盡管有聲音說(shuō)近年來(lái)手機(jī)革命性變革已不多，但仍然有廠商的突破讓人眼前一亮。 近日，在榮耀Magic5系列手機(jī)的發(fā)布會(huì)上，榮耀CEO趙明表示：“Magic5 Pro和至臻版搭載自研、業(yè)界首顆射頻增強(qiáng)芯片C1，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)傳統(tǒng)信號(hào)弱勢(shì)場(chǎng)景的全面優(yōu)化”[1]。從發(fā)布會(huì)信息看，Magic5 Pro手機(jī)抓住了出電梯后快速回網(wǎng)、地庫(kù)弱信號(hào)增強(qiáng)等痛點(diǎn)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，給用戶帶來(lái)良好的5G信號(hào)體驗(yàn)。

榮耀對(duì)于射頻性能的關(guān)注，使大家重新審視“通信”這個(gè)手機(jī)里本該最基本的功能。 雖然智能手機(jī)是以無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能設(shè)備，但通信技術(shù)往往只是“背后英雄”。華為、vivo、OPPO、小米等廠商都發(fā)布過(guò)射頻信號(hào)優(yōu)化技術(shù)，不過(guò)相比于看起來(lái)高高在上的射頻技術(shù)，讓用戶更愿意為之買(mǎi)單的，可能還是那顆幾nm工藝的CPU。

從榮耀的新機(jī)發(fā)布看，手機(jī)廠商好像找到了更好的優(yōu)化方法：與其堆砌用戶聽(tīng)不懂的高深技術(shù)，還不如在用戶使用的場(chǎng)景中做增強(qiáng)和優(yōu)化，切實(shí)改善用戶使用體驗(yàn)。

在用戶的這些體驗(yàn)中，“連網(wǎng)不掉線”無(wú)疑是最重要的體驗(yàn)之一。于是，我們就圍繞“射頻增強(qiáng)”這一話題，談?wù)動(dòng)惺裁此悸房梢詫?shí)現(xiàn)“射頻增強(qiáng)”。

無(wú)線通信的“鏈路”

在分析無(wú)線射頻信號(hào)時(shí)，通常采用“鏈路預(yù)算（Link Budget）”的方式來(lái)計(jì)算鏈路中各路徑的損耗及各節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。無(wú)線通信的“鏈路”是指無(wú)線信號(hào)傳輸過(guò)程互相連接的各段路徑。

在手機(jī)到基站的通信過(guò)程中，射頻信號(hào)主要通過(guò)以下路徑：

手機(jī)中收發(fā)機(jī)發(fā)出的射頻信號(hào)被功率放大器放大，并通過(guò)濾波器、天線開(kāi)關(guān)等通路損耗后，在手機(jī)天線測(cè)試口達(dá)到協(xié)議所規(guī)定的傳導(dǎo)功率；

傳導(dǎo)信號(hào)經(jīng)過(guò)天線損耗后，經(jīng)天線輻射發(fā)出；

手機(jī)發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的空間距離后，到達(dá)基站天線處；

由于基站天線可提供一定的定向增益，所以信號(hào)等效被天線增益所放大，形成基站側(cè)傳導(dǎo)功率；

傳導(dǎo)功率再經(jīng)過(guò)一定的路徑損耗后，進(jìn)入基站接收通路進(jìn)行處理。

以上路徑可以用下圖表示。



圖1：手機(jī)發(fā)射信號(hào)被基站所接收的通信鏈路示意圖

在以上路徑中，傳導(dǎo)功率一般為定值。所以若需要在手機(jī)側(cè)做改進(jìn)，改善輻射功率，從而改善進(jìn)入基站的接收信號(hào)強(qiáng)度，就需要減少線路損耗及天線損耗。

同理，手機(jī)作為接收、基站作為發(fā)射有相類(lèi)似的傳輸路徑。在基站到手機(jī)的通信過(guò)程中，射頻信號(hào)主要通過(guò)以下路徑：

