IC-Substrat - Antennen-Booster-Tuner-Kombination für LTE-Frequenzband

Materialquelle: "Microwave Magazine" März/April 2019 Eintragszeit der Ausgabe: 2019/3/25 11:02:56
Antenna booster-Antenna Tuner Combo Cover LTE Bands
Aurora Andújar, José L. LeivaCity in Germany, Fractus Antennen, Jaume Anguera, Fractus Antennas und Universitat Ramon Llull, und Cor Schepens und Roberto Gaddi, Cavendish Kinetics

Due to the large number of LTE frequency bands, drahtlose Geräte erfordern viele komplexe Mehrfrequenzantenkonstruktionen 1-12. Verglichen mit 2G und 3G, die nur 824 bis 960 und 1710 bis 2170 MHz verwenden, Eine der größten Herausforderungen von 4G ist die große Betriebsbandbreite: 698 bis 960 und 1710 bis 2690 MHz. Die unteren Frequenzen im Niederfrequenzbereich, insbesondere die Frequenzen zwischen 698 und 960 MHz, Verschärfen Sie die Herausforderung, da die Antenne im Vergleich zur Betriebswellenlänge klein sein muss.

Dieser Artikel beschreibt, wie Fractus Antennas 86,4 mm3 Small Antenne Booster und Cavendish Kinetics Small Antenne Tuner mit einer Fläche von nur 2 mm2 kombiniert werden können, um ein Antennensystem zu implementieren, das das LTE Frequenzband im Frequenzbereich von 698 bis 2690 MHz abdeckt.

Booster-Tuner

Virtual AntennaTM Technologie 13-18 setzt auf sehr kleine Antennenelemente, Antennenverstärkungen genannt, Dies macht es zu einer guten Möglichkeit, LTE-Bandbreitenanforderungen zu erfüllen. Ein passendes Netzwerk verwenden, Anstelle der Anpassung des Betriebsfrequenzbandes durch Entwurf einer komplexen Antennengeometrie, aber nur Anpassung eines geeigneten Matching-Netzwerks, das ist schneller und kostengünstiger. Der gleiche Antennenbooster kann an verschiedene Plattformgrößen angepasst werden, da nur das passende Netzwerk von einem Design zum anderen wechselt18. Dies unterscheidet sich vom traditionellen Antennendesign, die für unterschiedliche geometrische Formen in unterschiedlichen Situationen separat ausgelegt werden muss. Neben seiner geringen Größe, Antennenverstärker sind auch oberflächenmontierte Komponenten, Vereinfachung der Integration in drahtlose Geräte.
Der Antennenverstärker, with a size of 12 mm*3 mm*2.4 mm, wird in einer Ecke des Smartphone PCB.
Antennen-Tuner sind präzise, geringe Verluste, Variable Kondensatoren, die hohen HF-Spannungen standhalten können. Sie sind ideal für abstimmbare Antennen, dynamische Lasttuner, einstellbare Filter, und analoge HF-Anwendungen, die Hochspannungsbetrieb erfordern. Cavendish Kinetics antenna tuners use patented RF MEMS technology to eliminate the high insertion loss and RF voltage processing limitations of traditional silicon-on-insulator (SOI) or GaAs RF front-ends.

Das kombinierte Design von Fractus Antenne Booster und Cavendish Kinetics Antenne Tuner unterstützt alle Kommunikationsfrequenzbänder 19-20 im Frequenzbereich von 698 bis 2690 MHz. Der Hauptvorteil dieser Enhancer-Tuner-Kombination besteht darin, dass drahtlose Geräte die Leistung einer bestimmten Bandbreite über den gesamten Frequenzbereich dynamisch optimieren und die Plattform mit maximaler Strahlung versorgen können, um jede Abdeckung und jeden Benutzer-Nutzungsszenario zu unterstützen.

Die Geräte, die mit der RF MEMS-Technologie und dem Herstellungsprozess von Cavendish Kinetics hergestellt werden, haben eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit und können immer noch alle Spezifikationen 21-22 erfüllen, auch nach 100-Milliarden Zyklen des Gebrauchs. 32CK301R SmarTune™ Antennentoner (siehe Tabelle 1) Wird verwendet, um die Designkonzepte in diesem Artikel zu demonstrieren. Es stehen Produkte mit einem größeren Kapazitätsbereich zur Verfügung. Cavendish Kinetics Tuner-Serie bietet verschiedene Kapazitätsbereiche von 0,4 bis 3 pF. Alle SmarTune Antennentoner werden über die MIPI RFFE Schnittstelle gesteuert (siehe Abbildung 2). Die Funktion des Tuners ist unabhängig und wird von der Logikschaltung im Controller gesteuert.

Das in diesem Papier vorgeschlagene rekonfigurierbare Matching-Netzwerk umfasst eine MEMS einstellbarer Kondensator (Z2) and seven lumped capacitors and inductors In diesem Design, Alle passiven Komponenten von Murata sind SMD 0402 Typ mit hohem Q Wert und strengen Toleranzen. Der abstimmbare Kondensator hat 32-Zustände, digital gesteuert, und jeder Zustand entspricht einem Kapazitätswert von 0.4 bis 1 pF. In diesem Design, die entsprechende Beziehung zwischen Wert und Zustand ist 0.40 (S00), 0.44 (S02), 0.55 (S08) and 0.92 pF (S27).
Die Impedanzkennlinie des Antennenverstärkers ohne passendes Netzwerk ist sehr schlecht, besonders bei tiefen Frequenzen, von 698 bis 960 MHz, wo |S11| ist niedriger als -1 dB17. Allerdings, über ein Multi-Band Matching Netzwerk, Leistung kann leicht angepasst werden, ohne die Antennengeometrie zu ändern. Die Position des Antennenverstärkers ist wichtig, um das effektive Strahlungsmuster auf der Bodenebene anzuregen. In this design, eine Ecke 16-17 der Bodenebene wurde ausgewählt.

Der Zustand des abstimmbaren Kondensators wird durch Software über die parallele Schnittstelle am Ende der Erdungsebene gesteuert. Diese Schnittstelle verbindet das Evaluationsboard mit einem PC mit der SkyWalker-Software von Cavendish Kinetics, mit der der Impedanz-Tuner auf einen beliebigen 32-Status eingestellt wird.

Da die Bodenebene ein wichtiger Beitrag zur Strahlung ist, um negative Auswirkungen auf die Schnittstellenanbindung bei der Messung der Antennenleistung zu vermeiden, Folgende Vorgehensweise wird angewendet: Wählen Sie den gewünschten Zustand des Impedanzstuners über die Verbindungsschnittstelle. Nach Einstellung des Zustands, die Schnittstellenverbindung wird entfernt, und die Batterie auf der Erdungsebene liefert eine Gleichspannung zum Tuner, um den Zustand aufrechtzuerhalten. Dadurch werden die Antenneneffizienz und S11-Messungen durch die Schnittstellenanbindung nicht beeinträchtigt.
The evaluation board is designed for carrier aggregation (CA), die gleichzeitig mehrere LTE-Frequenzbänder verwenden kann, um die Datenrate zu erhöhen. Tabelle 4 zeigt den empfohlenen Antennentoner-Status für jedes Interband-CA-Paar.