近年來安裝在移動通信終端的移動通信天線的設計難度逐漸增高。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。另一方麵
，由於二次電池等大型化的因素，可使用空間（天線/領域）縮小了。因此
，天線的小型化成了當務之急。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係）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。

 

 

目前在實施阻抗整合時
，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，整合阻抗後的天線Q值會劣化，頻帶寬會減小。

 

這裏阻抗轉換時對於頻率特性難以呈現的材料來說，就以主要在低頻領域中使用的變壓器來舉例吧。變壓器是通過結合磁場的2個線圈（變壓器、線圈）的電感（L值）的比率達到變換阻抗，所以不能保障理想狀態下的頻率特性。因此我們考慮到將其使用到阻抗的整合當中。

 

 

移動通信的天線中使用變壓器會遇到3點問題。

 

（1）微波頻段中由於“磁性材料的滲透性≒1”
，因此很難達到高結合係數；

 

（2）天線的輸入阻抗很小會導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。而我們通過獨有的方法解決了這一問題。

 

結合係數是指構成變壓器的2個變壓器、線圈間的距離以及由線圈導致的磁束形狀相關性而產生的變化。一邊維持高結合係數一邊控製變壓比，因此變壓
、線圈的形狀達到了統一的狀態，從而開發了每個線圈的L值都能自由控製的構造。

 

這種構造在LTCC（低溫共燒陶瓷）內構造而成
，可在變壓器和線圈間的距離為數十μm的情況下製成。即使在微波頻帶中也可將變壓器的結合係數控製在0.7以上。

 

 

把高頻變壓器跟具有10Ω阻抗的天線連接，由於變壓器本身的材料特性產生的插入損耗（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並維持變壓比，我們采用了圖1所示的高頻變壓器的構造。該構造跟普通的變壓器構造相反，它將接地連接端口跟天線連接端口完全逆反。因此

，才能達到如圖1所示的變壓比。使用該構造的話，因結合產生的互感M值會反應到變壓器，變壓器中使用的線圈L值會減小，由於高頻變壓器的阻抗成分I.L.可以被抑製得很小。

  

 

                                                   

 

移動通信天線中使用的通信帶寬以1GHz為界限分為低領域“low band”和高領域“high band”兩種。開放型天線中一般來說low band中為天線的基本波而high band中為天線的高頻波。天線內部沒有安裝短針等組抗整合功能時
，low band的阻抗為10Ω左右，high band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
，是不能隻整合一個band的阻抗的。所以，天線用變壓器

，必備的設計需求是要使變壓比適應天線的阻抗頻率特性。這種適應方法如圖2所示，是一種將理想的變壓部分和寄生成分部分分解開來的等效電路。

 

 

 

此次開發的變壓器構造的寄生成分分為“串聯L”和“並聯L”兩種。在這之中，串聯寄生成分可通過增高結合係數減少影響，而並聯寄生成分則可能會發生“結合係數=1”的情況。必要的小L值zhi設she計ji的de高gao頻pin變bian壓ya器qi中zhong，是shi不bu可ke能neng排pai除chu並bing聯lian寄ji生sheng成cheng分fen的de影ying響xiang的de。但dan是shi，可ke通tong過guo控kong製zhi這zhe種zhong並bing聯lian寄ji生sheng成cheng分fen的de值zhi使shi變bian壓ya比bi適shi應ying天tian線xian的de阻zu抗kang頻pin率lv特te性xing。並bing聯lian寄ji生sheng成cheng分fen的de值zhi可ke通tong過guo轉zhuan換huan變bian壓ya器qi線xian圈quan的deL值來達到控製。此次，我們就發現了能夠很好地控製並聯寄生成分的L值和結合係數K的組合。

 

 

有了上述的構造
，以天線的組抗整合的簡易化為目的試製高頻變壓器並評價。試製品的尺寸為2.0mm×1.25mm×0.6 mm的表麵貼裝元器件（SMD）（圖3）。在試作品的RF電路側連接50Ω係的測定器，天線連接側的阻抗和動畫如圖4所示。試製變壓器將low band（892MHｚ）轉換成12→50Ω
，high band(1940MHｚ)裝換成了19→50Ω。 