基站中收發(fā)機(jī)的功率經(jīng)過(guò)功率放大、路線損耗，進(jìn)入基站天線；

基站天線提供定向的增益，將信號(hào)等效在特定方向輻射，達(dá)到EIRP（等效全向輻射功率）指標(biāo)；

信號(hào)經(jīng)過(guò)空間路徑損耗，被手機(jī)天線獲??；

手機(jī)天線一般不能提供定向增益，信號(hào)經(jīng)天線接收損耗后成為傳導(dǎo)功率；

傳導(dǎo)功率經(jīng)過(guò)一定的路徑損耗后，進(jìn)入手機(jī)接收通路進(jìn)行處理。

以上路徑可以用下圖表示。



圖2：基站發(fā)射信號(hào)被手機(jī)所接收的通信鏈路示意圖

在以上路徑中，基站所發(fā)出的EIRP功率，及終端所接收的信號(hào)強(qiáng)度功率是手機(jī)接收路徑的兩個(gè)主要功率值。在基站EIRP指標(biāo)確定、路徑距離確定的情況下，可通過(guò)減少天線損耗、線路損耗，來(lái)增強(qiáng)終端接收信號(hào)強(qiáng)度。

以上為手機(jī)與基站通信時(shí)的基本路徑。雖然在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)有多個(gè)頻段和模式同時(shí)工作、5G/4G/3G不同模式對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度需求不同等具體實(shí)現(xiàn)和計(jì)算，但傳輸路徑與上述過(guò)程基本相同。

“信號(hào)增強(qiáng)”的方法

了解了以上鏈路，就可以針對(duì)性的做“信號(hào)增強(qiáng)”。以手機(jī)角度考慮，在信號(hào)增強(qiáng)的處理中，主要分為以下三種處理方式：

發(fā)射信號(hào)增強(qiáng)

接收信號(hào)增強(qiáng)

傳輸匹配增強(qiáng)

發(fā)射信號(hào)增強(qiáng)

觀察圖1所示手機(jī)發(fā)射路徑，手機(jī)在發(fā)射時(shí)，傳導(dǎo)功率與輻射功率是兩個(gè)重要的功率指標(biāo)。

傳導(dǎo)功率通常是指，將手機(jī)發(fā)射功率直接接入儀表這種方式得到的功率值，目的是了解手機(jī)發(fā)射功率的能力。由于傳導(dǎo)測(cè)試通路穩(wěn)定，所以指標(biāo)清晰，3GPP等協(xié)議組織所發(fā)布的眾多指標(biāo)也是以傳導(dǎo)測(cè)試方法作為標(biāo)準(zhǔn)。

輻射功率是指手機(jī)在接入天線之后，向外輻射的功率大小。輻射功率測(cè)試更接近于實(shí)際使用環(huán)境，但由于測(cè)試受天線設(shè)計(jì)、天線阻抗的影響較大，同時(shí)，影響輻射功率測(cè)試準(zhǔn)確度的因素也比較多，比如測(cè)試環(huán)境中的探頭補(bǔ)償，轉(zhuǎn)臺(tái)精度，暗室吸波材料質(zhì)量等，這些都導(dǎo)致輻射功率的測(cè)試實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加復(fù)雜。

圖3：傳導(dǎo)和輻射測(cè)試 既然傳導(dǎo)功率和輻射功率是影響手機(jī)發(fā)射信號(hào)的兩個(gè)重要指標(biāo)，那如何才能增強(qiáng)這兩個(gè)功率的大小呢？

傳導(dǎo)功率的增強(qiáng)

雖然傳導(dǎo)功率提升會(huì)對(duì)手機(jī)發(fā)射信號(hào)的傳輸距離有直接的提升，但由于功率提升會(huì)帶來(lái)對(duì)人體的輻射、對(duì)其他通信設(shè)備的干擾等問(wèn)題，協(xié)議一般對(duì)手機(jī)的傳導(dǎo)功率進(jìn)行嚴(yán)格的限制。

以5G手機(jī)為例，3GPP規(guī)定手機(jī)有PC3、PC2、PC1功率，PC為Power Class的縮寫(xiě)。下表為3GPP協(xié)議中對(duì)不同頻段可以發(fā)射的功率等級(jí)，及這些功率等級(jí)的功率定義[2]。

圖4：3GPP規(guī)定的5G手機(jī)發(fā)射的功率值

以中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商均推薦支持的n3頻段為例，此頻段手機(jī)發(fā)射的傳導(dǎo)功率在23dBm，容限是+/- 2dB，即此頻段手機(jī)傳導(dǎo)功率需要限制在21~25dBm之間，想發(fā)射更大的功率是不可能的。所以，是沒(méi)辦法通過(guò)大幅度的提升傳導(dǎo)功率，來(lái)讓手機(jī)的發(fā)射信號(hào)變得更強(qiáng)的。

