【成功案例】UMS射频开关帮助实现手机天线在两个工作模式之间快速切换，提升频段覆盖
随着4G LTE时代的到来，MIMO技术，载波聚合技术的普遍应用，在消费类通讯产品中天线出现的次数越来越多，例如智能天线，可重构天线，甚至全金属天线等关键词露脸的次数也越来越多。其实这些技术都离不开一个重要的部件，那就是射频开关（RF Switch）。今天就和大家分享一下笔者在手机天线设计中遇到的问题，并利用UMS公司的射频开关CHS5104-99F顺利解决问题，达到客户的要求。
我们在项目中遇到的问题是这样的，客户的一款量产机型原来是功能机，也就是我们说的2G/3G手机。现在想在原有手机ID结构不变的情况下升级到4G LTE频段，而且要求LCD的尺寸稍微变大一些，所以原有的天线的空间54.6 x 8 x 5 mm3不能改变，如图 1手机的结构尺寸所示。这给天线的设计带来了很大的挑战，即天线空间不变的情况下，需要在原有的设计中增加频段。原有的天线设计采用的PIFA形式天线设计，可以覆盖到2G的GSM900、GSM850和GSM1800，GSM1900和3G的WCDMA2100，现在需要增加覆盖LTE700和LTE2600。需在原有的天线设计原型上变更，我们先后调试了PIFA外加寄生天线的方式，优化匹配的方式，都以失败而告终。怎么办？
图1：手机的结构尺寸
最终我们在找到了UMS公司的高性能SPDT射频开关CHS5104-99F，这款射频开关采用砷化镓（GaAs）技术，尺寸仅有0.8mm*0.8mm*0.7mm大小，支持直流到4GHz的频率范围，插入损耗极低，仅为0.5dB@4GHz，隔离度高达30dB@4GHz，P1功率可到30dBm，而且是反射型开关。我们看中这款开关的关键是：
1）尺寸小，适用于有限的手机空间；
2）插损小，不会降低天线的辐射效率；
3）控制简单，仅需要高低电平控制。然而，有了这个利器，我们怎样在原有的天线设计上增加覆盖频段呢？
图2：天线的原始设计PIFA天线
主要的思路就是应用天线的重构原理。我们调试如图2天线的原始设计PIFA天线时，发现通过改变接地点的位置，即把图中天线接地点从Ground 1位置移动到Ground 2的位置，天线的驻波会发生很大的偏移。图3为改变接地点位置后天线S11的变化图，我们从天线的驻波数据（S11）上可以看出，蓝色线是原始的天线设计，接地点改变后，天线的驻波变为红色的曲线。从坐标轴上的刻度可以发现红色曲线的低频部分可以很好地覆盖LTE700部分频段，如LTE Band 13和Band 17，而高频部分可以覆盖的LTE2600部分，如LTE Band38、Band 39、Band 40和Band 41。
图3：改变接地点位置天线S11的变化图
有了这些数据，我们在这个两个接地点位置放置射频开关CHS5104-99F，利用射频开关的通断让天线工作在这两种模式下。同时，利用基带芯片的GPIO外加驱动电路就可以轻松的控制CHS5104-99F。经过和客户沟通硬件上可以支持这个改动，所以我们就有了重构天线的方案。我们根据实际的手机环境，优化了天线的一些尺寸，使得在原有天线空间不变的情况下，利用快速的切换两个射频开关的办法，让天线在两个工作模式之间快速切换，从而使原有的天线设计可以覆盖到更宽的频段范围达到了客户需求。
作者：王文松
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搬砖的奶爸 Lv4. 资深工程师 2017-11-23这款芯片SPEC上面1dB压缩点为30dBm到33dBm，怎么可以用在GSM上呢？GSM900输出功率33dBm左右，不怕影响整机性能吗.......
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虹茂半导体(HONGMAO SEMICON)IC产品参数选型指南（中文）
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型号- HM8805-ADJ,HM29151,HM4115A,HM29152,HM61CXX2,HM5054B,HM4115B,HM809,HM54XXBM5,HM74HC595T,HM5430D4,HM74HC245D,HM8100,HM8101,DW01A,HM2675HV,HM8008DR,HM4115ES,HM5068,HM4115MR,HM5501,HM9708A,LMV358,TL494,HM78XX,HM4056HA,HM74HC245T,HM7805,HM4051AD2,HM4057E,HM2101K,HM4057H,JRC4558,LM2596HV,HM1509B,HM1509E,HM6033,HM6032,HM6030,HM74HC164,HM5056RD,HM5501DR,HM5056RD8,HM8008MR,HM3157,HM2101,HM61NXX2,JRC4560,HM56XXB,HM5056RE,HM2741,HM2740,LM393,HM116A,HM73XXH,HM73XXN,HM5055DR,HM5501MR,HM3140E,HM74HC138D,HM8005DR,HM4310,HM73XX,HM4275,HM4313,HM6216,HM6214,HM4057D6,HM4057D8,HM4051A,LM258,ULN2003A,HM7660,LMV393,MC34063,HM56XXBM5,HM3141E,HM317,HM4024,HM9715,HM1509HV,ULN2803A,HM6206,HM432,HM1156,HM54XXB,HM431,HM8005MR,HM4051ADR,HM6208,HM4057DR,HM73XXHB,HM1558,HM5460ANZ,HM75XXH,HM78XXM5,HM5415ARA,HM1509,HM62783A,ULN2004A,LMV321,HM5430D,HM8541,HM5056DR,HM8006DR,HM6235,HM4056,HM6234,HM4057,HM4054,HM3122,ULN2804A,HM5415ABA,HM3121,HM3005,HM75XXHB,HM5052MR,AMS1117B,HM117D,LM2596,LM358,LMV331,HM78L05,HM6230,HM5056ES,HM4054K,HM3232,HM5511B,LMV324,HM6226,HM8006MR,HM62784A,HM4054E,HM4070D8,LM2576HV,HM74HC04D,LM321,HM4056A,LM324,HM2675HVT,L9110E,HM2675HVS,L9110,HM8563,HM6382,HM75XX,HM1084,HM9921,HM9922,HM462,HM9923,HM465,HM53XXB,HM2103K,HM4055H,UC3842,HM4070DR,UC3843,HM4070,HM118,LM339,HM116,HM78M05,HM5415ASA,HM5208FM,AMS1117,HM5431,HM9910,HM6245,HM5155,HM5430,HM5831,HM1232,HM1234,DW03,HM232,HM5056D8,JRC4580,HM74HC595D,HM3139,HM1235,HM809系列,HM4056E
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支持 3Hz ~ 26.5GHz射频信号中心频率测试；9kHz ~ 3GHz频率范围内Wi-SUN、lora、zigbee、ble和Sub-G 灵敏度测量与测试，天线阻抗测量与匹配电路调试服务。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/苏州 提交需求>
可加工PCB板层数：1~30层，板材类型：单双面板/多层板/HDI盲埋孔板/高频高速板/微波射频天线板/高精度阻抗板/厚铜板/微波FR4/耐腐蚀光模块PCB等，成品尺寸：5*5cm~58*70cm； 板厚0.2~6mm。
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