天線復(fù)用器可解決5G手機(jī)及其他設(shè)備制造商面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：在分配給天線空間越來(lái)越小的情況下，如何適應(yīng)急劇增加的射頻復(fù)雜性。

通過(guò)利用天線復(fù)用器，制造商能夠使用更少的天線滿足新5G頻段、4x4 MIMO和其他新要求，同時(shí)不會(huì)對(duì)現(xiàn)有外形尺寸或功能產(chǎn)生影響。

他們將多個(gè)聲波濾波器組合在一起，從而允許不同的無(wú)線電[蜂窩網(wǎng)、Wi-Fi、GPS、超寬帶(UWB)]和更多頻段共享單個(gè)天線。通過(guò)使用天線轉(zhuǎn)換開關(guān)，制造商不但可以充分發(fā)揮5G的優(yōu)點(diǎn)，還可以增加吸引消費(fèi)者的創(chuàng)新功能。

手機(jī)制造商面臨著反復(fù)挑戰(zhàn)：手機(jī)設(shè)計(jì)趨勢(shì)使得通過(guò)增加天線來(lái)滿足這些需求變得越來(lái)越困難，但仍需設(shè)法支持新射頻標(biāo)準(zhǔn)并滿足多頻共存擴(kuò)容要求。

典型的4G手機(jī)已經(jīng)包含4到8個(gè)天線，而5G手機(jī)將需要更多天線。這是因?yàn)槭謾C(jī)制造商需要加大對(duì)5G和其他新興標(biāo)準(zhǔn)（如UWB）的支持，同時(shí)繼續(xù)支持4G手機(jī)中實(shí)現(xiàn)的所有頻率和標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，5G手機(jī)中的天線可用空間實(shí)際上正在縮小，因?yàn)橹圃焐探o手機(jī)增加了其他新功能，如附加攝像頭、人臉識(shí)別和運(yùn)動(dòng)感測(cè)功能。

這會(huì)導(dǎo)致天線效率問(wèn)題，因?yàn)樘炀€效率（最大程度減少損耗的能力）與天線尺寸以及傳輸頻率成反比。隨著天線數(shù)量的增加以及天線可用空間的縮小，維持滿足手機(jī)性能要求所需的天線效率和隔離變得更加困難。

圖1 損耗、使用頻率和天線面積之間的比例關(guān)系

射頻復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)會(huì)引起天線設(shè)計(jì)問(wèn)題

隨著新5G頻段和要求（如4x4多路輸入/多路輸出(MIMO)、EUTRA雙連接性(EN Dc)/雙UL、mmWave）的加入和新興標(biāo)準(zhǔn)（如UWB）的出現(xiàn)，5G手機(jī)的射頻復(fù)雜性急劇增加。同時(shí)，5G手機(jī)還必須繼續(xù)支持4G手機(jī)所有現(xiàn)有的和重新分配的低、中、高頻段頻率以及其他要求，如GPS Level 5(L5)、GPS/GNSS、2.4 GHz和5至7 GHz Wi-Fi(Wi-Fi 6E)。

新5G頻段

為實(shí)現(xiàn)明顯更高的數(shù)據(jù)速率，5G采用新的高頻、寬帶蜂窩頻譜。這個(gè)頻譜分配在頻譜的兩個(gè)主要區(qū)域，均在傳統(tǒng)蜂窩通信使用的頻率范圍之上。

頻率范圍1(FR1)

這些新的超高頻段(UHB)（n77、n78、n79）采用3.3 GHz至5 GHz之間的頻譜。

頻率范圍2(FR2)

這是第一次在商業(yè)蜂窩通信中使用mmWave頻譜。RF2包含24 GHz（n257、n258、n260、n261）以上的多個(gè)頻段。由于FR2頻率下的信號(hào)傳播具有挑戰(zhàn)性，所以5G手機(jī)采用3到4個(gè)小型天線組成的較大陣列來(lái)提高信號(hào)強(qiáng)度和波束形成。

4x4 MIMO

為提高數(shù)據(jù)速率，大多數(shù)5G頻段需要使用4x4 MIMO。此外，在可能的情況下，4x4 MIMO也可用于現(xiàn)有LTE頻段。

這需要四個(gè)支持蜂窩通信的天線，比傳統(tǒng)4G手機(jī)架構(gòu)中使用的多兩個(gè)，這些天線使用兩個(gè)獨(dú)立的蜂窩射頻路徑，一個(gè)為主路徑，另一個(gè)為分路徑。

