深入了解天线复用器技术

『这个知识不太冷』系列，旨在帮助小伙伴们唤醒知识的记忆，将挑选一部分Qorvo划重点的知识点，结合产业现状解读，以此温故知新、查漏补缺。

如今的制造商面临着一个重要的架构决策。他们可以尝试在不断缩小的设备区域内增加更多的天线，但这有可能降低天线性能，从而影响设备的整体性能。或者，他们可以选择使用新的替代方案：天线复用器，该器件可减少添加天线的需求，并可满足共存滤波和插入损耗要求。

为何如今的设备需要使用天线复用器    

我们回头再看看《了解 RF 前端和滤波器》的图7，该图显示了天线复用器和多路复用器之间的不同。注意，天线复用器用于天线附近以降低复杂性，而多路复用器更靠近射频前端(RFFE)，位于功率放大器(PA)附近。

天线复用器解决了5G系统无线制造商面临的一个关键挑战：在工业设计不断演进，导致可用的天线区域不断缩小的情况下，如何应对射频 (RF) 复杂性的急剧增加。通过利用天线复用器，制造商能够使用更少的天线满足新的5G频段、4x4多路输入/多路输出(MIMO)、多样性功能和其他新要求，同时不会对现有外形尺寸或功能产生影响。

在移动设备Wi-Fi应用中，天线复用器滤波器在降低设计复杂性和促进共存方面发挥着关键作用。它们还有助于提供高度隔离，帮助降低天线设计中的隔离参数，并允许使用成本更低的天线。如此一来，RFFE隔离参数不再需要完全依赖于天线。这可将天线和屏蔽的成本降低高达20%。

增加新的蜂窝和非蜂窝频段提高了所有无线电子设备中射频(RF)路径的总数，包括智能手机、汽车、Wi-Fi网关等。例如，一部典型的5G智能手机（支持毫米波(mmWave)和超宽带(UWB)频段），其 RF 路径数量是传统4G手机的两倍。如今的许多手机需要六根或更多天线来使用主蜂窝和各种接收功能。每条RF路径都需要连接至天线，但因为可用空间有限，要将天线的数量翻倍根本不可能。

此外，增加天线数量意味着它们必须彼此靠近，从而会降低天线之间的隔离度。这会导致耦合相关问题，从而增加射频前端 (RFFE) 中存在非线性元件的可能性，使接收器的灵敏度降低。

图1显示了多个频段；注意这些频段彼此的连接有多紧密。例如，Wi-Fi 2.4 GHz和GPS L5都落在低频段和中高蜂窝频段之间。

  图1：智能手机设备中使用的多个频段

天线复用器有助这些单个频段彼此共存。它允许通过一个天线传输大带宽，为工程师降低了使用天线的复杂性。然后，由天线复用器将这个大带宽分成多个波段。如果没有天线复用器，就需要使用更多天线和开关。

天线复用器在分离单个低、中、高蜂窝频段、Wi-Fi和GPS（L5、L1）信号方面发挥着关键作用，同时有助消除干扰和降低系统损耗。在图2中，上方的智能手机图片显示天线上有许多个单独的滤波器。此外，左上角的图像中有三根天线。底部的智能手机图片显示在这种设计中采用天线复用器如何帮助降低复杂性、组件数量和尺寸。如左下方的图所示，使用天线复用器之后，您可以将天线的数量从3个减少到1个，还可以将组件数量从4个减少到1个。此外，如右下方的图所示，增加天线复用器可以将组件数量从4个减少到2个。这证明了天线复用器能够让系统工程师更轻松地构建设计。

  图2：智能手机有或没有天线复用器解决方案   天线复用器为系统和模块设计人员提供了许多优点。它不仅减少了所需天线的数量，还在降低系统级减敏率的同时尽可能提高了性能。它还有助提高设计灵活性，以支持架构和工业设计方面的变化。通过使用天线复用器，智能手机等设备可更有效地利用现有的天线面积，同时增加对新频段的支持，且不会对现有外形尺寸或功能产生任何影响。

深入了解天线复用器技术       现在您已经了解了使用天线复用器的原因，下面来看看其使用原理，您将了解天线复用器和隔离的类型。   ①了解天线复用器的类型 图3显示了多种天线复用器版本，它们都使用单根共享天线。例如，图中右上角所示的三工器分割了传输至一根天线的Wi-Fi、中频段和超高频段，同时提供实现最优共存所需的带外(OOB)抑制。图3中剩余的两个天线复用器功能相似，但通过在系统中寻址蜂窝网络、Wi-Fi和全球导航卫星系统(GNSS)来实现。但是，可以实现多种天线复用器滤波器组合。

  图3：一些天线复用器示例     ②了解天线复用器隔离 和多路复用器一样，天线复用器也需要在滤波器和频段之间提供高度隔离，如图4所示。该图显示了在该天线复用器中测量隔离的全球定位L5和GNSS滤波器。  

  图4：天线复用器隔离测量   右图显示的是集成在同一封装设计中的两个滤波器之间的信号隔离水平。通常，基于声波滤波器的天线复用器具有最佳性能，因为它们集成了低插入损耗、多频段共存的地址OOB抑制功能，且共用天线的RF频率之间具有高隔离度。它们还支持适用于5G、Wi-Fi和UWB的超高频率。

审核编辑：黄飞