Qorvo：2020运用阻抗调谐以最大限度地提高5G手机的天线性能白皮书（18页）.pdf

1、January 2020|Subject to change without 摘要 随着 5G 的到来，手机中的 RF 设计也日益愈加复杂，使得手机制造商更难满足严格的性能要求。由于手机包括更多天线，支持更多频段，在所有使用条件和频率下保持天线性能变得越来越具有挑战性。阻抗调谐器可在不同的条件下，在多个频段之间，最大限度地提高 RF 功率传输，能够帮助解决此问题。因此，阻抗调谐器越来越多地用于优化性能，降低设计成本并满足 5G 要求。本白皮书介绍如何使用阻抗调谐器，并讨论不同阻抗调谐器设计的相对优势。此外还通过多个示例，演示在典型的实际应用场景中如何使用阻抗调谐来显著改善性能。引言过去几年，手

2、机中的 RF 复杂性一直呈指数级增长，而 5G 进一步加剧了移动设备设计的复杂性。这些使得满足性能要求变得更困难，特别是移动设备中分配给 RF 技术的空间有限的情况下。最大限度地提高天线性能是关键挑战之一。手机制造商正在添加更多天线来处理不断扩增的频段和无线标准。随着更多天线置入手机，其性能更易受外部条件的影响，如手机接近不同材料以及用户握持手机的方式等。在这些条件下，天线阻抗可能发生变化，导致天线与 RF 前端(RFFE)之间的阻抗失配。当天线在不同频段通信时，天线阻抗也会发生变化。阻抗失配减少了 RFFE 和天线之间的 RF 功率传输，需增加传输功率来补偿损耗，因此会影响手机的整体 RF

3、性能并缩短电池使用寿命。阻抗调谐器通过在不同使用条件下和广泛频率范围内，将天线的阻抗与 RFFE 的阻抗相匹配来解决此问题。这能够最大限度地增加 RFFE 和天线之间传输的 RF 功率，从而帮助智能手机制造商满足不同应用和广泛频率范围的性能要求。白皮书运用阻抗调谐以最大限度地提高5G 手机的天线性能118January 2020|Subject to change without 问题：RFFE 和天线之间的阻抗失配FFE 阻抗通常是恒定的 50，但天线阻抗会根据频段和使用条件而变化。当存在阻抗失配时，在 RFFE 和天线之间传输的 RF 功率会减少。例如，当手机传输信号时，并非来自信号源(R

4、FFE)的所有可用功率都能传输到负载（天线），这可能会导致高达几 dB 的信号损耗。损耗量取决于 RFFE 和天线阻抗之间的失配大小。图 1 显示系统在不同 VSWR（电压常驻波形无线电）情况下的损耗。图 1：VSWR 和阻抗损耗比较。天线阻抗会发生两种变化：静态和动态。天线阻抗随频率的静态变化变化的大小将取决于天线设计。当天线在不同频段通信时，阻抗会发生变化，同一频段内不同区域的阻抗也可能不同。图 2 显示在 1900 MHz 频率下匹配的天线；阻抗在其他频率下发生变化，由于阻抗失配而导致损耗。图 2：阻抗随频率变化而变化。2 18January 2020|Subject to change

5、 without 天线阻抗在不同使用条件下的动态变化天线阻抗也可能动态变化，具体取决于握持手机的方式以及手机是否靠近其他物体。手机上的天线通常主要位于手机的底部和顶部。在具有金属外壳的手机中，天线的主要部分位于手机的外部，以最大限度地提高性能。在一般使用条件下，比如当手机放在桌子上、垂直拿着或用于传统音频对话时，这些天线不会受阻，因此能够最大限度实现其性能。但是，在某些情况下，接近不同的材料也可能导致天线阻抗变化，从而降低天线效率，增加手机中的损耗。在严重的情况下，比如手机横握，双手都挡住天线时，天线阻抗会发生很大的变化。图 3：手机位置改变天线阻抗。318January 2020|Subje

6、ct to change without 解决阻抗失配问题阻抗失配问题的解决方案是在 RFFE 和天线之间插入阻抗匹配网络，以最大化天线和 RFFE 之间的功率传输。根据最大功率传输定理，当负载阻抗是源阻抗的复共轭时，源阻抗向负载提供最大功率（换句话说，当负载电阻等于供电网络的 Thevenin/Norton 电阻时，将向负载传递最大功率）。因此，要实现从 RFFE 到天线的最大功率传输，具有 50 源阻抗的 RFFE 的天线阻抗必须为 50。然而，尽管 RFFE 阻抗在所有频段通常都恒定在 50，天线阻抗仍随频率和使用条件而变化。要使这两个阻抗一致，RFFE 和天线之间需要使用阻抗匹配网络。