Substrato IC - Combinazione booster-sintonizzatore antenna che copre la banda di frequenza LTE

Fonte materiale: "Microwave Magazine" Marzo/Aprile 2019 Numero Entry Time: 2019/3/25 11:02:56Antenna booster-Antenna Tuner Combo Cover LTE BandsAurora Andújar, José L. Leiva, Fractus Antennas, Jaume Anguera, Fractus Antennas e Universitat Ramon Llull, e Cor Schepens e Roberto Gaddi, Cavendish Kinetics

A causa del gran numero di bande di frequenza LTE, i dispositivi wireless richiedono molti complessi progetti di antenne multi-frequenza 1-12. Rispetto ai 2G e 3G, che utilizzano solo 824-960 e 1710-2170 MHz, una delle sfide più grandi del 4G è la grande larghezza di banda operativa: da 698 a 960 e da 1710 a 2690 MHz. Le frequenze più basse nella regione a bassa frequenza, in particolare le frequenze tra 698 e 960 MHz, aggravano la sfida perché l'antenna deve essere piccola rispetto alla lunghezza d'onda operativa.

Questo articolo descrive come combinare il booster di piccole antenne da 86,4 mm3 di Fractus Antennas e il sintonizzatore di piccole antenne Cavendish Kinetics con un'area di soli 2 mm2 per implementare un sistema di antenna che copre la banda di frequenza LTE nella gamma di frequenze da 698 a 2690 MHz.

Booster + sintonizzatore

La tecnologia Virtual AntennaTM 13-18 si basa su elementi di antenna molto piccoli, chiamati booster antenna, che lo rende un buon modo per soddisfare i requisiti di larghezza di banda LTE. Utilizzando una rete corrispondente, invece di regolare la banda di frequenza operativa progettando una geometria complessa dell'antenna, ma solo regolando una rete corrispondente appropriata, questo è più veloce e conveniente. Lo stesso ripetitore dell'antenna può essere adattato a diverse dimensioni della piattaforma perché solo la rete corrispondente cambia da un design all'altro.18 Questo è diverso dal design tradizionale dell'antenna, che deve essere progettato separatamente per diverse forme geometriche in diverse situazioni. Oltre alle dimensioni ridotte, i booster dell'antenna sono anche componenti montati sulla superficie, semplificando la loro integrazione nei dispositivi wireless. Il booster dell'antenna, con una dimensione di 12 mm*3 mm*2,4 mm, è installato in un angolo del PCB dello smartphone. Sono ideali per antenne sintonizzabili, sintonizzatori di carico dinamico, filtri sintonizzabili e applicazioni RF analogiche che richiedono un funzionamento ad alta tensione. I sintonizzatori di antenna Cavendish Kinetics utilizzano la tecnologia brevettata RF MEMS per eliminare le limitazioni di elaborazione di tensione RF e perdite di inserzione elevate dei front-end tradizionali silicon-on-isolator (SOI) o GaAs RF.

Il design combinato del booster dell'antenna Fractus e del sintonizzatore dell'antenna Cavendish Kinetics supporta tutte le bande di frequenza di comunicazione 19-20 nella gamma di frequenze da 698 a 2690 MHz. Il vantaggio principale di questa combinazione di amplificatori e sintonizzatori è che i dispositivi wireless possono ottimizzare dinamicamente le prestazioni di una larghezza di banda specifica sull'intera gamma di frequenze e fornire alla piattaforma la massima radiazione per supportare ogni copertura e scenario di utilizzo dell'utente.

I dispositivi prodotti utilizzando la tecnologia RF MEMS di Cavendish Kinetics e il processo di produzione hanno alta precisione e affidabilità e possono ancora soddisfare tutte le specifiche 21-22 anche dopo 100 miliardi di cicli di utilizzo. 32CK301R Sintonizzatore di antenna SmarTune™ (vedere Tabella 1) Utilizzato per dimostrare i concetti di progettazione in questo articolo. Sono disponibili prodotti con una gamma di capacità più ampia. La serie di sintonizzatori Cavendish Kinetics fornisce varie gamme di capacità da 0,4 a 3 pF. Tutti i sintonizzatori di antenna SmarTune sono controllati tramite l'interfaccia MIPI RFFE (vedi Figura 2). La funzione del sintonizzatore è indipendente e gestita dal circuito logico nel controller.

La rete di corrispondenza riconfigurabile proposta in questo articolo include un condensatore MEMS regolabile (Z2) e sette condensatori e induttori in grumo In questo design, tutti i componenti passivi Murata sono di tipo SMD 0402 con elevato valore Q e tolleranze rigorose. Il condensatore sintonizzabile ha 32 stati, controllati digitalmente, e ogni stato corrisponde ad un valore di capacità da 0,4 a 1 pF. In questo disegno, la relazione corrispondente tra valore e stato è 0,40 (S00), 0,44 (S02), 0,55 (S08) e 0,92 pF (S27). La caratteristica di impedenza del booster antenna senza rete corrispondente è molto scarsa, soprattutto a basse frequenze, da 698 a 960 MHz, dove |S11| è inferiore a -1 dB17. Tuttavia, attraverso una rete di corrispondenza multi-banda, le prestazioni possono essere facilmente regolate senza modificare la geometria dell'antenna. La posizione del booster dell'antenna è importante per eccitare il modello di radiazione efficace sul piano terra. In questo disegno, è stato selezionato un angolo 16-17 del piano di terra.

Lo stato del condensatore sintonizzabile è controllato dal software attraverso l'interfaccia parallela alla fine del piano di terra. Questa interfaccia collega la scheda di valutazione a un PC che esegue il software SkyWalker di Cavendish Kinetics, che viene utilizzato per impostare il sintonizzatore di impedenza su uno qualsiasi dei 32 stati.

Poiché il piano di terra è un importante contributo alla radiazione, al fine di evitare effetti negativi sulla connessione dell'interfaccia durante la misurazione delle prestazioni dell'antenna, si utilizza la seguente procedura: selezionare lo stato desiderato del sintonizzatore di impedenza attraverso l'interfaccia di connessione. Dopo aver impostato lo stato, la connessione dell'interfaccia viene rimossa e la batteria sul piano di terra fornisce una tensione CC al sintonizzatore per mantenere lo stato. Ciò rende l'efficienza dell'antenna e le misurazioni S11 inalterate dalla connessione dell'interfaccia. La scheda di valutazione è progettata per l'aggregazione carrier (CA), che può utilizzare contemporaneamente più bande di frequenza LTE per aumentare la velocità dei dati. La tabella 4 mostra lo stato raccomandato del sintonizzatore dell'antenna per ogni coppia CA interbanda.