不過(guò)，即使是3GPP所定義的功率范圍，也是有容限的。比如在上表中，大部分頻段的上下限之間差別在4dB。以3dB就是功率差一倍簡(jiǎn)單估計(jì)，同樣是PC3功率，靠近上限的手機(jī)是靠近下限的手機(jī)發(fā)射功率的兩倍，也是一個(gè)較為可觀的值了。

但手機(jī)發(fā)射大功率需要較大的電流支撐，這對(duì)電池是一個(gè)壓力。對(duì)于手機(jī)廠商來(lái)說(shuō)，不得不在強(qiáng)信號(hào)和長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間做個(gè)折衷。射頻器件供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的高效率PA可以來(lái)解決這個(gè)折衷問(wèn)題。高效率PA可以在足夠小的電流下，發(fā)射出足夠大的功率來(lái)，從而使手機(jī)發(fā)射功率可以更加靠近于協(xié)議上限，發(fā)射性能得以增強(qiáng)。

另外，優(yōu)化路徑損耗，可以減小PA到傳導(dǎo)天線測(cè)試口之間損失的能量，同樣可以在電流限定的情況下，使傳導(dǎo)能量有所增加。

輻射功率的增強(qiáng)

輻射功率是手機(jī)中的重要性能參數(shù)，決定了真實(shí)場(chǎng)景下手機(jī)的通信能力，所以移動(dòng)終端廠商、運(yùn)營(yíng)商以及某些強(qiáng)制認(rèn)證中都會(huì)著重要求此指標(biāo)能力。

輻射功率的重要衡量參數(shù)是TRP（TotalRadiated Power，全向輻射功率），TRP的計(jì)算為傳導(dǎo)功率乘以天線輻射效率，計(jì)算公式為： ?



當(dāng)傳導(dǎo)功率一定時(shí)，輻射功率主要由天線效率決定。

隨著5G手機(jī)支持頻段越來(lái)越多，并且隨著屏幕面積的進(jìn)一步縮小，天線的輻射效率也受到明顯影響。下圖為Qorvo展示的5G手機(jī)天線輻射效率仿真，可以看到，隨著天線與地之間凈空距離由12mm降低到5mm，天線輻射效率的峰值也從85%降低到35%，輻射能量減少到原來(lái)的一半。在當(dāng)前5G手機(jī)中，天線凈空基本已經(jīng)到5mm以下，給天線設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也影響到手機(jī)輻射功率性能。

圖5：天線輻射效率與天線凈空的關(guān)系 另外，天線帶寬的增加，也會(huì)引起天線效率的降低。為了保障天線輻射效率，天線設(shè)計(jì)一般會(huì)將頻段分組進(jìn)行支持。根據(jù)《5G移動(dòng)終端天線設(shè)計(jì)》所述，典型的天線設(shè)計(jì)分組如下圖所示[4]，采用7天線的方式，進(jìn)行5G全頻段的支持：

圖6：經(jīng)過(guò)合并之后的天線分組

為了進(jìn)一步增強(qiáng)手機(jī)輻射功率性能，還可以對(duì)天線進(jìn)一步拆分，使每個(gè)天線性能在較窄的頻段內(nèi)優(yōu)化。不過(guò)會(huì)帶來(lái)成本及手機(jī)布局壓力的增加。在2019年華為發(fā)布的Mate 30 Pro手機(jī)中，天線進(jìn)行了更細(xì)的拆分，采用14根天線對(duì)5G信號(hào)進(jìn)行支持[5]。

圖7：2019年華為Mate 30 Pro手機(jī)中的天線設(shè)計(jì) 在天線凈空受限、天線數(shù)量受限的情況下，天線輻射效率將受到影響。為了增強(qiáng)天線輻射性能，可以增加調(diào)諧器件，如天線Tuner，以使天線性能可以根據(jù)頻率和應(yīng)用場(chǎng)景做針對(duì)性的優(yōu)化，以增強(qiáng)輻射功率性能[4]。有關(guān)天線Tuner的設(shè)計(jì)考慮在第三節(jié)的“傳輸匹配”增強(qiáng)中與其他調(diào)諧方式共同討論。

接收信號(hào)增強(qiáng)

