中心議題：

• 移動應用的天線設計的複雜化需要靈活的MEMS技術
• 移動終端天線麵臨的挑戰
• 使用RF-MEMS實現可調諧天線

解決方案：

• 使天線變得動態可調諧比較可行
• 解決天線與PA之間不匹配的問題需采用與電容和電感等固定無源器件匹配的阻抗
• 采用多種電路與控製技術來解決幹擾問題
• 利用RF-MEMS的性能和容易集成的優點有助於降低幹擾的影響

針對移動應用的天線設計正變得越來越複雜
，需要靈活的MEMS技術來滿足集成新特性和新應用的要求。
　　
電視接收等新應用和新特性被不斷地集成到無線器件中。此外，無線技術

，包括局域網（Wi-Fi）、寬帶無線接入（WiMAX）

、數字電視（DVB-H）、全球定位係統（GPS）
、超寬帶（UWB）和多重輸入多重輸出（MIMO）等，都有望改善性能
、擴展頻段範圍和增強吞吐量，但同時也對所需天線的成本、尺寸和性能提出重大的挑戰。隨著客戶對無線設備需求的增長
，市調公司Frost &Sullivan預計到2012年
，僅北美一地的移動天線市場就將達到9.053億美元。
　　
meizhonggongzuozaitedingpinduanfanweineidewuxianbiaozhun，douyaoqiutamenzijidetianxianshejinenggoutigongzuiyoudexingneng。chubiaozhundefengwoshepinzhiwai
，zhexiedulidewuxianwangluojinmixianglin
，huiyinqizixiangganraodezengda，xingneng、音yin質zhi或huo數shu據ju率lv的de下xia降jiang，或huo導dao致zhi掉diao線xian。這zhe個ge問wen題ti因yin為wei細xi長chang的de波bo形xing因yin數shu而er變bian得de更geng加jia嚴yan重zhong，即ji將jiang天tian線xian密mi集ji地di放fang在zai一yi起qi並bing交jiao付fu客ke戶hu使shi用yong
，而er比bi吸xi收shou率lv（specific absorption rate，SAR）限製則會影響相同天線的輻射模式和輸出能量（圖1）。
　　
　　

　　
針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)的(de)一(yi)種(zhong)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)使(shi)天(tian)線(xian)變(bian)得(de)動(dong)態(tai)可(ke)調(tiao)諧(xie)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)好(hao)處(chu)很(hen)多(duo)
，包(bao)括(kuo)能(neng)夠(gou)減(jian)小(xiao)獨(du)立(li)天(tian)線(xian)的(de)尺(chi)寸(cun)，並(bing)使(shi)單(dan)個(ge)天(tian)線(xian)成(cheng)為(wei)多(duo)頻(pin)帶(dai)天(tian)線(xian)
，即(ji)單(dan)個(ge)天(tian)線(xian)能(neng)夠(gou)支(zhi)持(chi)多(duo)重(zhong)頻(pin)率(lv)，和(he)/或huo使shi來lai自zi電dian話hua內nei其qi它ta射she頻pin器qi件jian的de近jin場chang幹gan擾rao對dui天tian線xian的de影ying響xiang更geng小xiao。更geng好hao的de是shi，移yi動dong終zhong端duan架jia構gou需xu要yao增zeng加jia額e外wai的de天tian線xian來lai支zhi持chi客ke戶hu不bu斷duan要yao求qiu的de新xin特te性xing和he新xin功gong能neng，而er可ke調tiao的de天tian線xian則ze能neng夠gou去qu除chu對dui額e外wai天tian線xian的de需xu求qiu。
　　
射頻微機電係統（RF-MEMS）是一種新興的技術，它能夠為設計者提供製造可調天線所需的主要組件。使用基於RF-MEMS的有源天線係統，與使用傳統技術實現的器件相比，未來的多頻帶、多特征參量的無線器件將變得更小
、性能更佳、能耗更低。
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移動終端天線的挑戰
無線通信的進步引發了更多關於不同工作環境下天線性能的研究。隨著頻帶更寬的新通信係統的引入，單頻帶的無線終端發展為多頻帶
、duomoshihemuqiandeduogongnengqijian。lingwai，yidongzhongduandechicunyijingsuoxiaodaobiyifupukepaihaiyaoxiao。tongshi
，neizhitianxianyinqimeiguanxiaoqiaoerchengweifasongshebeideshouxuan。suoyouzhexiebianhua，zaijiashangyidongdianhuayonghuduiyuxishounengliangdeyangexianzhi，chanshenglegaijintianxianyifuheriyibianxiaodepingtaidexuqiu。weileyingduizhexietiaozhan，tianxianheyidongzhongduangongyingshangbuduanditupozhexiexianzhi，rangzhexiexiaochicuntianxiankeyizaibutongdepinduanhetongxinmoshixiayouxiaodifasonghejieshoushepinbo（圖2）。
　　

