攻克复杂性障碍：下一代SOI天线调谐

有时，技术似乎正在以音速发展和更新 - 事物变得越来越小，处理速度更快，并在瞬间改变了我们的世界。对于我们移动设备的天线来说，没有什么不同。具有许多频段的小型移动设备使天线更加复杂。对于工程师来说，这种复杂性是另一个需要克服的障碍。同时，技术开发工程师通过对每一代新产品进行渐进式技术改进，继续对每一代产品进行渐进式改进，从而帮助满足更严格的系统要求。这篇博文展示了绝缘体上硅（SOI）技术的改进如何使我们的设备在复杂的RF世界中表现更好。

多年来，移动设备中的频段增长了十倍。在过去二十年左右的时间里，我们的移动设备包括Wi-Fi，蓝牙®，GPS，当然还有蜂窝。值得注意的是，自引入5G以来，蜂窝和Wi-Fi频段已经开始包括更高频率的区域 - 高于3 GHz，包括5-7 GHz。今天，我们看到超宽带和毫米波的加入。最新的移动设备配备了支持所有这些频段的天线，这使得设计工程师在优化天线效率、功率和范围时面临挑战。为了应对这些设计挑战，必须使用更新的SOI技术开发。

快速浏览蜂窝频段

影响天线设计的一个领域是蜂窝频谱的重新分配和获取。新频段已在整个蜂窝频谱中可用，并有助于扩大整体带宽 - 具有增加容量和数据速度的额外好处。让我们仔细看看这些蜂窝低、中和高频段中的每一个：

低频段 – 600 MHz 至 960 MHz

容量有限，覆盖范围大，室内渗透率高

中频 – 1.71 GHz 至 2.17 GHz

适用于容量增加的城市地区

高频段 – 2.3 GHz 至 2.69 GHz

覆盖范围或范围有限，具有非常高的潜力

深入了解中高频段蜂窝天线

如图1所示，这种天线结构支持蜂窝的低、中和高频段。使用下面的天线 PC 板布局，我们比较了两代 SOI 技术（上一代和当前一代）。在此应用程序中，我们使用三个天线调谐器;U2、U3 和 U4 – 帮助调整低、中、高频段的覆盖范围和范围。图1中还显示了4极天线调谐器的示例框图，类似于本应用中使用的框图。

图 1：低、中、高频段天线结构。

此结构使用三个支持以下频段的天线调谐器。

U2 支持中频段和高频段调谐

U3 支持低频段调谐

U4支持中低频段

开关RON和COFF的回顾

孔径调谐主要使用调谐器开关和可调谐电容器。这些开关的主要品质因数是导通状态电阻 （RON） 和关断状态电容 （COFF），如下所示。对于可调谐电容器，具有较宽的调谐电容范围和良好的Q因数（品质因数）至关重要。RON和COFF显著影响天线效率。当电压较低时，RON的影响最大;当电压较高时，COFF的影响最大。具有低RON或低COFF的开关的战略布局优化了不同频率的调谐。（另请参阅移动 5G 设备天线调谐揭秘博客文章。

在OFF状态下，孔径调谐器的COFF有助于天线上的容性负载，从而降低谐振频率。调谐器的COFF越高，频率偏离天线的自然共振就越远。

SOI技术比较数据

为了减少代际印刷电路板布局变化，新的SOI天线调谐器保持引脚对引脚兼容。这有助于降低系统设计人员的工程成本。

关于SOI技术的改进，RON是衡量开关导通状态电阻的指标，在当前一代中有所改善。COFF是开关关断状态电容的量度，也得到了改善。这两种品质因数都归因于我们在表 1 中看到的整体天线效率。此外，当前一代改进了每个低、中和高频段的所有目标规格。

低、中、高频段测量比较数据

如表1所示，上一代调谐器难以满足低频段和高频段的效率目标。部分原因是SOI COFF有损寄生电容。使用当前一代SOI可降低COFF电容。这减少了通过每个天线调谐器开关分支的信号泄漏。此外，当前一代的 RON 略有降低。这种改进可降低开关路径导通时的开关电阻。RON和COFF的这些改进有助于开关隔离，减少信号损失并提高效率。

SOI技术世代的天线经过调整，以优化性能。请注意，天线调谐产品之间的COFF增量会导致天线响应的频率偏移，在调谐每个频段时应考虑这一点。由于这种频移，调整了匹配电感的值，使天线谐振与所需频段对齐。

如下表1所示，我们看到了上一代与当前一代的整体系统性能。当前一代在低、中、高频段区域都显示出系统天线性能的显着提高。这进一步阐明了SOI技术品质因数的增加。

低、中或高 频段	乐队	效率目标 （分贝）	上一代效率 （dB）	电流生成效率 （dB）	当前一代效率 改进 （dB）
低	13	-7	-7.1	-6.6	+0.5
低	5	-6	-7.1	4.8	+2.3
低	8	-6	-7.4	-4.2	+3.2
中	3	-5	-3.4	-3.1	+0.3
中	2	-5	-4.6	-3.6	+1
中	1	-5	-5.4	-3.8	+1.6
高	40	-5	-10	-5.1	+4.9
高	7	-5	-5.6	-4.7	+0.9

上一代到当前一代的效率是各个感兴趣波段的平均值。

表1：SOI/产品代数的比较数据

新开发中的一个共同主题是，每一代更新都改进了以前的设计。这与SOI技术没有什么不同。每一代增强功能都传递到使用这种最新技术创造的产品上。SOI已经存在了一段时间，并且已经进行了许多技术改进。确保在设备设计中使用最新的尖端技术可能是拥有成功产品与否的区别。正如使用当前一代SOI将为您提供所需的天线效率，以满足最终产品范围，数据速度和容量一样。

审核编辑：郭婷