們的示例中，我們將圖 4 左側所示的兩個類似器件作為天線阻抗匹配組件進行了測量和比較。一個是 55VRF (DEVICE55)
，另一個是 65VRF (DEVICE65)。每個器件都由具有 32 種不同電容狀態的可編程電容和獨立的可切換開關組成。

Figure 4. 

通過選擇每個器件的狀態，使天線模式 A 在低頻段頻率範圍內實現最大輻射效率。此外，所選的器件狀態還應符合每個器件的額定射頻電壓要求：DEVICE55 為 55VRF，DEVICE65 為 65VRF，如下圖所示。器件在 GSM850/900 和 LTE B12（頻段 12）下進行了測試。測量圖（下圖 5）為連接這兩個器件的天線效率與頻率圖。

Figure 5. 

上述輸出測量采用了 DEVICE 55 和 DEVICE 65 的天線模式“A”。如圖所示，如果使用電壓較低的 55 V 器件，在 GSM850 和 GSM900 Tx 頻率下，效率會受到明顯影響。為了在 GSM850
、GSM900 以及 B12 下實現更高的效率，同時保持電壓電平，應選擇 DEVICE65 的電壓，因為其效率會超過 DEVICE55。

為提高 DEVICE55 響應性能，我們嚐試使用模式“B”天線設計。下述輸出測量圖顯示了使用 DEVICE65 的模式“A”。對於 DEVICE55，我們使用了模式“B”。盡管在 GSM 頻率下使用模式“B”天線設計可以改進 DEVICE55 方案的效果，但仍不足以達到 DEVICE65 組件的要求。如圖 6 中所示，DEVICE65 的效率再一次超過了 DEVICE55。因為 DEVICE65 能夠滿足較高的射頻電壓輸入阻抗要求。

Figure 6. 

此外
，使用模式“B”和 DEVICE55 所實現的效率沒有使用模式“A”和 DEVICE65 的那麼高
，頻段也沒有那麼寬

，尤其是在 B12 頻率範圍內。盡管使用模式“B”時，DEVICE55 會有所改進
，但效率沒有使用模式“A”和 DEVICE65 那麼高。

總(zong)之(zhi)
，天(tian)線(xian)上(shang)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)的(de)確(que)會(hui)對(dui)效(xiao)率(lv)和(he)性(xing)能(neng)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。我(wo)們(men)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)證(zheng)實(shi)
，在(zai)高(gao)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)應(ying)用(yong)中(zhong)，額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)高(gao)的(de)器(qi)件(jian)可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)性(xing)能(neng)。在(zai)我(wo)們(men)的(de)示(shi)例(li)中(zhong)，我(wo)們(men)采(cai)用(yong) Qorvo 的兩款可配置調諧器
，每款調諧器都包含一個開關和一個可編程電容陣列 (PAC) 
，一個器件的額定電壓為 55V，另一個為 65V。額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)更(geng)高(gao)的(de)組(zu)件(jian)可(ke)為(wei)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)裕(yu)量(liang)。從(cong)而(er)使(shi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)在(zai)不(bu)修(xiu)改(gai)設(she)計(ji)布(bu)局(ju)結(jie)構(gou)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，更(geng)有(you)效(xiao)地(di)將(jiang)電(dian)路(lu)與(yu)多(duo)個(ge)天(tian)線(xian)模(mo)式(shi)和(he)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)情(qing)境(jing)進(jin)行(xing)匹(pi)配(pei)。

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