　　
對於天線的選擇，無論內置或外置、小xiao還hai是shi大da，都dou會hui推tui動dong對dui底di板ban設she計ji的de不bu同tong考kao慮lv。通tong常chang來lai說shuo，較jiao大da的de天tian線xian元yuan件jian可ke以yi提ti供gong更geng大da的de增zeng益yi和he更geng寬kuan的de頻pin帶dai響xiang應ying。而er且qie同tong樣yang大da小xiao的de天tian線xian也ye可ke以yi在zai動dong態tai環huan境jing下xia工gong作zuo良liang好hao，比bi如ru當dang一yi個ge無wu線xian設she備bei靠kao近jin人ren的de頭tou部bu的de時shi候hou。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，理li想xiang的de50歐ou姆mu的de發fa送song阻zu抗kang會hui輕qing微wei地di變bian動dong，通tong過guo相xiang應ying的de整zheng體ti輸shu出chu能neng量liang的de微wei小xiao變bian化hua就jiu可ke以yi補bu償chang功gong率lv放fang大da器qi的de輸shu出chu。然ran而er，當dang天tian線xian元yuan件jian較jiao小xiao時shi
，它ta在zai通tong常chang工gong作zuo條tiao件jian下xia可ke能neng表biao現xian良liang好hao，但dan這zhe是shi以yi較jiao低di的de增zeng益yi和he對dui給gei定ding寬kuan帶dai較jiao差cha的de環huan境jing靈ling敏min度du為wei代dai價jia的de。以yi人ren的de頭tou部bu為wei例li

