如何应对多频手机中的天线设计问题？

关键字： 天线  多频手机  前端模块 

多频手机设计面临着很大的挑战，因为所有这些信号工作在不同的带宽，而且它们都需要接入天线。为了取得最优的性能和外形尺寸，它们最好能通过单个射频开关接入天线。对开关制造商来说，这意味着从单刀四掷(SP4T)相应发展到SP7T甚至SP9T配置才能处理越来越多的信号。这种先进的开关需要能够处理由宽带CDMA(WCDMA)和低功率I/O无线设备带来的额外移动通信频段的接入。

可以预期的是，手机复杂性会越来越高，要求能够处理更多频段的信号。市场将至少标准化七个频段，并且要留出一个空间给第八个频段(LTE)使用。即使今后发生合并，射频电路中由于合并留出的空间也会很快被越来越流行的、也需要接入天线的外围无线电设备和功能所挤占。

为了支持互联网、多媒体和视频，3G移动手机市场已经转向WCDMA。相应的GSM也演变成GSM/WCDMA双模技术。为了满足全球需求，目前的GSM手机最多有4个发送(Tx)和4个接收(Rx)通道。增加WCDMA后每个新的频段都要增加另外一个Tx/Rx通道。目前的移动手机设计倾向于采用4xGSM(850、900、1800、1900MHz)和3xWCDMA(850、1900、2100MHz)前端。因此，手机复杂度已经达到空前的水平。

多频手机中的任何设计折中都要求满足或超过所有标准提到的性能等级。一般情况下，多模多频的移动手机使用单个功放模块来处理四频GSM/EDGE信号。另一方面，每个WCDMA频段需要使用它自己的独立功放。因此，具有一个WCDMA频段的四频GSM手机至少需要一个单刀六掷(SP6T)开关来管理所有的信号通道。当然，设计师也可以使用一个双工器和两个SP3T(流行的GaAs配置)，但与使用单个SP6T开关相比这种方法将产生较高的插入损耗。

射频设计师需要特别关注插入损耗，因为它直接影响功放的功率附加效率(PAE)。GSM功放的最大饱和功率一般是3W，平均PAE是55%。必需达到这个效率水平才能确保较长的电池使用时间，因为手机总电流的一半用在功放上。鉴于此，设计师需要将保持功放的PAE定在最高优先等级。一些早期的多频WCDMA/GSM手机使用独立的WCDMA和GSM信号链，并采用独立的天线和无线设计。尽管这种方案在原型和第一代设计中非常有效，但市场需要具有更高性价比且节省空间的方案。显然，业界要求集成式ASM能够处理7个甚至9个信号。

图1：IP3与器件的三阶交调失真(IMD3)性能有关。

针对这个需求，业界开发出了SP7T开关来支持具有1个WCDMA和4个GSM频段的手机架构。例如PE42672就是采用UltraCMOS工艺技术开发的单片SP7T，它能提供+68dBm的三阶交调截取点(IP3)，这个线性度性能值可以满足3GPP IMD3规范兼容的手机设计和高效的射频前端要求。IP3与设备的三阶交调失真(IMD3)性能相互关联，这些相位上的指标如图1所示。

SP6T开关是开关架构方面的最新成果之一。经过配置它可以处理多个频段的WCDMA、GSM和外围无线设备。例如图2所示的开关可以处理三频段的WCDMA，并提供到双工器和3个功放模块的通道(每个WCDMA频段要求使用自己的功放和双工器)。这个开关还能处理只有单个功放模块与之相连的四频GSM/EDGE(包含2个功放芯片)。从实际效果看，这个设备必须通过受简单解码器控制的单个开关传送5个高功率信号。

图2：SP9T正在处理三频段的WCDMA，它提供了到达双工器和三个功放模块的通道。

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