在如圖2所示手機(jī)接收鏈路中，基站EIRP和傳輸距離一定時(shí)，到手機(jī)天線口的無(wú)線信號(hào)功率也確定。于是，增強(qiáng)手機(jī)接收能力的方式主要就剩下減少天線損耗，及減少線路損耗。

由于天線收發(fā)的對(duì)稱(chēng)性，接收通路減少天線損耗的方式與發(fā)射側(cè)相同。減少線路損耗的方式也是盡量縮短接收天線至接收電路之間的距離，減少損耗性器件的數(shù)量。以上兩個(gè)考慮與前一節(jié)發(fā)射通路的考慮相同，在此不再贅述。

在接收信號(hào)增強(qiáng)中，還有一個(gè)重要考慮，就是減小其他干擾信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的影響。在干擾信號(hào)中，“白噪聲”和其他頻段的干擾噪聲是主要的干擾源。以下分別對(duì)二者進(jìn)行討論。

“白噪聲”的處理

白噪聲是由電子熱震動(dòng)引起的，在自然界無(wú)處不在，是不能夠被消除的噪聲。白噪聲的存在決定了系統(tǒng)通信能力的上限。在室溫環(huán)境中，白噪聲的功率譜密度約為-174dBm/Hz。

由于白噪聲的存在，有用信號(hào)需要盡可能的遠(yuǎn)離白噪聲噪底，這樣接收電路才可以盡可能的將信號(hào)分辨出來(lái)。為了表征信號(hào)強(qiáng)度距離噪底的大小，SNR（信噪比，Signal Noise Ratio）被引入進(jìn)來(lái)。SNR的計(jì)算方式是信號(hào)強(qiáng)度除以噪聲強(qiáng)度。SNR是通信中的重要指標(biāo)，根據(jù)通信中基本香農(nóng)定理的計(jì)算，信道的通信容量和SNR成正比。

圖8：SNR的定義

在手機(jī)接收信號(hào)時(shí)，尤其在距離基站較遠(yuǎn)場(chǎng)景下，接收信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途跋涉，到達(dá)手機(jī)時(shí)已經(jīng)非常小，甚至接近噪底。這時(shí)就需要注意在處理時(shí)盡量不再引入額外的噪聲，保持已經(jīng)微弱的信噪比SNR不再受到破壞。

圖9：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途跋涉，手機(jī)接收到的信號(hào)已經(jīng)非常微弱

在放大過(guò)程中，盡量保持SNR不受破壞的方式就是引入“LNA”，低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）。

低噪聲放大器并不是將噪聲減小，事實(shí)上，放大器并沒(méi)有辦法區(qū)分信號(hào)和噪聲，二者會(huì)同時(shí)被放大。低噪聲放大器在放大過(guò)程中盡量的不去引入額外的噪聲，盡量少的破壞信號(hào)與噪聲之間的比值。低噪聲放大器與普通放大器對(duì)信號(hào)的放大效果如下圖所示。低噪聲放大器引入的信噪比惡化要遠(yuǎn)小于普通放大器。

圖10：LNA與普通放大器對(duì)微弱信號(hào)的處理效果

為了表征放大器對(duì)SNR惡化的程度，噪聲系數(shù)指標(biāo)被提了出來(lái)。噪聲系數(shù)的定義是進(jìn)入放大器的SNR，除以經(jīng)過(guò)放大器后輸出的SNR。噪聲系數(shù)越大，說(shuō)明信號(hào)SNR被破壞的越多。

噪聲系數(shù)是接收信號(hào)增強(qiáng)中重要考慮的指標(biāo)，對(duì)噪聲系數(shù)的優(yōu)化和控制，有助于增強(qiáng)手機(jī)的接收能力。

“干擾噪聲”的處理

除了白噪聲外，通信系統(tǒng)中還有其他各種干擾，這些干擾一定要被仔細(xì)處理或屏蔽，否則也會(huì)對(duì)接收信號(hào)造成干擾，影響手機(jī)的接收性能。

在干擾信號(hào)中，有一類(lèi)干擾信號(hào)非常特殊，即FDD（頻分雙工）系統(tǒng)中手機(jī)自己的發(fā)射信號(hào)。

FDD是3G時(shí)代通信的主流制式，到了4G和5G時(shí)代仍然是手機(jī)中重要通信模式。FDD模式工作下，發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)同時(shí)工作在不同的頻率上，相互不需要時(shí)間切換，信號(hào)傳輸速率高。