，小xiao尺chi寸cun天tian線xian的de反fan饋kui阻zu抗kang可ke能neng會hui變bian化hua5倍以上
，這迫使係統驅動功率放大器比通常情況下輸出更大來進行補償，從而引起功耗上升、電池壽命縮短。
　　
此外
，將小尺寸天線放在移動電話的PCB板上時，天線的尺寸
、形狀和位置會對其性能產生很大的影響。底板會影響帶寬、fushexiaolvheneizhiyidongdianhuatianxiandebixishoulv。yinci，chulezukangdaikuanzhiwai，tonghuaweizhidefushexiaolvhexishoulvqiangliediyilaiyudianhuadibandecanshu。zhejingchangshiderenmenzaishejizhouqikuaijieshushibeipozhongxinjinxingsheji，youshishenzhihuizaileixingceshizhihoufangong，congertuichilechanpindeliangchanshijian。
　　
SAR限製的考慮
長期以來，移動電話設計者一直在尋找使電話天線能夠在任何情況下都工作良好的輻射方式。然而，因為SAR要求的限製
，例如美國的輻射限製為每克人體組織下的輻射量不超過1.6W/kg
，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)大(da)部(bu)分(fen)發(fa)送(song)能(neng)量(liang)必(bi)須(xu)遠(yuan)離(li)頭(tou)部(bu)來(lai)輻(fu)射(she)
，並(bing)且(qie)如(ru)果(guo)天(tian)線(xian)是(shi)全(quan)方(fang)向(xiang)發(fa)送(song)的(de)
，那(na)麼(me)它(ta)的(de)整(zheng)體(ti)能(neng)量(liang)必(bi)須(xu)很(hen)低(di)。為(wei)了(le)對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，天(tian)線(xian)設(she)計(ji)者(zhe)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)地(di)定(ding)義(yi)組(zu)成(cheng)天(tian)線(xian)的(de)金(jin)屬(shu)的(de)形(xing)狀(zhuang)或(huo)圖(tu)案(an)
，使(shi)天(tian)線(xian)沿(yan)著(zhe)垂(chui)直(zhi)麵(mian)和(he)平(ping)行(xing)麵(mian)輻(fu)射(she)來(lai)減(jian)小(xiao)對(dui)人(ren)體(ti)組(zu)織(zhi)和(he)來(lai)自(zi)於(yu)人(ren)體(ti)組(zu)織(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)。他(ta)們(men)使(shi)用(yong)電(dian)腦(nao)模(mo)型(xing)來(lai)預(yu)測(ce)當(dang)人(ren)們(men)通(tong)話(hua)時(shi)，移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)在(zai)不(bu)同(tong)條(tiao)件(jian)或(huo)位(wei)置(zhi)下(xia)的(de)性(xing)能(neng)。簡(jian)而(er)言(yan)之(zhi)，SAR限製導致對天線輻射能量的設計考慮，並影響到它的形狀
、尺寸和在電話中的位置。
　
匹配和帶寬的考慮
理想的天線應該在任何環境下的所有頻段中都具有50Ωdezukang，danyibanqingkuangxiahenshaoruci，yinweiyaoyongdangetianxianlaizhichiduodaliuzhongdebutongpinduan。tianxianshejizhejingchangshoudaogongzuopinduanxiadexiaolvhechicundengzhiyue。lingyifangmian
，gonglvfangdaqi（power amplifier，PA）製造商總是將他們的放大器設計成驅動50Ω的負載。這給移動電話設計者提出了將天線負載與PA進行匹配的任務。與電容和電感等固定無源器件匹配的阻抗，主要用
　　
於解決天線與PA之zhi間jian不bu匹pi配pei的de問wen題ti。這zhe樣yang的de無wu源yuan網wang絡luo是shi經jing過guo折zhe衷zhong權quan衡heng的de，其qi性xing能neng低di於yu設she計ji值zhi，因yin為wei匹pi配pei網wang絡luo是shi固gu定ding的de
，這zhe限xian製zhi了le它ta們men在zai所suo有you頻pin段duan的de匹pi配pei能neng力li。匹pi配pei網wang絡luo也ye會hui導dao致zhi能neng量liang的de損sun失shi。設she計ji者zhe通tong過guo使shi用yong兩liang個ge或huo多duo個ge窄zhai帶dai放fang大da器qi來lai進jin行xing補bu償chang，每mei個ge窄zhai帶dai放fang大da器qi都dou有you自zi己ji的de天tian線xian匹pi配pei網wang絡luo。
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幹擾問題
當一個天線發送不想要的信號（不論何種頻率）shi，jiuhuifashengganrao
，danbuguanzenyangrengranhuibeilingyigetianxianjieshou。dangyidongdianhuaxianghukaojinshijiuhuifashengganrao，yidongdianhuashejizhezaojiuguanchadaozhegexianxiang
，bingqiecaiyongduozhongdianluyukongzhijishulaijiejueganraowenti。zhidaozuijin，dianhuazaijinxingfengwotonghuashizhishiyongyigetianxian，yexuhaiyoudiergetianxianyongyulanya，erxianzaizekenengyoudisangeyongyuGPS。這些多功能蜂窩電話通常帶有與藍牙和GPS天線隔離的蜂窩天線。隨著新標準和其它特性的出現（圖2），蜂窩電話攜載寬帶，甚至包括CDMA和GSM等競爭技術變得很有必要。再加上藍牙、WiFi和很快將被采用的WiMAX，移動電話設計者所麵對的移動終端上會包含越來越多的天線。隨著UWB和MIMO收發器等個人和局域網技術的長足進步，蜂窩電話開發者已經意識到嚴重的幹擾問題在等著他們。
　　

　　
很早就在向各個方向發送信號的固定係統中觀察到幹擾
，例如WiFi
，當具有同樣能量和頻率的兩個發送器相互靠攏時就會產生幹擾。通常采用時間分配、定向發送、多樣化和/或huo跳tiao頻pin來lai解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。但dan移yi動dong電dian話hua的de設she計ji遠yuan沒mei有you這zhe樣yang高gao的de靈ling活huo性xing
，這zhe是shi因yin為wei器qi件jian的de移yi動dong性xing和he存cun在zai不bu可ke預yu測ce的de其qi它ta幹gan擾rao源yuan，比bi如ru移yi動dong電dian話hua、局域網和藍牙等
，以及小尺寸的移動電話和高接收靈敏度的要求。使用超高Q過濾（SAW、FBAR和/或空腔）來保護接收器免受幹擾
，並且清理發送以盡可能地降低產生幹擾的可能性。不幸的是，這要求每個工作模式/頻段都至少有一對額外的固定濾波器，這(zhe)會(hui)增(zeng)大(da)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)的(de)成(cheng)本(ben)和(he)尺(chi)寸(cun)。這(zhe)些(xie)濾(lv)波(bo)器(qi)所(suo)要(yao)過(guo)濾(lv)的(de)信(xin)號(hao)可(ke)能(neng)來(lai)自(zi)於(yu)同(tong)一(yi)平(ping)台(tai)的(de)其(qi)它(ta)天(tian)線(xian)
，但(dan)是(shi)鄰(lin)近(jin)的(de)天(tian)線(xian)之(zhi)間(jian)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)（圖3）。密集的天線可能會引起天線到天線的直接耦合，這就需要更嚴格的濾波器規範，從而使濾波器的複雜度和成本上升。如果天線與RF路徑耦合
，那麼固定濾波器可能很難起作用