 

 

 

 

 

將普通的LC電路跟天線連接，根據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，將本次試製的高頻變壓器跟天線連接
，low band和high band都dou轉zhuan換huan成cheng了le最zui合he適shi的de阻zu抗kang。也ye就jiu是shi說shuo，工gong匠jiang圖tu上shang的de阻zu抗kang軌gui跡ji有you可ke能neng變bian化hua成cheng阻zu抗kang整zheng合he容rong易yi的de形xing狀zhuang。之zhi後hou通tong過guo外wai部bu的de調tiao節jie元yuan件jian將jiang阻zu抗kang軌gui跡ji的de相xiang位wei進jin行xing微wei調tiao
，有you可ke能neng非fei常chang容rong易yi的de就jiu集ji中zhong在zai50Ω附近了。（圖5）

 

 

在將這種高頻變壓器進行通信終端實裝的時候，有什麼優點
，安裝跟不安裝的環境下對天線特性進行比較和評價。

 

使用市場上的夏普智能手機「ISW16SH」型號
，在LC電路中進行阻抗整合時的特性
，使用試製高頻變壓器進行阻抗整合時的特性，兩者進行比較跟評價。（圖6）

 

 

 

ISW16SH機型在天線部分正下方有USB接口
，在嚴格的條件下通過跟該接口連接對天線的電場進行評價。

 

結果顯示，low band 情況下LC電路和高頻變壓器都不可能達到「S11＜－6dB」(反射損耗1.2dB)。而high band情況下，達到「S11＜－6dB」範圍的，如果使用LC電路的話是300MHz，而使用高頻變壓器的話則是500MHz
，達到了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「Total Efficiency」，low  band的高頻側也得到了0.6dB的改善效果。（圖6(d)）。這種改善效果正是由於帶寬的廣帶寬化和I.L.得到了改善。

 

接下來將針對天線小型化的有效性進行檢測。一般來說天線具有改善接地距離的特性。但是，天線占據空間（排除了GND領域）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。當天線空間的一部分被GND占據，對這時候的天線特性的變化進行評價。天線空間的寬度為52mm，其中13mm被GND占據
，low band的特性劣化，變成了跟LC電路等同的Total Efficiency（圖7(b)）。這就意味著實際上天線空間的麵積可減少25%。

 

 

 

綜上所述，可證明本次試製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了天線的low band和high band阻抗的實體
，即使是在全頻帶範圍內
，可以說也能夠獲得穩定的阻抗整合的特性。

 

我們會將本次開發的設備產品化。此設備將被視為繼電感器和電容器之後“第三的阻抗整合器件”而(er)被(bei)活(huo)用(yong)。此(ci)設(she)備(bei)是(shi)使(shi)用(yong)了(le)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)被(bei)動(dong)元(yuan)器(qi)件(jian)。像(xiang)電(dian)感(gan)器(qi)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)一(yi)樣(yang)

，不(bu)像(xiang)使(shi)用(yong)了(le)轉(zhuan)換(huan)開(kai)關(guan)等(deng)能(neng)動(dong)器(qi)件(jian)一(yi)樣(yang)有(you)競(jing)爭(zheng)力(li)，但(dan)它(ta)親(qin)和(he)性(xing)很(hen)高(gao)。它(ta)對(dui)應(ying)攜(xie)帶(dai)終(zhong)端(duan)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)化(hua)，而(er)天(tian)線(xian)今(jin)後(hou)必(bi)定(ding)是(shi)會(hui)進(jin)化(hua)的(de)，我(wo)們(men)堅(jian)信(xin)該(gai)設(she)備(bei)今(jin)後(hou)必(bi)將(jiang)為(wei)此(ci)進(jin)化(hua)作(zuo)出(chu)貢(gong)獻(xian)。