但FDD也有一個(gè)重要缺點(diǎn)，就是一定要處理好發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的干擾。由于發(fā)射信號(hào)是大功率信號(hào)，通常伴有強(qiáng)烈的接收頻段干擾噪聲。而接收信號(hào)通常較小，如果與發(fā)射信號(hào)之間的隔離沒(méi)有做好，則非常容易引起Desense（接收靈敏度惡化）。

在系統(tǒng)路徑中，一般通過(guò)雙工器來(lái)進(jìn)行發(fā)射與接收頻段間的噪聲濾除。濾除過(guò)程如下圖所示。

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圖12：FDD系統(tǒng)中，對(duì)發(fā)射噪聲的處理

以上路徑為信號(hào)主要的傳輸路徑，在其他路徑傳輸時(shí)，發(fā)射通路與接收通路之間的隔離應(yīng)優(yōu)于以上路徑。否則發(fā)射信號(hào)就會(huì)從其他路徑干擾到接收信號(hào)，以上濾波特性將不起作用。

除了發(fā)射噪聲直接進(jìn)入接收信號(hào)頻段外，還有可能發(fā)生交調(diào)干擾，即同時(shí)在發(fā)射的兩個(gè)或多個(gè)大功率信號(hào)，經(jīng)過(guò)交調(diào)之后處于接收頻段，影響接收性能。交調(diào)干擾分析更為復(fù)雜，需要具體問(wèn)題具體分析，保障接收信號(hào)不被干擾。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)對(duì)接收信號(hào)所做的以上防干擾處理，只能算是保障接收信號(hào)不被惡化。不過(guò)由于當(dāng)前手機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在方寸之間有全球的頻段和多種制式，保障接收信號(hào)完全不被干擾并不是容易的事。不斷的將信號(hào)解耦，盡量讓接收信號(hào)受干擾的場(chǎng)景少出現(xiàn)，也算是在為接收信號(hào)的“增強(qiáng)”做的努力。

傳輸匹配增強(qiáng)

射頻阻抗的窄帶特性

盡管理想的射頻系統(tǒng)是各界面間均為50 Ohm，此時(shí)，信號(hào)可以達(dá)到?jīng)]有反射的向前傳輸。但這一理想目標(biāo)在手機(jī)中較難取得，主要原因是：

手機(jī)需要支持的頻段從0.6GHz一直到6GHz，很難有射頻器件在這么寬的范圍內(nèi)始終保持50 Ohm；

雖然可以用區(qū)分頻段的方式，用劃分子頻段支持的方式分而治之，但受限于手機(jī)面積，仍然有器件（如天線）需要在較寬頻范圍內(nèi)復(fù)用；

人手持握等外部環(huán)境對(duì)天線阻抗影響極大，造成內(nèi)部器件的負(fù)載阻抗始終在不斷變化中。

阻抗失配帶來(lái)的影響

阻抗失配會(huì)帶來(lái)傳輸效率的損失。以50 Ohm的源向50 Ohm的負(fù)載傳輸效率定為100%計(jì)算，當(dāng)負(fù)載阻抗由5 Ohm變化至500 Ohm時(shí)，傳輸效率的變化如下圖所示。

圖13：負(fù)載阻抗變化時(shí)傳輸效率的變化

可以看到，當(dāng)負(fù)載阻抗變化時(shí)100 Ohm時(shí)，只有89%的功率有效傳輸，剩下的11%功率被界面反射，當(dāng)負(fù)載阻抗變化至200 Ohm，傳輸效率降低至64%。當(dāng)負(fù)載阻抗由50 Ohm向低阻變化時(shí)，傳輸效率同樣變低。

阻抗變化除了會(huì)引起傳輸效率的在惡化外，還會(huì)惡化通信系統(tǒng)中子電路的性能。如《5G射頻PA的load-line與load-pull》中提到，PA輸出特性與輸出負(fù)載相關(guān)，當(dāng)負(fù)載阻抗偏離最優(yōu)阻抗點(diǎn)時(shí)，射頻PA的輸出功率、線性度等指標(biāo)都會(huì)惡化。

