Auswahl von Antennenabstimmungsschaltern für 5G-Systeme

Mit der bevorstehenden Einführung von 5G werden Smartphones mehr Frequenzbänder, Modi und Funktionen als je zuvor nutzen. Das bedeutet, dass neue Smartphones über Arrays mit mindestens vier Antennen verfügen müssen, während einige mehr als acht in einem Array haben werden. Darüber hinaus stehen Hardware-Entwickler vor der Herausforderung, alles in Smartphone-Formfaktoren zu packen.

Deshalb war es noch nie so herausfordernd, geeignete Lösungen für das Radiofrequenz-Frontend (RFFE) für diese Geräte zu finden. Neuere Sender und Antennen werden Carrier Aggregation nutzen, um höhere Datenraten zu bieten, sowie Wi-Fi MIMO und 4x4 MIMO nutzen. Hier kommt die Antennenabstimmung ins Spiel. Diese Funktion kann den Frequenzbereich erhöhen, was bedeutet, dass die Leistung verbessert wird. Dank dieser Schalter können Antennen Frequenzen von 600 MHz bis 6 GHz nutzen, was sowohl 5G- als auch LTE-Bänder abdeckt.

Aperturabstimmung vs. Impedanzabstimmung

Wenn eine Antenne nicht perfekt auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt ist, wird sie weniger effizient sein. Durch die Steigerung der Effizienz einer Antenne erhöht man ihre Sensitivität und damit ihre nutzbare Reichweite, was den Stromverbrauch im Handgerät reduziert. Es gibt zwei Ansätze, die Sie für die Antennenabstimmung verwenden können:

• Aperturabstimmung: Dieser Ansatz kann die isotrope Sensitivität und die abgestrahlte Leistung erhöhen, indem die Effizienz für den Empfang und die Übertragung von Kommunikationen bei bestimmten Frequenzen optimiert wird. Im Wesentlichen stimmt dies die Resonanzfrequenzen der Antenne auf gewünschte Werte ab, indem die äquivalente Kapazität und/oder Induktivität in der Antenne angepasst wird.

• Impedanzabstimmung: Die Idee besteht darin, die Leistungsübertragung zwischen der Antenne und dem RFFE zu erhöhen. Impedanzabstimmung wird normalerweise mit Frequenz-Duplex (FDD) verwendet, um die Bandbreite einer Antenne innerhalb eines bestimmten Bereichs zu erweitern, sodass sie mit gleichmäßiger Einfügung/Rückkehr in einem spezifischen Frequenzband empfangen/übertragen kann. Die Anpassung des Impedanzspektrums (daher der Name „Impedanzabstimmung“) wird die isotrope Sensitivität und die abgestrahlte Leistung erhöhen sowie den Fehlanpassungsverlust verringern. Dieser Ansatz kann helfen, Umweltfaktoren, wie das Halten des Smartphones durch den Benutzer, zu neutralisieren.

Die entscheidende Rolle fortschrittlicher Antennensysteme in 5G-Netzen

5G Americas hat ein White Paper veröffentlicht, das sich auf die Erforschung der neuesten Technologietrends und potenziellen Verbesserungen in fortschrittlichen Antennensystemen für 5G konzentriert. Die durchschnittlichen Datenraten sollten bei 100+ Mbps liegen, und die Spitzenraten können bis zu einem atemberaubenden Wert von 20 Gbps gehen. Laut dem White Paper wird ein erwarteter Anstieg der Netzwerkeffizienz und der Verkehrskapazität um das 100-fache erwartet, während die Netzwerklatenz im Vergleich zu 4G um den Faktor 10 verringert werden sollte.

