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ApplicationNote 应用笔记

表2 性，即使在1000亿次循环使用后仍能满足全部规格要求 21-22 。
32CK301R SmarTune™天线调谐器（见表1）用于演示本文
MATCHING NETWORK DESIGN 中的设计概念。可提供具有更宽电容范围的产品，Cavendish
(ALL PASSIVE COMPONENTS FROM MURATA) Kinetics的调谐器系列提供0.4到3 pF的各种电容范围。所有
Circuit Element Value Part Number SmarTune天线调谐器均通过MIPI RFFE接口进行控制（见图
Z 1 8 nH LQW15AN8N0G80 2），调谐器的功能是独立的，由控制器中的逻辑电路管理。
Cavendish Kinetics
Z 2 Antenna Tuner 32CK301R 可重构匹配网络
如图3所示，本文所提出的可重构匹配网络包括MEMS可
Z 3 7.3 nH LQW15AN7N3G80
Z 4 11 nH LQW15AN11NG80 调电容器（Z 2 ）和七个集总电容和电感（见表2）。在这种设
计中，来自村田制作所的所有无源元件均为SMD 0402型，具
Z 5 0.8 pF GJM1555C1HR80WB01D 有高Q值和严格的公差。可调谐电容器具有32个状态，数字控
Z 6 13 nH LQW15AN13NG80 制，每个状态对应于0.4到1 pF的电容值。在本设计中，值和
Z 7 1.9 pF GJM1555C1H1R9WB01 状态的对应关系为0.40（S00）、0.44（S02）、0.55（S08）和
0.92 pF（S27）。
Z 8 2.5 nH LQW15AN2N5B80D
没有匹配网络的天线增强器的阻抗特性非常差，特别是在
17
B 低频，从698到960 MHz，其中|S 11 |低于-1 dB 。但是，通过多
频带匹配网络，可以在不改变天线几何形状的情况下轻松调整
性能。天线增强器的位置对于激发地平面的有效辐射模式是重
Ground Plane 要的。在此设计中，选择了地平面的一个角 16-17 。
可调谐电容器的状态通过接地平面末端的并行接口由
Antenna C 软件控制。该接口将评估板连接到运行Cavendish Kinetics的
Booster 50 Transmission Line
SkyWalker软件的PC，该软件用于将阻抗调谐器设置为32种状
D Antenna
Tuner 态中的任何一种。
由于接地平面是辐射的重要贡献者，为了避免在测量天
E Matching Network 线性能时接口连接产生不良影响，使用了以下程序：通过连接
A
接口选择阻抗调谐器的所需状态。在设置状态之后，接口连接
被移除，接地平面上的电池向调谐器提供DC电压以维持该状
图4：集成Fractus天线增强器、Cavendish天线调谐器和匹配网
络的FR4评估板。 态。这使得天线效率和S 11 的测量不受接口连接的影响。
图4给出了右侧带有电池和10针并行接口的评估板。UFL
电缆将天线增强器连接到安装在电路板边缘的SMA连接器。
100
90
S27 性能结果
80 S08
70 S02 对于每个天线调谐器的四种状态，总效率（η t ）通过
S00 Satimo Stargate-32测量系统在暗室中测量三维方向图获得（见
60 图5）。总效率包括辐射效率（η r ）和失配损耗，其中η t = η r •
50 （1 - |S 11 | ）。测量数据显示，状态S27覆盖一些LTE低频带，
2
Total E 40 即从698到746 MHz，而状态S08覆盖746到824 MHz。
30
20 为了评估天线调谐的有效性，将覆盖698至960和1710至
2690 MHz的无源匹配网络设计与此有源调谐设计进行了性能
10
比较（见表3）。该表显示无源网络未覆盖所有LTE频段。天
0
0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 线调谐在低LTE频段（即699至798 MHz）中的优势明显。在频
Frequency (GHz)
带12，有源解决方案的效率比无源设计高5.4 dB，在频带13和
图5：4种状态下测得的效率。 14效率高3.6 dB。在其他频带的效率相当，即1.4 dB以内。
表3

PASSIVE MATCHING VS. ANTENNA TUNING
AVERAGE TOTAL EFFICIENCY (%)
Band 12 13, 14 5 8 3 2 1 30 41
Frequency (MHz) 699 to 746 746 to 798 824 to 894 880 to 960 1710 to 1880 1850 to 1990 1920 to 2170 2305 to 2360 2496 to 2690
Passive 11.8 23.1 69.9 72.0 77.1 79.0 74.9 72.4 78.4
S27 41.5 37.7 29.0 22.3 65.8 65.3 59.9 17.2 6.0
S08 19.0 53.6 54.0 41.5 71.5 63.8 59.1 60.4 26.2
S02 13.0 46.8 62.5 50.2 69.0 59.6 50.1 48.8 50.6
S00 11.5 44.1 65.4 53.7 68.4 58.5 47.7 42.5 57.2

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