圖14：PA的最優(yōu)負(fù)載load-pull示意圖

收斂阻抗，增強(qiáng)傳輸

既然阻抗不匹配對(duì)射頻傳輸有明顯影響，那是否有辦法改變阻抗匹配特性呢？答案是有的，天線調(diào)諧、匹配調(diào)諧就是其中的代表。

天線調(diào)諧器：主動(dòng)調(diào)整天線阻抗

由于天線阻抗無(wú)法在較寬的范圍內(nèi)控制在50 Ohm，那可以在天線處放置一個(gè)阻抗調(diào)諧器（Antenna Tuner），動(dòng)態(tài)的根據(jù)頻率變化、天線外部環(huán)境變化來(lái)調(diào)整天線特性，盡可能的達(dá)到匹配的狀態(tài)，使失配狀態(tài)下的信號(hào)得到增強(qiáng)。

天線調(diào)諧器有兩種設(shè)計(jì)方法，分別為阻抗調(diào)諧（Impedance Tuner）和孔徑調(diào)諧（Aperture Tuner）。

天線阻抗調(diào)諧器放置于天線和射頻前端芯片之間，是一個(gè)可以根據(jù)狀態(tài)調(diào)整的匹配電路，根據(jù)天線阻抗的不同，匹配電路可以調(diào)整至不同狀態(tài)，保持左右兩邊的阻抗匹配。

圖15：阻抗調(diào)諧天線Tuner放置的位置，及實(shí)現(xiàn)示例

天線孔徑調(diào)諧器是利用調(diào)諧器件，改變天線的諧振特性，以達(dá)到天線阻抗及輻射效率隨頻率變化?？讖秸{(diào)諧一般放置在天線結(jié)構(gòu)以?xún)?nèi)，直接對(duì)天線特性進(jìn)行調(diào)整，在天線效率調(diào)整上有更大的調(diào)整范圍。

圖16：孔徑調(diào)諧天線Tuner放置的位置，及實(shí)現(xiàn)示例

在傳導(dǎo)功率被協(xié)議限制的情況下，合理設(shè)計(jì)天線Tuner就可以實(shí)現(xiàn)天線輻射效率的明顯提升，達(dá)到射頻增強(qiáng)的目的。下圖為Qorvo所展示的某孔徑調(diào)諧Tuner效果[6]。通過(guò)調(diào)諧，850MHz的效率由基線版本中的-3.5dB左右，提升至-1.2dB；810MHz的效率由基線版本的-11dB，提升至-2dB，提升效果達(dá)9dB。以3dB為兩倍來(lái)估算，810MHz的輻射效率提升了8倍之多，可見(jiàn)增強(qiáng)效果的明顯。

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圖17：Qorvo公司展示的某孔徑調(diào)諧Tuner調(diào)諧效果

天線調(diào)諧器對(duì)于天線阻抗的調(diào)節(jié)，必須是基于天線場(chǎng)景做的針對(duì)性調(diào)節(jié)，所以天線信息的獲取就變得尤其重要。根據(jù)獲取天線信息的不同，天線調(diào)諧器在使用中分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方式。

圖18：天線調(diào)諧器的兩種控制方式

開(kāi)環(huán)控制是將天線調(diào)諧控制參數(shù)預(yù)先寫(xiě)入，在使用時(shí)直接調(diào)用。比如預(yù)先根據(jù)工作頻率的不同，設(shè)置不同的匹配參數(shù)等。開(kāi)環(huán)控制的好處是控制簡(jiǎn)單，只需要預(yù)先寫(xiě)入一定參數(shù)，在后續(xù)使用中就可以調(diào)用這個(gè)確定性的信息。其缺點(diǎn)是無(wú)法根據(jù)使用場(chǎng)景的不同重新優(yōu)化，調(diào)節(jié)場(chǎng)景也限定在預(yù)先寫(xiě)入的幾個(gè)狀態(tài)范圍之內(nèi)。

閉環(huán)控制是構(gòu)建控制環(huán)路，實(shí)時(shí)檢測(cè)天線信息，根據(jù)算法計(jì)算出當(dāng)前需要的匹配及天線狀態(tài)后，直接控制天線控制器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是控制場(chǎng)景覆蓋廣泛，性能優(yōu)化更明顯。缺點(diǎn)是控制復(fù)雜，需要閉環(huán)算法進(jìn)行計(jì)算。

在當(dāng)前使用中，各手機(jī)平臺(tái)對(duì)于天線Tuner的開(kāi)環(huán)控制已經(jīng)有了較好的支持，預(yù)留了相應(yīng)的控制接口。但天線Tuner的閉環(huán)控制需要天線控制器和平臺(tái)做深入的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，在應(yīng)用中還是有很大的挑戰(zhàn)。