Fortgeschrittene Antennensysteme werden eine integrale Rolle in der Entwicklung und dem Einsatz von 5G-Netzwerken spielen. Beamforming, Umschaltung und Verwaltung werden Kapazität und Abdeckung erhöhen. Massive MIMO ist in der Lage, die Kapazität zu erhöhen, während die gleichen Antennenelemente beibehalten werden. Das Whitepaper von 5G Americas diskutiert auch den schließlich Übergang zu höheren Frequenzen unter Verwendung von eingebauten Radioarrays mit über 100 Antennen- und Transceiver-Elementen. Die anfängliche Einführung wird bis zu 6 GHz nutzen und das bestehende LTE-Spektrum abdecken, während neuere Technologien entwickelt werden. Hier sind einige Antennenabstimmungslösungen, die Geräte unterstützen können, die für die anfängliche 5G-Einführung vorgesehen sind:

Qualcomm QTM525 5G mmWave Antennenmodul

Qualcomm ist ein renommiertes Unternehmen, bekannt für innovative Produkte in der Welt der Technologie und Kommunikation. Sie haben kürzlich ein neues RFFE (RF-Frontend) Produkt-Paket für 5G-Mobilgeräte angekündigt. Ihre umfassende Lösung soll zusammen mit Qualcomms Snapdragon X55 5G-Modem arbeiten. Das neue System sollte sowohl Mobilfunkbetreibern als auch Kunden Vorteile bieten. Betreiber werden eine verbesserte Netzabdeckung und Kapazität zu schätzen wissen, während sich Benutzer auf Smartphones mit beeindruckenden Datengeschwindigkeiten, Anrufqualität und Zuverlässigkeit freuen können.

Qualcomms neues QTM525 5G mmWave Antennenmodul und Snapdragon X55 5G-Modem. Quelle: ARSTechnica.

Qualcomms Lösung wird PA-Module liefern, die mit Qualcomms QET6100 Envelope-Tracking-System arbeiten. Die Lösung wird auch das QPM5670 PA-Hoch-/Mittelbandmodul mit eingebautem LNA, Filtern, Schalter und 5G-Hexaplexer sowie ein Niederbandmodul mit Funktionen wie Dual-Connectivity umfassen.

Skyworks SKY19256-701LF

Skyworks hat im Laufe der Jahre zahlreiche Antennenschalterlösungen entworfen, einschließlich des SKY19256-701LF. Der SKY19247-686LF ist ein vergleichbarer Abstimmungsschalter, der bis zu 2,7 GHz betrieben werden kann. Dieses spezielle Produkt ist ein Aperturabstimmungsschalter. Die umfangreiche Bandbreitenabdeckung reicht von 600 MHz bis 6 GHz, was es für zahlreiche mobile Plattformen nützlich macht, die innerhalb dieser Frequenzen arbeiten. Dieser Antennenabstimmungsschalter umfasst ein Array von 4 Einpoligen, einzelnen Wurfschaltern, die Anwendungen mit extrem niedrigem Einschaltwiderstand (1,1 Ohm) und Ausschaltkapazität (0,145 pF) dienen können.

Ein Funktionsdiagramm des fortschrittlichen Apertur-Antennenabstimmungsschalters SKY5−9256-701LF. Aus dem SKY19256-701LF Datenblatt.

Infineon BGSA13GN10

Infineon ist ein weiteres bekanntes Unternehmen, das eine umfassende Palette von Lösungen entwickelt, um den 5G-Ausbau zu unterstützen. Der BGSA13GN10 Einzelzug-Dreiwurf-Apertur-Antennenabstimmungsschalter unterstützt Frequenzen von 500 MHz bis 5 GHz mit einer RF-Ausgangsspannung von bis zu 48 V (39 dBm Leistungsabgabe). Damit steht das Produkt auf einer Stufe mit anderen Antennenabstimmungsschaltern, die für den anfänglichen 5G-Ausbau konzipiert wurden.

Ein Funktionsdiagramm des BGSA13GN10 Apertur-Antennenabstimmungsschalters. Aus dem BGSA13GN10 Datenblatt.

Die Telekommunikation entwickelt sich schnell, und Entwickler mobiler Produkte benötigen die richtige Technologie, um sicherzustellen, dass neue Geräte mit dem Übergang zu 5G Schritt halten können. Sie können alle hier beschriebenen Antennenabstimmungsschalter und viele andere RFFE-Komponenten auf Octopart finden.

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