移动通信天线中使用变压器常遇3点难题及解决方案

近年来安装在移动通信终端的移动通信天线的设计难度逐渐增高。随着LTE这种新型通信方式的增加，宽频带的使用越来越广泛。另一方面，由于二次电池 等大型化的因素，可使用空间（天线/领域）缩小了。因此，天线的小型化成了当务之急。但是，如果天线被小型化的话，就意味着天线的阻抗和RF电路的输入和 输出阻抗（50Ω系）相比的话会变低，这就意味着将RF电路跟天线阻抗通过全通信带宽整合起来是非常困难的。

目前在实施阻抗整合时，一般使用电感器（L）、电容器（C）等LC元器件。但是，LC元器件电抗中具有频率特性，整合阻抗后的天线Q值会劣化，频带宽会减小。

这里阻抗转换时对于频率特性难以呈现的材料来说，就以主要在低频领域中使用的变压器来举例吧。变压器是通过结合磁场的2个线圈（变压器、线圈）的电感（L值）的比率达到变换阻抗，所以不能保障理想状态下的频率特性。因此我们考虑到将其使用到阻抗的整合当中。

移动通信的天线中使用变压器会遇到3点问题。

　　1）微波频段中由于"磁性材料的渗透性≒1"，因此很难达到高结合系数;

　　2）天线的输入阻抗很小会导致变压器损耗影响大;

　　3）天线输入阻抗值会因为频带不同而产生变化。

正因为存在这些问题，至今为止移动通信天线的阻抗整合中一直不使用变压器。而我们通过独有的方法解决了这一问题。

结合系数是指构成变压器的2个变压器、线圈间的距离以及由线圈导致的磁束形状相关性而产生的变化。一边维持高结合系数一边控制变压比，因此变压、线圈的形状达到了统一的状态，从而开发了每个线圈的L值都能自由控制的构造。

这种构造在LTCC（低温共烧陶瓷）内构造而成，可在变压器和线圈间的距离为数十μm的情况下制成。即使在微波频带中也可将变压器的结合系数控制在0.7以上。

把高频变压器跟具有10Ω阻抗的天线连接，由于变压器本身的材料特性产生的插入损耗（插入损耗）比起跟50Ω连接的高频器件相对较大。因此，一般低频中使用的具有大L值和阻抗成分的变压器在高频下难以使用。

为了削减这种阻抗成分并维持变压比，我们采用了图1所示的高频变压器的构造。该构造跟普通的变压器构造相反，它将接地连接端口跟天线连接端口完全逆 反。因此，才能达到如图1所示的变压比。使用该构造的话，因结合产生的互感M值会反应到变压器，变压器中使用的线圈L值会减小，由于高频变压器的阻抗成分 I.L.可以被抑制得很小。

移动通信天线中使用的通信带宽以1GHz为界限分为低领域"lowband"和高领域"highband"两种。开放型天线中一般来说lowband 中为天线的基本波而highband中为天线的高频波。天线内部没有安装短针等组抗整合功能时，lowband的阻抗为10Ω左右，highband的阻 抗为 19Ω左右。

如果在这样的天线中安装一定变压比的变压器，是不能只整合一个band的阻抗的。所以，天线用变压器，必备的设计需求是要使变压比适应天线的阻抗频率特性。这种适应方法如图2所示，是一种将理想的变压部分和寄生成分部分分解开来的等效电路。

此次开发的变压器构造的寄生成分分为"串联L"和"并联L"两种。在这之中，串联寄生成分可通过增高结合系数减少影响，而并联寄生成分则可能会发生 "结合系数=1"的情况。必要的小L值设计的高频变压器中，是不可能排除并联寄生成分的影响的。但是，可通过控制这种并联寄生成分的值使变压比适应天线的 阻抗频率特性。并联寄生成分的值可通过转换变压器线圈的L值来达到控制。此次，我们就发现了能够很好地控制并联寄生成分的L值和结合系数K的组合。

有了上述的构造，以天线的组抗整合的简易化为目的试制高频变压器并评价。试制品的尺寸为2.0mm 1.25mm 0.6mm的表面贴装元器件（SMD）（图3）。在试作品的RF电路侧连接50Ω系的测定器，天线连接侧的阻抗和动画如图4所示。试制变压器将 lowband（892MHz）转换成12→50Ω，highband（1940MHz）装换成了19→50Ω。

将普通的LC电路跟天线连接，根据频率特性的不同在广带宽情况下阻抗整合会变得困难。针对该情况，将本次试制的高频变压器跟天线连接，lowband 和 highband都转换成了最合适的阻抗。也就是说，工匠图上的阻抗轨迹有可能变化成阻抗整合容易的形状。之后通过外部的调节元件将阻抗轨迹的相位进行微 调，有可能非常容易的就集中在50Ω附近了。（图5）

在将这种高频变压器进行通信终端实装的时候，有什么优点，安装跟不安装的环境下对天线特性进行比较和评价。

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