改變常規(guī)阻抗匹配的被動元器件的商品化

-.z.改變常規(guī)阻抗匹配的被動元器件的商品化近年來安裝在移動通信終端的移動通信天線的設(shè)計難度逐漸增高。隨著LTE這種新型通信方式的增加，寬頻帶的使用越來越廣泛。另一方面，由于二次電池等大型化的因素，可使用空間(天線/領(lǐng)域)縮小了。因此，天線的小型化成了當(dāng)務(wù)之急。但是，如果天線被小型化的話，就意味著天線的阻抗和RF電路的輸入和輸出阻抗(50Ω系)相比的話會變低，這就意味著將RF電路跟天線阻抗通過全通信帶寬整合起來是非常困難的。前言近年來安裝在移動通信終端的移動通信天線的設(shè)計難度逐漸增高。隨著LTE這種新型通信方式的增加，寬頻帶的使用越來越廣泛。另一方面，由于二次電池等大型化的因素，可使用空間(天線/領(lǐng)域)縮小了。因此，天線的小型化成了當(dāng)務(wù)之急。但是，如果天線被小型化的話，就意味著天線的阻抗和RF電路的輸入和輸出阻抗(50Ω系)相比的話會變低，這就意味著將RF電路跟天線阻抗通過全通信帶寬整合起來是非常困難的。LC元器件的課題目前在實(shí)施阻抗整合時，一般使用電感器(L)、電容器(C)等LC元器件。但是，LC元器件電抗中具有頻率特性，整合阻抗后的天線Q值會劣化，頻帶寬會減小。這里阻抗轉(zhuǎn)換時對于頻率特性難以呈現(xiàn)的材料來說，就以主要在低頻領(lǐng)域中使用的變壓器來舉例吧。變壓器是通過結(jié)合磁場的2個線圈(變壓器、線圈)的電感(L值)的比率到達(dá)變換阻抗，所以不能保障理想狀態(tài)下的頻率特性。因此我們考慮到將其使用到阻抗的整合當(dāng)中。不使用變壓器的理由移動通信的天線中使用變壓器會遇到3點(diǎn)問題。1)微波頻段中由于“磁性材料的滲透性≒1〞，因此很難到達(dá)高結(jié)合系數(shù);2)天線的輸入阻抗很小會導(dǎo)致變壓器損耗影響大;3)天線輸入阻抗值會因為頻帶不同而產(chǎn)生變化。正因為存在這些問題，至今為止移動通信天線的阻抗整合中一直不使用變壓器。而我們通過獨(dú)有的方法解決了這一問題。結(jié)合系數(shù)是指構(gòu)成變壓器的2個變壓器、線圈間的距離以及由線圈導(dǎo)致的磁束形狀相關(guān)性而產(chǎn)生的變化。一邊維持高結(jié)合系數(shù)一邊控制變壓比，因此變壓、線圈的形狀到達(dá)了統(tǒng)一的狀態(tài)，從而開發(fā)了每個線圈的L值都能自由控制的構(gòu)造。這種構(gòu)造在LTCC(低溫共燒瓷)構(gòu)造而成，可在變壓器和線圈間的距離為數(shù)十μm的情況下制成。即使在微波頻帶中也可將變壓器的結(jié)合系數(shù)控制在0.7以上。逆轉(zhuǎn)的連接端口把高頻變壓器跟具有10Ω阻抗的天線連接，由于變壓器本身的材料特性產(chǎn)生的插入損耗(插入損耗)比起跟50Ω連接的高頻器件相對較大。因此，一般低頻中使用的具有大L值和阻抗成分的變壓器在高頻下難以使用。為了削減這種阻抗成分并維持變壓比，我們采用了圖1所示的高頻變壓器的構(gòu)造。該構(gòu)造跟普通的變壓器構(gòu)造相反，它將接地連接端口跟天線連接端口完全逆反。因此，才能到達(dá)如圖1所示的變壓比。使用該構(gòu)造的話，因結(jié)合產(chǎn)生的互感M值會反響到變壓器，變壓器中使用的線圈L值會減小，由于高頻變壓器的阻抗成分I.L.可以被抑制得很小。不變的變壓比移動通信天線中使用的通信帶寬以1GHz為界限分為低領(lǐng)域“l(fā)owband〞和高領(lǐng)域“highband〞兩種。開放型天線中一般來說lowband中為天線的根本波而highband中為天線的高頻波。天線部沒有安裝短針等組抗整合功能時，lowband的阻抗為10Ω左右，highband的阻抗為19Ω左右。如果在這樣的天線中安裝一定變壓比的變壓器，是不能只整合一個band的阻抗的。