，因為濾波器是無法與RF路徑隔離的，但是PCB屏蔽層有助於將這種耦合效應降到最低。
　　
濾lv波bo器qi和he屏ping蔽bi層ceng可ke以yi有you效xiao地di減jian小xiao幹gan擾rao和he天tian線xian耦ou合he
，但dan是shi它ta們men會hui增zeng大da損sun耗hao和he成cheng本ben
，從cong而er影ying響xiang天tian線xian的de發fa送song性xing能neng。每mei個ge發fa送song路lu徑jing上shang的de損sun耗hao可ke以yi高gao達da1-2dB。這再一次要求用PA來更為困難地進行補償。
　　
天線調諧
一yi個ge寬kuan帶dai天tian線xian被bei設she計ji成cheng工gong作zuo在zai所suo需xu頻pin帶dai時shi狀zhuang態tai最zui佳jia，它ta在zai目mu標biao頻pin帶dai內nei工gong作zuo並bing進jin行xing優you化hua，但dan它ta的de效xiao率lv低di於yu單dan頻pin帶dai天tian線xian。此ci外wai，將jiang小xiao尺chi寸cun的de內nei置zhi天tian線xian用yong於yu具ju有you細xi長chang的de波bo形xing因yin數shu的de移yi動dong電dian話hua
，會hui使shi性xing能neng進jin一yi步bu下xia降jiang。將jiang小xiao尺chi寸cun天tian線xian放fang在zai調tiao諧xie網wang絡luo中zhong進jin行xing調tiao節jie，是shi提ti升sheng其qi多duo頻pin帶dai性xing能neng的de一yi種zhong方fang法fa。使shi用yong變bian容rong二er極ji管guan等deng可ke變bian器qi件jian可ke以yi在zai某mou一yi頻pin帶dai內nei對dui天tian線xian進jin行xing調tiao諧xie。通tong過guo測ce試shi和he建jian模mo可ke以yi獲huo取qu變bian容rong二er極ji管guan在zai多duo頻pin帶dai內nei工gong作zuo的de最zui優you值zhi，然ran後hou可ke以yi用yong軟ruan件jian來lai提ti取qu這zhe些xie值zhi，並bing放fang入ru所suo需xu網wang絡luo中zhong。
　
tianxiantiaoxiekeyigaishankuandaidexingneng。danbuxingdeshi，youyutiaoxietianxiandexiaoguobibushangziranxiezhendetianxian，suoyitiaoxiehuijiangdixingneng。zheshiyinweitiaoxiewangluobenshenhuidailaiewaidesunhao。
　　
總而言之
，幹擾的耦合、細長的波形因數、內置天線、SAR限製和不斷增加的多頻帶/多duo功gong能neng選xuan擇ze
，使shi蜂feng窩wo電dian話hua天tian線xian解jie決jue方fang案an的de開kai發fa成cheng為wei一yi個ge非fei常chang複fu雜za的de難nan題ti。無wu線xian移yi動dong電dian話hua的de設she計ji者zhe已yi經jing在zai這zhe些xie限xian製zhi條tiao件jian下xia開kai發fa出chu終zhong端duan，並bing將jiang繼ji續xu開kai發fa下xia去qu。同tong時shi，無wu線xian應ying用yong的de前qian景jing明ming確que地di要yao求qiu有you一yi種zhong新xin方fang法fa能neng夠gou滿man足zu顧gu客ke和he攜xie帶dai者zhe的de需xu求qiu。
　
使用 RF-MEMS
EMS的使用從1970年就開始了
，當時是汽車產業首先用它們作為壓力傳感器。後來
，汽車產業將MEMS用作碰撞安全氣囊的加速度傳感器。今天，基於MEMS的器件已經在寬屏電視、移動電話麥克風和GPS工具中找到了用武之地。
　　

