孔径调谐：5G智能手机中一项必不可少的技术.pdf

在5G智能手机的发展中，孔径调谐技术已经成为不可或缺的一部分，因为它能确保设备在日益拥挤的射频（RF）频段内高效运行，并顺利过渡到5G网络。随着5G时代的来临，智能手机需要处理更多的RF需求，比如新的5G频段、多输入多输出（MIMO）技术和载波聚合（CA）。然而，现代智能手机的设计趋势，如全面屏和内部空间的紧凑化，使得天线的物理空间受到限制，天线尺寸不得不减小，这不可避免地导致效率和带宽的下降。 孔径调谐技术正是应对这一挑战的关键解决方案。它通过调整天线的孔径大小，可以在多个频段上优化天线的性能，从而提升发射（Tx）和接收（Rx）性能至少3dB。这项技术依赖于低电阻-on（RON）和低导通压降（COFF）的开关元件，它们与调谐组件结合，能够在不牺牲效率的情况下实现宽频段覆盖。 5G手机需要更多的天线以支持更高的数据速率。CA和MIMO技术都需要多个天线同时工作，5G标准甚至要求在大部分频段上支持四个独立的下行链路信道，这意味着至少需要四个天线。考虑到还需要支持Wi-Fi、GPS和蓝牙等其他无线技术，5G手机的天线数量可能从4G手机的4到6个增加到6到10个。随着可用空间的减少，天线尺寸的缩小，天线效率的降低将直接影响到数据传输速度、电池寿命和网络连接的稳定性。 全屏手机设计进一步压缩了天线布局的空间，屏幕边缘的接地部分与天线辐射组件之间的距离缩小会导致天线效率降低（见图2）。天线性能的"折衷三角"（图3）揭示了尺寸、效率和带宽之间的关系。当天线尺寸减小时，为了保持足够的带宽，必须牺牲效率，反之亦然。在新一代的紧凑型设计中，这种折衷不再可行，因此需要通过孔径调谐技术来动态调整天线的性能，使其在各种频率下都能保持高效工作。 孔径调谐通常通过开关实现，开关在不同的状态（开路或短路）下改变天线的电容和电感，以适应不同频率（见图4）。这样的调谐机制允许天线在多个频段上同时通信，以支持CA，增强了智能手机在不同环境条件下的适应性。 孔径调谐技术对于5G智能手机至关重要，它解决了因设计趋势和频谱需求增加所带来的天线效率问题，确保了5G手机能够实现高速率、稳定的网络连接，同时优化了电池寿命。随着5G网络的普及，孔径调谐技术将在未来智能手机的设计中扮演更为关键的角色。