Wi-Fi 6E和NR-U

借助Wi-Fi 6E，供Wi-Fi使用的未許可頻譜不僅可以擴(kuò)展至更復(fù)雜的調(diào)制應(yīng)用，而且還可以達(dá)到7 GHz的上限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前的5850 MHz上限。該頻譜也可供未許可頻譜(NR-U)內(nèi)的5G使用。額外的1.2 GHz頻譜增加了可用帶寬和需要較高數(shù)據(jù)速率的用例數(shù)量。然而，為確保在其他頻段運(yùn)行的手機(jī)可同時(shí)使用該頻譜，仍需要采用具有濾波功能且更高效的高頻天線設(shè)計(jì)。

UWB

UWB是一種相對(duì)較新的技術(shù)，定位和距離感測(cè)性能出色，精確度在幾厘米內(nèi)。如今，這項(xiàng)技術(shù)被用于許多行業(yè)的不同應(yīng)用，包括接近感測(cè)應(yīng)用和汽車應(yīng)用（如無(wú)鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)）。

顧名思義，UWB通過(guò)寬帶寬（500 MHz或更大）傳輸數(shù)據(jù)。最初的手機(jī)設(shè)計(jì)采用大約6.2 GHz至8.3 GHz之間的頻率。UWB本身需要3到4個(gè)天線陣列，這將占據(jù)手機(jī)內(nèi)部大量可用的關(guān)鍵空間。

增加手機(jī)內(nèi)天線數(shù)量面臨的挑戰(zhàn)即使出現(xiàn)新的射頻要求和標(biāo)準(zhǔn)，由于智能手機(jī)和設(shè)備設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，在保持足夠的天線性能同時(shí)增加天線數(shù)量變得越來(lái)越困難。實(shí)現(xiàn)較高的天線性能需要足夠的天線容量和間距，但不斷發(fā)展的智能手機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)際上減少了天線的可用空間，如圖2所示。

圖2：RF PCB和天線逐年減少

這些趨勢(shì)包括：

1、金屬框架和更小的邊框、玻璃背面以及無(wú)邊框或環(huán)繞屏幕限制了天線的可用面積。

2、增加吸引消費(fèi)者的功能減少了可分配給RFFE和天線的空間。這些功能包括續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)的大型電池、更多攝像頭、運(yùn)動(dòng)感測(cè)、指紋和人臉識(shí)別。

3、新興的折疊智能手機(jī)設(shè)計(jì)減少了天線的可用面積，因?yàn)闊o(wú)法將天線置于鉸鏈區(qū)域。

4、可穿戴設(shè)備是一個(gè)迅速擴(kuò)展的市場(chǎng)。這些超小形尺寸賦予天線的空間極其有限。

圖3：5G手機(jī)的天線挑戰(zhàn)：5G明顯增加了射頻復(fù)雜性，同時(shí)減少了可用的天線容量

使用天線復(fù)用器解決天線設(shè)計(jì)問(wèn)題制造商面臨著一個(gè)艱難的架構(gòu)抉擇。他們可以嘗試在不斷縮小的區(qū)域內(nèi)增加更多的天線，這有可能降低天線性能，從而影響手機(jī)的整體性能。也可以選擇使用新的替代方案：天線復(fù)用器，可減少添加天線的需求，并可滿足共存濾波和插入損耗要求。

天線復(fù)用器將多個(gè)RF濾波器組合在一起，以支持不同的無(wú)線電技術(shù)（蜂窩網(wǎng)、Wi-Fi、GPS、UWB），從而增加能夠共享單個(gè)天線的頻段數(shù)量。通過(guò)使用天線復(fù)用器，手機(jī)可更有效地利用現(xiàn)有的天線面積，同時(shí)增加對(duì)新頻段的支持，且不會(huì)對(duì)現(xiàn)有外形尺寸或功能產(chǎn)生任何影響。

天線復(fù)用器可與其他RFFE技術(shù)組合，以進(jìn)一步優(yōu)化天線性能，補(bǔ)償減少的天線尺寸。

天線調(diào)諧使用孔徑和阻抗調(diào)諧功能可顯著提高天線性能，該調(diào)諧功能可補(bǔ)償天線尺寸的縮小，并允許單個(gè)天線覆蓋多個(gè)頻段。