對於RF應用而言，MEMS器件非常有希望用作現有方案的小尺寸
、高性能替代選擇，並降低材料的成本，而且還是實現更密集功能集成的一種途徑。不斷成長的移動電話市場

，與不斷演化的多頻帶/多模態電話問題一起，已經使多功能無線器件設計者對用MEMS來解決他們所麵臨的嚴重問題產生了濃厚的興趣。
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RF-MEMS器件有許多形狀和形式。有些像懸臂橋的微型版本
，而另一些則可能模仿蹦床（圖4）。它們的幾何尺寸通常為數十到數百微米。這樣的尺寸使這些器件非常有吸引力
，因為它們使得在1 mm2或更小的空間內實現複雜的電路解決方案成為可能。此外
，可以改變MEMS來實現各種不同的可調微應用
，比如濾波器和放大器。
　　
可調天線和MEMS
通(tong)常(chang)將(jiang)離(li)散(san)的(de)固(gu)定(ding)天(tian)線(xian)調(tiao)諧(xie)用(yong)於(yu)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)中(zhong)，從(cong)而(er)使(shi)給(gei)定(ding)天(tian)線(xian)適(shi)合(he)每(mei)個(ge)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)平(ping)台(tai)，但(dan)是(shi)經(jing)常(chang)無(wu)法(fa)對(dui)不(bu)同(tong)頻(pin)帶(dai)和(he)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)負(fu)載(zai)進(jin)行(xing)最(zui)優(you)匹(pi)配(pei)。這(zhe)會(hui)使(shi)得(de)天(tian)線(xian)的(de)最(zui)大(da)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di)、發送能耗上升、接收靈敏度下降。長期以來
，GaAs變容二極管等可變的RF組件在某些應用中一直表現良好。
　　
raner，yinweibukejieshoudecharusunhaoheyoucidaozhidedianluxianxingduxiajiang，shitamenwufayingyongdaoketiaoxieqianduanhetianxianzhong。suoyiduiyusuoyouzhijieouhedaotianxianshangyuanjianeryan
，xianxingdufeichangguanjian，yinweimeiyoulvboqilaiqinglifasongxinhaohuofangzhijieshouxinhaobeifasongxinhaotiaozhi。
　　

　　
通過使用數字選擇方式的MEMS電容器件，MEMS數字可調ICtigongleyizhongtidaibianrongerjiguandegaoxingnengxuanze。zhexieketiaojiedianrongqidejianzaokaishiyulianggejinshuban，qizhongyigezaiguixinpianbiaomian
，zaiqishangfangjiweimichuzexuanfuzhelingyige。tongguogaibianzhelianggejinshubanzhijiandejulikeyitiaojietamenzhijiandedianrong，erliyongwaijiajingdianchangdexiyinliyishixuanfudejinshubanshangxiayidong，zekeyihenjingquedigaibiandianrongzhi。zhexiedianrongyuanjiandezhenliezuchengtiaoxiejuzhen，keyiyonglaihenjingquedikongzhidianrongxitong。shijishang，duibianrongerjiguanjinxingjingquedeshuzijinsiyijingchengweikeneng
，erqiehaijuyoujinhuwanmeidexianxingduhebichuantongmonijiejuefangangengkuandetiaoxiefanwei。
　　
天線調諧器件的一種應用方法是采用一個諧振或阻抗可調（RLC）電路
，以使可變電容能夠調節功率放大器和天線之間的複雜阻抗。基本的方法如圖5所示
，其中通過RF-MEMS技術將可調電容和精確電感集成到一起。
　　
RF-MEMS的開發人員正在努力證明基於RF-MEMS的可調IC將變成移動電話的主要組件。可調天線器件是它的一個關鍵應用
，因為可以利用RF-MEMS的性能和容易集成的優點。這種解決方案有助於降低幹擾的影響，同時可以使一個尺寸更小的多頻帶天線在大多數情況下都工作良好。
　　
RF-MEMS產品有望為移動電話的設計方式帶來巨大的變化。利用RF-MEMS技術能夠生產出小尺寸
、低成本、高性能的可調諧RF IC
，它可以實現多種功能，包括高效率的可調放大器、可調濾波器和智能天線等。