5Gシステムのためのアンテナチューニングスイッチ選択

5Gの展開が進むにつれて、スマートフォンはこれまで以上に多くの周波数帯、モード、機能を使用するようになります。これは、新しいスマートフォンには少なくとも4つのアンテナの配列が必要であり、一部には8つ以上のアンテナが配列される必要があることを意味します。その上、ハードウェア開発者は、これらをスマートフォンのフォームファクターに収めるという課題に直面しています。

これが、これらのデバイスに適した無線周波数フロントエンド（RFFE）ソリューションを考案することがこれまでになく困難である理由です。新しい送信機とアンテナは、キャリアアグリゲーションを使用して高いデータレートを提供し、Wi-Fi MIMOや4x4 MIMOを活用します。ここでアンテナチューニングが重要な役割を果たします。この機能により、周波数範囲が拡大され、その結果、性能が向上します。これらのスイッチのおかげで、アンテナは600 MHzから6 GHzの周波数を使用でき、これには5GとLTEバンドの両方が含まれます。

アパーチャチューニングとインピーダンスチューニング

アンテナが望ましい周波数に完全にチューニングされていない場合、効率は低下します。アンテナの効率を高めることで、その感度と使用可能範囲を向上させ、ハンドセットの消費電力を削減します。アンテナチューニングには2つのアプローチがあります：

• アパーチャチューニング：このアプローチは、特定の周波数での受信および送信通信の効率を最適化することにより、等方性感度と放射電力を向上させます。本質的に、アンテナの共振周波数を望ましい値にチューニングするために、アンテナの等価容量および/またはインダクタンスを調整します。

• インピーダンスチューニング：アンテナとRFFE間の電力伝達を向上させることがこのアイデアです。インピーダンスチューニングは通常、周波数分割複信（FDD）とともに使用され、特定の範囲内でアンテナの帯域幅を広げるために使用されます。これにより、特定の周波数帯で一様な挿入/返りを持って受信/送信できます。インピーダンススペクトルを調整する（そのため「インピーダンスチューニング」という名前）ことで、等方性感度と放射電力が向上し、ミスマッチ損失が減少します。このアプローチは、スマートフォンを持っているユーザーなどの環境要因を中和するのに役立ちます。

5Gネットワークにおける先進アンテナシステムの重要な役割

5G Americasは、5Gのための先進アンテナシステムにおける最新の技術トレンドと潜在的な強化に焦点を当てたホワイトペーパーを発表しました。平均データレートは100+ Mbpsであるべきであり、ピークレートは驚異の20 Gbpsに達することができます。ホワイトペーパーによると、ネットワーク効率とトラフィック容量の予想される増加は100倍であり、ネットワークの遅延は4Gと比較して10分の1に減少するとされています。

高度なアンテナシステムは、5Gネットワークの開発と展開において重要な役割を果たします。ビームフォーミング、切り替え、および管理により、容量とカバレッジが向上します。マッシブMIMOは、同じアンテナ要素を維持しながら容量を増加させることができます。5G Americasのホワイトペーパーでは、100以上のアンテナおよびトランシーバー要素を備えた内蔵ラジオアレイを使用して、高周波数への最終的な移行についても議論しています。初期の展開では、既存のLTEスペクトラムをカバーしながら、最大6GHzを利用し、新しい技術が開発されます。ここでは、初期の5G展開を目的としたデバイスをサポートできるいくつかのアンテナチューニングソリューションを紹介します：

Qualcomm QTM525 5G mmWaveアンテナモジュール

Qualcommは、技術と通信の世界で革新的な製品で知られる評判の高い会社です。彼らは最近、5Gモバイルデバイス向けの新しいRFFE（RFフロントエンド）製品パッケージを発表しました。彼らの広範なソリューションは、QualcommのSnapdragon X55 5Gモデムと連携して機能することを意図しています。この新システムは、モバイルオペレーターと顧客の双方に利益をもたらすはずです。オペレーターは、強化されたネットワークカバレッジと容量を評価するでしょうし、ユーザーは、印象的なデータ速度、通話品質、および信頼性を備えたスマートフォンを楽しみにしています。

Qualcommの新しいQTM525 5G mmWaveアンテナモジュールとSnapdragon X55 5Gモデム。出典: ARSTechnica.

Qualcommのソリューションは、QualcommのQET6100エンベロープトラッキングシステムと連携するPAモジュールを提供します。このソリューションには、内蔵LNA、フィルター、スイッチ、および5Gヘキサプレクサーを備えたQPM5670 PA高/中帯域モジュール、およびデュアルコネクティビティのような機能を備えたローバンドモジュールも含まれます。

Skyworks SKY19256-701LF

Skyworksは、これまでに多くのアンテナスイッチソリューションを設計してきました。その中には、SKY19256-701LFが含まれます。SKY19247-686LFは、2.7 GHzまで動作可能な類似のチューニングスイッチです。この特定の製品は、アパーチャチューニングスイッチです。広範な帯域幅カバレッジは、600 MHzから6 GHzまでの範囲で、これらの周波数内で動作する多数のモバイルプラットフォームに役立ちます。このアンテナチューニングスイッチには、非常に低いオン状態抵抗（1.1オーム）とオフ状態容量（0.145 pF）を提供できるアプリケーションに役立つ4つの単極単投スイッチの配列が含まれています。

SKY5−9256-701LF高度開口アンテナチューニングスイッチの機能図。 SKY19256-701LFデータシートより。

Infineon BGSA13GN10

Infineonは、5Gの展開をサポートするための包括的なソリューションを開発していることで知られる別の会社です。BGSA13GN10シングルプル、トリプルスロー開口アンテナチューニングスイッチは、500 MHzから5 GHzの周波数をサポートし、最大48 VのRF出力電圧（39 dBmの電力供給）を提供します。これにより、製品は初期の5G展開をサポートするために設計された他のアンテナチューニングスイッチと同等のものとなります。

BGSA13GN10開口アンテナチューニングスイッチの機能図。BGSA13GN10データシートより。

通信は急速に進化しており、モバイル製品の設計者は、新しいデバイスが5Gへの移行に追いつくことを確実にするために、適切な技術をすべて必要としています。ここで概説されているアンテナチューニングスイッチやその他多くのRFFEコンポーネントは、Octopartで見つけることができます。

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