Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 射頻/無線
 
 
射頻/無線  

應對4G時代智慧手機天線設計挑戰

上網時間: 2012年02月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:天線  4G  智慧手機  平板電腦  LTE 

作者:Paul Tornatta

技術長

SkyCross公司

2010年全球行動數據消費量成長了2.6倍。這是行動數據使用量連續三年接近3倍的增幅。到2015年,全球行動數據業務量可望成長到2010年的26倍。導致這種戲劇性成長的關鍵因素之一是智慧手機和平板電腦的快速普及。全球行動數據用戶希望他們的設備在全球任何地方都能高速連網。

這種期望給網路和設備性能帶來了巨大的負擔。在行動數據設備中,天線是‘接觸’網路的唯一元件,最佳化天線性能變得越來越重要。然而,智慧手機和平板電腦中的4G天線設計所面臨的挑戰十分艱巨。儘管應對這些挑戰有多種可行的解決方案,但每一種都會有潛在的性能折衷。

4G天線設計挑戰

有許多因素會影響手持行動通訊設備的天線性能。雖然這些因素是相關的,但通常可以分成三大類:天線尺寸、多副天線之間的互耦以及設備使用模型。

天線尺寸 天線尺寸取決於三個要素:工作頻寬、工作頻率和輻射效率。今天的頻寬要求越來越高,其推動力來自美國的FCC頻率分配和全球內的廠商漫遊協議;不同地區使用不同的頻段。‘頻寬和天線尺寸是直接相關的’且‘效率和天線尺寸是直接相關的’──這通常意味著,更大尺寸的天線可以提供更大的頻寬和更高的效率。

除了頻寬外,天線尺寸還取決於工作頻率。在北美地區,廠商Verizon Wireless和AT&T Mobility選擇推廣的LTE產品工作在700MHz頻段,這在幾年前是FCC UHF-TV再分配頻段的一部份。這些新的頻段(17,704~746MHz和13,746~786MHz)比北美使用的傳統蜂巢式頻段(5,824~894MHz)要低。這個變化是巨大的,因為頻率越低,波長越長,因而需要更長的天線才能保持輻射效率不變。為了保證輻射效率,天線尺寸必須做大。然而,設備系統設計人員還需要增加更大的顯示器和更多的功能,因此可用的天線長度和整個體積受到極大限制,因而降低了天線頻寬和效率。

天線間互耦 更新的高速無線協議要求使用MIMO(多入多出)天線。MIMO要求多根天線(通常是兩根)同時工作在相同頻率。因此,話機設備上需要放置多根天線,這些天線要同時工作且相互不能有影響。當兩根或更多天線位置靠得很近時,就會產生一種被稱為互耦的現象。

舉例說明,行動平台上緊鄰放置兩根天線。從天線1輻射出來的一部份能量將被天線2截獲,截獲到的能量將在天線2的終端中損耗掉,無法得到利用,這可以用系統功率附加效率(PAE)的損耗來表示。根據互換性原理,這種效應在發送和接收模式中是相同的。耦合幅度反比於天線的分隔距離。對於手機實現而言,MIMO和分集應用中工作在相同頻段的天線之間的距離可以是1/10波長或以下。例如,750MHz時的自由空間波長是400mm。當間隔很小時,比如遠小於一個波長,則耦合程度會很高。天線之間耦合的能量是無用的,只會降低數據吞吐量和電池壽命。

設備使用模型 與傳統手機相較,智慧手機和平板電腦的使用模型有很大變化。除了正常工作外,這些設備還要滿足電磁波能量吸收比(SAR)和助聽器相容性(HAC)法規要求。

使用模型的另一個方面是消費內容的類型。諸如大型多人在線角色扮演遊戲(MMORPG)和即時視訊數據串流等視訊密集型行動應用不斷推動數據使用率飆升。據ABI Research預測,從2009年到2015年,西歐和北美地區數據使用率可望分別以42%和55%的年複合成長率(CAGR)成長。這些相似的應用正驅動製造商生產出更大尺寸、更高解析度的顯示螢幕。數據使用率的提高也在悄然改變消費者對這些設備的手持方式。例如,對於遊戲應用來說,使用者必須用兩手緊握設備兩頭,而其它應用程式可能根本無需用手握住設備。

越來越大的顯示螢幕和使用者抓握方式的改變,使得為天線輻射單元找一個不被顯示螢幕或用戶手掌阻擋的好位置變得越來越困難。除了這些約束外,設備製造商希望系列產品擁有更少的SKU(最小存貨單位),而且開發出能夠在全球任何地方工作的平台是此類產品的發展趨勢。


1 • 2 • 3 Next Page Last Page



投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 應對4G時代智慧手機天線設計挑戰
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首