所以，天線用變壓器，必備的設(shè)計需要使變壓比適應(yīng)天線的阻抗頻率特性。這種適應(yīng)方法如圖2所示，是一種將理想的變壓局部和寄生成分局部分解開來的等效電路。此次開發(fā)的變壓器構(gòu)造的寄生成分分為“串聯(lián)L〞和“并聯(lián)L〞兩種。在這之中，串聯(lián)寄生成分可通過增高結(jié)合系數(shù)減少影響，而并聯(lián)寄生成分則可能會發(fā)生“結(jié)合系數(shù)=1〞的情況。必要的小L值設(shè)計的高頻變壓器中，是不可能排除并聯(lián)寄生成分的影響的。但是，可通過控制這種并聯(lián)寄生成分的值使變壓比適應(yīng)天線的阻抗頻率特性。并聯(lián)寄生成分的值可通過轉(zhuǎn)換變壓器線圈的L值來到達(dá)控制。此次，我們就發(fā)現(xiàn)了能夠很好地控制并聯(lián)寄生成分的L值和結(jié)合系數(shù)K的組合。試制外表貼裝元器件有了上述的構(gòu)造，以天線的組抗整合的簡易化為目的試制高頻變壓器并評價。試制品的尺寸為2.0mm×1.25mm×0.6mm的外表貼裝元器件(SMD)(圖3)。在試作品的RF電路側(cè)連接50Ω系的測定器，天線連接側(cè)的阻抗和動畫如圖4所示。試制變壓器將lowband(892MHz)轉(zhuǎn)換成12→50Ω，highband(1940MHz)裝換成了19→50Ω。將普通的LC電路跟天線連接，根據(jù)頻率特性的不同在廣帶寬情況下阻抗整合會變得困難。針對該情況，將本次試制的高頻變壓器跟天線連接，lowband和highband都轉(zhuǎn)換成了最適宜的阻抗。也就是說，工匠圖上的阻抗軌跡有可能變化成阻抗整合容易的形狀。之后通過外部的調(diào)節(jié)元件將阻抗軌跡的相位進(jìn)展微調(diào)，有可能非常容易的就集中在50Ω附近了。(圖5)實(shí)裝評價在將這種高頻變壓器進(jìn)展通信終端實(shí)裝的時候，有什么優(yōu)點(diǎn)，安裝跟不安裝的環(huán)境下對天線特性進(jìn)展比擬和評價。使用市場上的夏普智能手機(jī)「ISW16SH」型號，在LC電路中進(jìn)展阻抗整合時的特性，使用試制高頻變壓器進(jìn)展阻抗整合時的特性，兩者進(jìn)展比擬跟評價。(圖6)ISW16SH機(jī)型在天線局部正下方有USB接口，在嚴(yán)格的條件下通過跟該接口連接對天線的電場進(jìn)展評價。結(jié)果顯示，lowband情況下LC電路和高頻變壓器都不可能到達(dá)「S11<-6dB」(反射損耗1.2dB)。而highband情況下，到達(dá)「S11<-6dB」圍的，如果使用LC電路的話是300MHz，而使用高頻變壓器的話則是500MHz，到達(dá)了66%的改善效果。(圖6(c))。此外，LC電路和高頻變壓器中天線的綜合特性顯示「TotalEfficiency」，lowband的高頻側(cè)也得到了0.6dB的改善效果。(圖6(d))。這種改善效果正是由于帶寬的廣帶寬化和I.L.得到了改善。接下來將針對天線小型化的有效性進(jìn)展檢測。一般來說天線具有改善接地距離的特性。但是，天線占據(jù)空間(排除了GND領(lǐng)域)很大的話天線以外的元器件安裝空間就會受壓迫。天線小型化和縮小天線空間迫在眉睫。當(dāng)天線空間的一局部被GND占據(jù)，對這時候的天線特性的變化進(jìn)展評價。天線空間的寬度為52mm，其中13mm被GND占據(jù)，lowband的特性劣化，變成了跟LC電路等同的TotalEfficiency(圖7(b))。這就意味著實(shí)際上天線空間的面積可減少25%。綜上所述，可證明本次試制的高頻變壓器跟普通的LC電路相比可以改變天線的特性。高頻變壓器的變壓比適應(yīng)了天線的lowband和highband阻抗的實(shí)體，即使是在全頻帶圍，可以說也能夠獲得穩(wěn)定的阻抗整合的特性。我們