智能手机进入全面屏时代又将如何克服射频前端设计挑战.doc

《智能手机进入全面屏时代又将如何克服射频前端设计挑战.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、智能手机进入全面屏时代又将如何克服射频前端设计挑战　　智能手机进入全面屏时代未来几代智能手机的目标是设计和构建具有吸引力的用户体验的下一代智能手机。这些下一代设备必须能够兼具有吸引力的外形和提供高性能连接的能力。射频（RF）工程师面临的挑战是在不牺牲RF性能的情况下实现下一代智能手机的设计。本文提供了克服这一挑战的方法，特别是在全屏智能手机的情况下的射频前端设计挑战。　　智能手机制造商正在推出具有边缘到边缘显示屏和18：9宽高比屏幕的全新手机。外形尺寸因素是通过减少天线可用空间来实现的，但这会影响天线性能，可能会导致问题，包括更短

2、的电池寿命，连接问题和更低的数据速率。整个射频前端的Tx和Rx路径需要提高性能，以补偿天线影响并保持总辐射功率和Rx接收灵敏度的要求。　　天线空间受限的问题　　制造商正在转向“全屏”设计，边缘到边缘的显示屏几乎占据整个手机面的智能手机。与此同时，媒体格式要求正在推动屏幕宽高比从16：9变为18：9。　　这些更改减少了可用于天线的空间，天线必须位于屏幕占用的区域之外。天线面积缩小高达50％，屏幕顶部和底部的边框从高度7-8毫米减少到3-4毫米（图1a）。由于长宽比变化，手机也变得越来越窄（图1b），因此天线必须更短。　　　　图1a，

3、b。　　图1a，b。全屏设计缩小了天线可用的边框区域。由于转换为18：9宽高比，手机也变得更窄。　　更少天线的更多天线　　这个问题越来越严重，智能手机中天线的典型数量从2-4增加到4-6，甚至可能会更多，而天线可用空间在缩小（如所示图2）。但是手机需要更多的天线，以使用多种方式来提供更高的数据速率，包括多频带载波聚合（CA，carrieraggregation），4x4LTEMIMO，Wi-FiMIMO以及增加新的5G频段。另外，随着600MHz频段的增加，频谱范围在不断扩大，高频段的频率在3GHz以上即将投入使用。　　　　图2.

4、手机需要在更小的空间内容纳更多的天线　　图2.全屏幕是更大问题的一部分：手机需要在更小的空间内容纳更多的天线　　天线性能影响　　天线面积和长度的减小都会影响天线的性能。减小天线面积会大大降低天线效率（如图3a所示）。天线的带宽也会随之降低，这使得特定频段的效率优化变得更加困难（图3b）。天线的影响可以显著降低Tx和Rx的性能，导致电池寿命缩短，连接不良，工作范围缩小以及数据速率降低等问题。　　　　图3a，b。　　图3a，b。减少天线面积会影响天线效率和带宽。　　克服挑战　　由于全屏设计，较低的天线效率和带宽直接影响关键的发射和接收

5、RF性能指标，如：总辐射功率（TRP，TotalRadiatedPower）和接收（Rx）灵敏度。补偿这些影响需要在射频前端（RFFE，RFfrontend）内的整个Tx和Rx通道中提高性能。　　集成模块是实现这些性能改进的关键，同时还可以在分配给射频前端（RFFE，RFfrontend）的有限空间内继续添加新的RF功能。将各个组件集成到模块中可减少由板上匹配引起的信号损失。集成还有助于制造商简化和加速手机的设计和开发。简化的设计和改进的性能降低了不能满足产品发布目标日期和违反运营商性能规定等的风险。　　下面我们回顾一下工程师可以

6、用来解决全屏幕挑战的关键设计方法。　　增加总辐射功率（TRP，TotalRadiatedPower）　　为了增加TRP，有必要最大化Tx路径中关键组件的性能（如图4所示）。这些包括功率放大器（PA），滤波器和天线调谐器。　　　　图4.RF通路中影响TRP的组件模块　　图4.RF通路中影响TRP的组件模块。　　先进的功率放大器增加输出的线性功率和效率　　提高PA输出功率是提供更高总辐射功率（TRP，TotalRadiatedPower）的关键第一步。面临的挑战是增加功率放大器的输出功率，同时保持线性，最大限度地减少电流消耗并避免散热

7、问题。　　随着业界采用新的PowerClass2（HighPerformanceUserEquipment，高性能用户设备）标准，提高功率输出变得更加重要。功率等级2规范将天线处的输出功率翻倍至26dBm，以克服高频频率下更大的电波传播损耗。移动运营商开始使用PowerClass2来增加41频段的覆盖范围。　　需要先进的制造工艺和封装技术才能实现功率放大器的更高功率输出，线性度，效率和散热性能等设计目标。HBT5GaAs工艺提供业界领先的线性功率输出和功率附加效率（PAE，poweraddedefficiency）。与早期的工艺相

8、比，HBT5还提供了显著提高的平均寿命改进，这允许在更高的电流密度下工作以增加功率放大器的增益和功率效率。先进的封装加强了散热性能，使用铜柱可有效地散发较输出高功率水平下所产生的热量。　　Gen-5RFFlex射频前端模块产品组合集成了功率放大器，