东芝新天线技术，将智能手机天线尺寸减小20％并自动补偿频率偏移

2016-11-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

东芝2014年7月10日在IEEE于美国田纳西州举行的天线及电波传播学会“Antennasand Propagation Society(AP-S)”上,发表了将智能手机等的天线比原来减小约20%的“自动匹配天线”技术。该技术计划以2016年度为目标实用化。开发首先瞄准智能手机等移动通信系统,还考虑向可穿戴设备及基础设施监测用传感器网络扩展。

一般而言,天线面积变小后,天线效率(天线增益×辐射效率)就会下降。其原因在于天线效率达到峰值的频带宽度变窄。尤其是智能手机等,当手部等接近天线时,功率电波的频率就会发生偏移。天线越小,偏移带来的影响就越大,容易导致天线效率大幅下降(图1)。因此,天线不能小于一定尺寸。

东芝新天线技术，将智能手机天线尺寸减小20％并自动补偿频率偏移HFSS仿真分析图片1

图1:通过自动匹配来补偿伴随天线小型化而出现的效率降低
智能手机等在手部接近天线时功率电波的频率会发生偏移。天线越小,其影响就越大,容易导致天线效率大幅下降。(图片由《日经电子》根据东芝的资料制成)

用MEMS改善天线效率

为此,东芝开发出了可补偿频率偏移、并将其调整到通信信道的自动匹配天线。相关技术的大致构成如图2所示。当手部等接近天线,“天线效率检测电路”就会检测效率的变化。然后,“控制电路”执行改善天线效率的运算,控制位于天线与无线收发机之间的“匹配电路”,对频率偏移做出补偿。

匹配电路内部嵌有东芝开发的MEMS可变电容器,通过调整其静电容量来实施频率偏移的补偿。通过导入该机制,即使将天线比原来减小20%,也可确保同等的天线效率注1)。

注1)同样的技术已部分实用化,但已有技术在检测天线效率变化上采用“耦合器方式”。该方式存在可检测的电波频带有限,以及检测时的功耗较大等课题。东芝此次采用“探测器方式”,与耦合器方式相比,可检测广泛带宽的频带,而且功耗也较小。

普通通信系统在天线效率下降后通过增大发送功率来保持通信品质。也就是说,通过自动匹配功能来改善天线效率,便可降低发送功率(图3)。与不具备自动匹配功能的天线相比,发送功率最大可降低30%注2)。另外,东芝已试制出配备自动匹配功能的LTE/3G用天线模块,今后预定将该模块电路集成到1个IC中推出产品。(记者:中岛募,《日经电子》)

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