东芝试制的、配备自动匹配功能的LTE/3G用天线模块

       一般而言，天线面积变小后，天线效率（天线增益×辐射效率）就会下降。其原因在于天线效率达到峰值的频带宽度变窄。尤其是智能手机等，当手部等接近天线时，功率电波的频率就会发生偏移。天线越小，偏移带来的影响就越大，容易导致天线效率大幅下降（图1）。因此，天线不能小于一定尺寸。
 
图1：通过自动匹配来补偿伴随天线小型化而出现的效率降低
智能手机等在手部接近天线时功率电波的频率会发生偏移。天线越小，其影响就越大，容易导致天线效率大幅下降。（图片由《日经电子》根据东芝的资料制成）

用MEMS改善天线效率

       为此，东芝开发出了可补偿频率偏移、并将其调整到通信信道的自动匹配天线。相关技术的大致构成如图2所示。当手部等接近天线，“天线效率检测电路”就会检测效率的变化。然后，“控制电路”执行改善天线效率的运算，控制位于天线与无线收发机之间的“匹配电路”，对频率偏移做出补偿。
 
图2：检测天线效率的变化后补偿频率偏移
东芝开发的自动匹配功能的大体机制。新开发了内嵌有MEMS可变电容器等的匹配电路、基于探测器方式的天线效率检测电路，以及还考虑TPC功能下的功率变化范围来控制匹配电路的电路。（图片由《日经电子》根据东芝的资料制成）
       匹配电路内部嵌有东芝开发的MEMS可变电容器，通过调整其静电容量来实施频率偏移的补偿。通过导入该机制，即使将天线比原来减小20％，也可确保同等的天线效率注1）。

注1）同样的技术已部分实用化，但已有技术在检测天线效率变化上采用“耦合器方式”。该方式存在可检测的电波频带有限，以及检测时的功耗较大等课题。东芝此次采用“探测器方式”，与耦合器方式相比，可检测广泛带宽的频带，而且功耗也较小。

       普通通信系统在天线效率下降后通过增大发送功率来保持通信品质。也就是说，通过自动匹配功能来改善天线效率，便可降低发送功率（图3）。与不具备自动匹配功能的天线相比，发送功率最大可降低30％注2）。另外，东芝已试制出配备自动匹配功能的LTE/3G用天线模块，今后预定将该模块电路集成到1个IC中推出产品。（记者：中岛 募，《日经电子》）
 
图3：发送功率最大降低30％
普通通信系统在天线效率下降时通过增大发送功率来保持通信品质。也就是说，通过自动匹配功能来改善效率，便有助于降低发送功率。（图片由《日经电子》根据东芝的资料制成）
注2）移动通信系统等具备可在基站一端控制终端发送电波强度的“Transmit Power Control（TPC）”功能。比如，当终端的电波过强时会发出“降低发送功率”的指标，在电波弱时发出“提高发送功率”的指示。东芝的技术在执行旨在改善天线效率的计算时，还考虑到了TPC功能下的功率变化范围。这样便可实现匹配电路的细致控制，与不考虑TPC时相比，可使发送功率降低约10％。