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內容摘要：
手機設計過程中的天線調諧技術
解決方案：
高性能，低損耗天線調諧方案
如今的移動電話不僅要支持蜂窩頻率，還要支持那些用于移動電視、藍牙、WLAN和定位服務的非蜂窩特性。由于每次手機換代都縮小了天線的可用空間，天線被包在相機和鍵盤電路周圍并重新安排路徑，導致天線效率降低。一部分性能損失可以通過天線調諧得到恢復，即使用動態阻抗調諧技術根據工作頻率和環境條件優化天線的性能。然而，所面臨的挑戰是，任何成功的天線調諧方案均須滿足損耗低、線性度高、能夠處理很高強度的
天線調諧架構
當無源天線不再滿足帶寬要求提高、手機設計更復雜、天線可用空間更小等性能要求時，通常使用開環天線調諧系統。在開環系統中，可調諧元件根據靜態信息 (如發射/接收頻率、調制方案或使用情況)在設定的頻段和工作模式下微調天線的性能(見圖1)。但由于開環系統不對天線的運行狀況進行實時測量，因此無法具體考慮環境條件。
在移動設備中，環境條件非常重要，它們在用戶行走、開車或移動手指時發生變化。天線設計者可使用自適應閉環天線調諧技術來應對這些條件變化。在閉環調諧方案中，失配
失配傳感器把VSWR(反射回天線的功率幅度)與發射功率進行比較并調節阻抗調諧電路。調諧算法使可調元件在各種使用情況下持續跟蹤環境條件，并把阻抗調到最優值(見圖1)。
圖1：開環(左)和閉環(右)天線調諧方案
調諧挑戰
理論是有用的，但在蜂窩電話中實現自適應天線調諧的最大障礙是缺乏電氣參數可調、損耗低且調整比足夠寬的高性能無功元件。在“高性能”方面，最具挑戰性的元件要求是功率處理能力和線性度。例如，GSM天線通常必須能夠處理最高+33dBm的發射功率，但在失配條件下，調諧元件實際上需要處理電壓高達 30Vpk或功率高達+40dBm的RF信號。
為尋找更好的調諧材料，人們在過去幾年里進行了大量的研究。例如，為實現可調的天線和濾波器，一些研究者已經使用了微機電系統(MEMS)和鐵電材料技術(如鈦酸鍶鋇，BST)。這些技術盡管有發展前景，但目前仍面臨著巨大的技術和制造障礙。要充分滿足天線調諧的需要，設計人員需要能支持量產的技術，最好是成熟的技術。
天線復雜性
天線是復雜器件，嵌入在手機中的天線也不例外。由于手機的RF收發器是針對50Ω阻抗設計的，因此其天線最好也能在整個頻段呈50Ω阻抗。但事實上，這很少能做到，因為根據電磁定律，手機天生具有天線帶寬窄、匹配不良和輻射效率低等特點。
因而，天線在整個波段通常是按非50Ω阻抗設計的，對多波段天線，VSWR的典型值為2:1或3:1。天線阻抗也受其它因素的影響，如手機握持方式(即“頭手效應”)。使用者的身體也吸收功率，進一步限制了天線的輻射效率。手機天線通常在VSWR優于3:1的狀態下工作，但如果使用者把手指放在天線發射器上，VSWR 可能提高到9:1。如果在信號鏈中所有器件都是按照在VSWR為1:1設計的，那么可能會出問題。圖2顯示了“手效應”的影響，所謂手效應是指當手放在天線發射器附近時天線產生諧振點偏移(detuning)。這個效應改變了天線的諧振頻率，導致天線在預定工作頻率嚴重失配。
圖2：當用戶把手放在天線發射器附近時，天線的諧振頻率發生改變，導致在預定工作頻率失配。
當天線端口處在失配狀態時，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，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
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，在通帶中也會出現紋波。本例中，VSWR為5:1的阻抗失配使插入損耗大幅度增加。
作者：半導體公司 Tero Ranta, Rodd Novak
