革新LTE天線收發效能 MEMS調諧方案吸睛

作者: 蘇宇庭
2014 年 11 月 06 日

微機電系統(MEMS)天線調諧(Antenna Tuning)元件來勢洶洶。目前長程演進計畫(LTE)採用頻段多達四十種以上,各個頻段波長不一,對天線的收發效能也有不同程度的影響,因此射頻(RF)元件商正積極開發天線調諧方案,藉此將天線調整到準確的匹配電路,進而提升訊號收發品質;其中,Cavendish Kinetics更開發出幾近零插入損耗(Insertion Loss)的MEMS天線調諧技術,技壓主流的天線調諧開關方案。



Cavendish Kinetics產品行銷副總裁Lars Johnsson指出,相較於傳統天線調諧開關,MEMS天線調諧技術能大幅提升天線在非峰值LTE頻段的收發效能,進而降低射頻前端系統訊號損失。



Cavendish Kinetics產品行銷副總裁Lars Johnsson表示,現今的LTE高階智慧型手機,雖然廣納各種先進功能,但其射頻系統收發效能卻比1990年代天線裸露在外的手機降低了50%以上,主要原因可歸咎於天線損耗(Antenna Loss)。


事實上,LTE訊號要進入到基頻(Baseband)處理器,尚須經過天線、天線開關、濾波器、功率放大器(PA)、收發器(Transceiver)等元件,在一路「過關斬將」之後,訊號損失平均會達到75%;而其中,有高達80%的訊號損失係由天線損耗所造成。


Johnsson進一步解釋,現今智慧型手機追求輕薄設計,天線尺寸及擺放的空間有限,因此效能容易受到外力干擾;另一方面,隨著行動通訊一路演進到LTE技術,天線所應對的頻段數量激增,目前第三代合作夥伴計畫(3GPP)定義的LTE頻段已多達四十種以上,為天線設計帶來艱鉅的挑戰,因此如何改善LTE天線的收發效能,就成了射頻前端系統開發的重要考驗。


為解決上述難題,射頻元件開發商正戮力精進天線調諧技術。事實上,天線雖然可被設計用來對應特定區間的頻段,但只有在頻率波長與天線長度旗鼓相當時,才能發揮最佳效能;因此,天線調諧技術的目的即在調整天線的匹配電路,使其可對應各種LTE頻段,進而提升收發效率。


目前,最主流的天線調諧方案是天線調諧開關,包括Peregrine、Skyworks、RFMD、村田製作所(Murata)都是主要的供應商。不過,Johnsson指出,天線調諧開關僅能提升天線在非峰值頻段中約25%的效能,且這種元件的插入損耗仍將影響天線的收發效率;而以MEMS製程開發的天線調諧元件則能帶來幾乎零損耗的表現,同時達到優於天線調諧開關三倍的效能。


據了解,Cavendish Kinetics的MEMS天線調諧方案–SmarTuners,係在天線外加一顆小型電容,用以增加或移除天線上的電荷(Charge),藉由此過程,天線的電子特性及諧振頻率會發生變化,並依照目前射頻前端系統操作的頻段,調整到最佳的調諧電路,進而改善收發表現,減少訊號損失;而SmarTuners與市面上高階的天線調諧開關相較,後者產生的訊號損失將高於前者四倍。


Johnsson透露,目前Cavendish Kinetics的MEMS天線調諧方案已經打入中國智慧型手機品牌–努比亞的供應鏈,用於最新發表的高階LTE智慧型手機中,且Cavendish Kinetics亦與全球約75%的智慧型手機原始設備製造商(OEM)密切合作中,期能大幅革新下一代智慧型手機的天線調諧技術。

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