東芝新天線技術(shù)，將智能手機(jī)天線尺寸減小20％并自動補(bǔ)償頻率偏移

2016-11-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

東芝2014年7月10日在IEEE于美國田納西州舉行的天線及電波傳播學(xué)會“Antennasand Propagation Society(AP-S)”上,發(fā)表了將智能手機(jī)等的天線比原來減小約20%的“自動匹配天線”技術(shù)。該技術(shù)計(jì)劃以2016年度為目標(biāo)實(shí)用化。開發(fā)首先瞄準(zhǔn)智能手機(jī)等移動通信系統(tǒng),還考慮向可穿戴設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

一般而言,天線面積變小后,天線效率(天線增益×輻射效率)就會下降。其原因在于天線效率達(dá)到峰值的頻帶寬度變窄。尤其是智能手機(jī)等,當(dāng)手部等接近天線時(shí),功率電波的頻率就會發(fā)生偏移。天線越小,偏移帶來的影響就越大,容易導(dǎo)致天線效率大幅下降(圖1)。因此,天線不能小于一定尺寸。

東芝新天線技術(shù)，將智能手機(jī)天線尺寸減小20％并自動補(bǔ)償頻率偏移HFSS仿真分析圖片1

圖1:通過自動匹配來補(bǔ)償伴隨天線小型化而出現(xiàn)的效率降低
智能手機(jī)等在手部接近天線時(shí)功率電波的頻率會發(fā)生偏移。天線越小,其影響就越大,容易導(dǎo)致天線效率大幅下降。(圖片由《日經(jīng)電子》根據(jù)東芝的資料制成)

用MEMS改善天線效率

為此,東芝開發(fā)出了可補(bǔ)償頻率偏移、并將其調(diào)整到通信信道的自動匹配天線。相關(guān)技術(shù)的大致構(gòu)成如圖2所示。當(dāng)手部等接近天線,“天線效率檢測電路”就會檢測效率的變化。然后,“控制電路”執(zhí)行改善天線效率的運(yùn)算,控制位于天線與無線收發(fā)機(jī)之間的“匹配電路”,對頻率偏移做出補(bǔ)償。

匹配電路內(nèi)部嵌有東芝開發(fā)的MEMS可變電容器,通過調(diào)整其靜電容量來實(shí)施頻率偏移的補(bǔ)償。通過導(dǎo)入該機(jī)制,即使將天線比原來減小20%,也可確保同等的天線效率注1)。

注1)同樣的技術(shù)已部分實(shí)用化,但已有技術(shù)在檢測天線效率變化上采用“耦合器方式”。該方式存在可檢測的電波頻帶有限,以及檢測時(shí)的功耗較大等課題。東芝此次采用“探測器方式”,與耦合器方式相比,可檢測廣泛帶寬的頻帶,而且功耗也較小。

普通通信系統(tǒng)在天線效率下降后通過增大發(fā)送功率來保持通信品質(zhì)。也就是說,通過自動匹配功能來改善天線效率,便可降低發(fā)送功率(圖3)。與不具備自動匹配功能的天線相比,發(fā)送功率最大可降低30%注2)。另外,東芝已試制出配備自動匹配功能的LTE/3G用天線模塊,今后預(yù)定將該模塊電路集成到1個IC中推出產(chǎn)品。(記者:中島募,《日經(jīng)電子》)

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