多路復(fù)用器通過(guò)將多個(gè)頻段聚合到單個(gè)天線路徑中，這些多濾波模塊可實(shí)現(xiàn)載波聚合(CA）。

圖4：利用天線復(fù)用器，Wi-Fi以及蜂窩中頻段和超高頻段頻率可共享一個(gè)天線

Qorvo天線復(fù)用器的優(yōu)勢(shì)天線復(fù)用器具有一系列優(yōu)勢(shì)，包括提高手機(jī)制造商的設(shè)計(jì)靈活性、提高空間的使用效率、降低成本。 設(shè)計(jì)靈活性

通過(guò)使用天線復(fù)用器，智能手機(jī)制造商可以更加靈活地進(jìn)行智能手機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。減少天線數(shù)量意味著減少制造商的設(shè)計(jì)限制，這樣就更容易添加其他功能以及探索創(chuàng)新型外形尺寸，如折疊手機(jī)。更少的天線還意味著手機(jī)殼內(nèi)天線凹槽越少，這樣就可以實(shí)現(xiàn)更具吸引力的手機(jī)外觀，同時(shí)減少手機(jī)殼上的弱點(diǎn)。

優(yōu)化可用天線尺寸

通過(guò)使用天線復(fù)用器，制造商可充分利用手機(jī)可用空間：減少天線數(shù)量可增加手機(jī)功能?？蓛?yōu)化天線性能和間距。

減少板載射頻路由可降低成本更少的天線意味著減少內(nèi)部線纜、連接器和彈簧需求。您可以將一條組合線路路由到單個(gè)天線，而不是將單獨(dú)的線路路由到多個(gè)天線。這樣就可以節(jié)省大量空間，降低成本。

圖5：未使用聲波天線復(fù)用器的架構(gòu)展示

更少的SKU 天線復(fù)用器可提高天線架構(gòu)在不同區(qū)域的重復(fù)使用率，這意味著制造商只需少量的手機(jī)型號(hào)(SKU)即可實(shí)現(xiàn)廣泛的地理覆蓋。單個(gè)天線架構(gòu)可用于多個(gè)區(qū)域，而無(wú)需根據(jù)每個(gè)區(qū)域使用的頻段使用不同的天線布置。減少SKU數(shù)量可顯著降低生產(chǎn)和庫(kù)存成本。 在5G智能手機(jī)中使用聲波天線復(fù)用器根據(jù)每種設(shè)備的具體要求和挑戰(zhàn)，可將聲波天線復(fù)用器應(yīng)用于許多不同的場(chǎng)景。每個(gè)天線都能夠在多個(gè)諧振頻率下高效運(yùn)行，彼此之間為諧波關(guān)系：高頻率是最低頻率的倍數(shù)。使用天線復(fù)用器的最有效方法就是，將射頻標(biāo)準(zhǔn)和使用這些諧振頻率的頻段組合在一起，從而有效地共用一個(gè)天線。

通常，基于聲波濾波器的天線復(fù)用器具有最佳性能，因?yàn)樗鼈兗闪说筒迦霌p耗、多頻段共存的地址OOB抑制功能，且共用天線的RF頻率之間具有高隔離度。它們還支持適用于5G、Wi-Fi和UWB的超高頻率。

圖5（續(xù)上）使用天線復(fù)用器的架構(gòu)展示

圖5（續(xù)上）顯示的天線復(fù)用器示例集成了4個(gè)聲波濾波器，因此2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi、L5 GPS和GNSS可共用單個(gè)天線。如性能圖所示，天線轉(zhuǎn)換開關(guān)可在每個(gè)信號(hào)的通帶中實(shí)現(xiàn)低插入損耗，并可實(shí)現(xiàn)高信號(hào)隔離度。

圖6：支持2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi、L5 GPS和GNSS共享單個(gè)天線的天線復(fù)用器框圖和性能圖

總 結(jié)

所有5G手機(jī)和其他設(shè)備制造商面臨一個(gè)主要問(wèn)題：隨著可用天線面積繼續(xù)縮小，如何適應(yīng)不斷增加的射頻復(fù)雜性。

天線復(fù)用器提供了一個(gè)優(yōu)雅的解決方案。

通過(guò)使用天線復(fù)用器，制造商可繼續(xù)添加吸引消費(fèi)者的創(chuàng)新功能（如更大容量的電池和更多攝像頭），同時(shí)實(shí)現(xiàn)5G的所有益處。

原文標(biāo)題：利用天線復(fù)用器應(yīng)對(duì) 5G 天線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

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