下圖為采用閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)的天線Tuner調(diào)諧效果[7]，可以看到，不使用天線調(diào)諧的情況下，手機(jī)輸出功率在25dBm到31.5dBm進(jìn)行波動(dòng)。而使用了閉環(huán)控制的天線調(diào)諧器后，功率的波動(dòng)范圍縮小到29dBm至31dBm之間。天線性能的穩(wěn)定性得到了明顯的提升，多種場(chǎng)景下發(fā)射信號(hào)得到了明顯的增強(qiáng)。

圖19：閉環(huán)天線調(diào)諧對(duì)于射頻發(fā)射信號(hào)的增強(qiáng)

匹配調(diào)諧：保證通路始終匹配

與天線匹配調(diào)節(jié)的思路類(lèi)似，還可以在不同電路模塊之間加入匹配調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)可以隨狀態(tài)配置的匹配網(wǎng)絡(luò)。

圖20：包含阻抗匹配調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的射頻前端系統(tǒng)

慧智微公司所開(kāi)發(fā)的AgiPAM系列射頻前端系統(tǒng)中，就采用了阻抗匹配調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧配置，慧智微射頻前端產(chǎn)品可以在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)性能窄帶優(yōu)化，增強(qiáng)射頻性能。

圖21：慧智微可重構(gòu)射頻前端設(shè)計(jì)理念

慧智微自2011年投入進(jìn)行射頻前端可重構(gòu)技術(shù)平臺(tái)的研究，并于2014年開(kāi)發(fā)出世界首款商用可重構(gòu)射頻前端技術(shù)平臺(tái)AgiPAM，經(jīng)過(guò)近10年的迭代發(fā)展，目前可重構(gòu)技術(shù)平臺(tái)已發(fā)展至第四代，實(shí)現(xiàn)包含4G/5G產(chǎn)品在內(nèi)的數(shù)億片產(chǎn)品出貨。

在具體產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上，基于AgiPAM 3.0技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的5G Phase5N多頻多模PA模組產(chǎn)品S55643，通過(guò)阻抗匹配調(diào)諧和PA性能調(diào)諧，可實(shí)現(xiàn)n7、n40（PC2）、n41（PC2）等高頻關(guān)鍵頻段優(yōu)化。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，S55643系列產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)電流13~28%的降低。

圖22：傳統(tǒng)Phase5N產(chǎn)品與基于可重構(gòu)射頻前端技術(shù)產(chǎn)品S55643-x對(duì)比

與天線調(diào)諧類(lèi)似，阻抗匹配調(diào)諧也需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行配置。慧智微AgiPAM平臺(tái)目前采用開(kāi)環(huán)的方式對(duì)阻抗匹配調(diào)諧進(jìn)行控制。進(jìn)入AgiPAM 5.0后，慧智微期待與平臺(tái)及終端客戶深入合作，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合更緊密的射頻性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)手機(jī)射頻性能的繼續(xù)增強(qiáng)。

圖23：AgiPAM系列產(chǎn)品路線圖

總 結(jié)

近年來(lái)，因?yàn)槭謾C(jī)年出貨量的飽和，以及芯片供應(yīng)商的增加，“卷”字成為手機(jī)行業(yè)的主題。隨之而來(lái)的就是成本導(dǎo)向，價(jià)格雪崩，整個(gè)行業(yè)陷入不健康競(jìng)爭(zhēng)。

用戶不愿意為高價(jià)產(chǎn)品買(mǎi)單的原因，還是因?yàn)楫a(chǎn)品無(wú)法提供解決差異化的價(jià)值。如果用戶的痛點(diǎn)得以解決，產(chǎn)品是可以賣(mài)出溢價(jià)的。

具體到射頻前端芯片行業(yè)，可能的研究方向有：

用戶關(guān)心的信號(hào)問(wèn)題，可以通過(guò)優(yōu)化射頻前端性能、干擾，甚至采用新的天線方案、系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)；

用戶關(guān)心的功耗問(wèn)題，可以通過(guò)高效率的PA內(nèi)核，與平臺(tái)DPD的配合等技術(shù)來(lái)優(yōu)化；

用戶關(guān)心的手機(jī)厚度問(wèn)題，可以通過(guò)自屏蔽技術(shù)，減少額外屏蔽罩的應(yīng)用來(lái)解決。

審核編輯：劉清