IC基板 - LTE帯域をカバーするアンテナ拡張チューナの組み合わせ

材料源：マイクロ波マガジン2019年3月/4月号進入時間：2019/3/25 11：02：56アンテナ電力増幅器アンテナチューナ組み合わせ上書きLTE周波数帯Aurora Andºjar、JoséL.Leiva、Fractus Antennas、Jaume Anguera、Fractu AntennasとRamon Llull大学、およびCor SchepensとRoberto Gaddi、カルバンディッシュ動力学

LTE帯域の数が多いため、無線装置は多くの複雑な多周波アンテナ設計1〜12を必要とする。824〜960、1710〜2170 MHzのみを使用する2 Gと3 Gと比べて、4 Gの最大の課題の1つは、動作帯域幅が大きいことです。698〜960、1710〜2690 MHzです。低周波領域の低周波数、特に698〜960 MHzの間の周波数は、アンテナが動作波長に比べて小さくなければならないため、この課題を激化させている。

本文はどのようにFractus Antennasの86.4 mm 3小型アンテナ増幅器とCavendish Kineticsの小型アンテナチューナを結合するかを述べ、面積はわずか2 mm 2で、698 ~ 2690 MHzの周波数範囲内のLTE周波数帯をカバーするアンテナシステムを実現する。

エンハンサー+チューナー

Virtual Antenna TM技術13〜18は、アンテナエンハンサーと呼ばれる非常に小さなアンテナ要素に依存しており、これによりLTE帯域幅要件を満たす良い方法になる。複雑なアンテナジオメトリを設計することで動作周波数帯を調整するのではなく、適切なマッチングネットワークだけを調整することで、コスト効率が速くなります。一致するネットワークのみが1つの設計から別の設計18に変更されるので、同じアンテナエンハンサーは異なるプラットフォームサイズに適応することができます。これは従来のアンテナ設計とは異なり、後者は異なる場合の異なる幾何形状に対して個別に設計しなければならない。体積が小さいことに加えて、アンテナエンハンサーも表面実装のコンポーネントであり、ワイヤレスデバイスにおけるそれらの統合を簡略化する。アンテナエンハンサーのサイズは12 mm*3 mm*2.4 mmで、スマートフォンPCBの片隅に設置されています。アンテナチューナは精密、低損失、可変コンデンサであり、高無線周波電圧に耐えることができる。これらは、高電圧動作を必要とする可変アンテナ、動的負荷チューナ、可変フィルタ、およびアナログ無線周波数アプリケーションの理想的な選択である。Cavendish Kineticsアンテナチューナは特許を取得したRF MEMS技術を採用し、従来の絶縁体上のシリコン（SOI）またはGaAs RFフロントエンドの高挿入損失とRF電圧処理の制限を解消した。

FractusアンテナエンハンサーとCavendish Kineticsアンテナチューナの組み合わせ設計は、698〜2690 MHzの周波数範囲内のすべての通信帯域19〜20をサポートする。このエンハンサーとチューナーの組み合わせの主な利点は、ワイヤレスデバイスが周波数範囲全体で特定の帯域幅のパフォーマンスを動的に最適化し、プラットフォームに最大の放射線を提供して、各カバレッジ範囲とユーザーの使用シーンをサポートすることです。

Cavendish Kineticsを用いたRF MEMS技術と製造プロセスで製造された装置は、1000億回の使用サイクル後でも、すべての規格21〜22を満たす高精度と信頼性を備えている。32 CK 301 R SmarTuneアンテナチューナ（表1参照）は、本明細書における設計概念を実証するために使用される。より広い容量範囲の製品を選択できます。Cavendish Kineticsのチューナシリーズは、0.4〜3 pFの様々な容量範囲を提供する。すべてのSmarTuneアンテナチューナはMIPI RFFEインタフェースを介して制御される（図2参照）。チューナの機能は独立しており、コントローラ内の論理回路で管理されている。

本論文で提案した再構成可能整合ネットワークは1つのMEMS可変コンデンサ（Z 2）と7つの集電容器とインダクタを含む。この設計では、村田の受動素子はすべてSMD 0402型であり、高いQ値と厳格な公差を持つ。調整可能コンデンサには32の状態があり、デジタル制御があり、各状態は0.4から1 pFの容量値に対応している。この設計では、値と状態の間の対応関係は0.40（S 00）、0.44（S 02）、0.55（S 08）、0.92 pF（S 27）である。整合ネットワークを持たないアンテナエンハンサーのインピーダンス特性は非常に悪く、特に698〜960 MHzの低周波数セグメントでは、｜S 11｜は−1 dB 17未満である。しかし、マルチバンド整合ネットワークにより、アンテナの幾何形状を変更することなく容易に性能を調整することができる。アンテナエンハンサーの位置は、励起地表面上の有効放射方向図にとって非常に重要である。この設計では、接地平面の角16〜17が選択されている。

調整可能なコンデンサの状態は、接地面終端の並列インタフェースを介してソフトウェアによって制御される。このインタフェースは、インピーダンスチューナを32の状態のいずれかに設定するための評価ボードをCavendish Kinetics SkyWalkerソフトウェアを実行するPCに接続します。

接地面は放射線の重要な貢献者であるため、アンテナ性能を測定する際にインタフェース接続に悪影響を与えることを避けるために、以下のプログラムを使用します：接続インタフェースを通じてインピーダンスチューナの必要な状態を選択します。状態を設定すると、インタフェース接続が取り外され、接地面のバッテリは状態を維持するためにチューナに直流電圧を供給します。これにより、アンテナ効率及びS 11測定がインタフェース接続の影響を受けないようになる。評価ボードは搬送波集約（CA）専用に設計されており、複数のLTE帯域を同時に使用してデータレートを向上させることができる。表4に、各帯域間CAペアの推奨アンテナチューナ状態を示す。