在以前的十年中，蜂窝领域以前看到为了支持无线联接对射频无线电的需要和才气发生了巨大转变了。射频无线电已于2000年从单模四频2G体制进展为2010年的三模9频（4×GSM，5×UMTS加HSPA +），高速数据体制，再到今天的最多有60余个频段的LTE和LTE-A体制了。而承载这些所必-要的新功效惟有少于三分之一的物理地域了。 CMOS的技术从0.35微米进展到65纳米甚至更低，前端智能集成包罗融会功率扩大器和高度繁杂的天线开关模块和更强盛和更松散的滤波器等新成品形状的改良了。
随着4G LTE体制的迅速部署，趋向连续，推行新的工做频段和工做形式了。只管CMOS工艺应该会连续扩张，可是由于物理制约，模拟信-号RF（射频）前端和天线对手机功效的扩张造变成了希奇的挑战了。为了使前端技术能够或者者支持手机的连续进展，咋们必须引入新的使能技术，咋们能够通过封装和混淆集成来靠近技术改良的极限了。天线带宽遭得手机物理体积乞求高度的制约了。随着频带和形式数目的增添，可调射频元件将能够或者者连续知足市场对尺寸和所有积分明下降的乞求了。另外，射频前端的可调谐性还可完成以前只能在单模运用中才气完成的手机形状尺寸，比如，天线调谐器允许单个天线笼罩一切传统蜂窝频段和新增的LTE频段了。
图.3GPP界说的LTE频段
图.3GPP界说的LTE频段
今天，有几种技术供应了有用的可调RF（射频）功效了。诸如开关电容网络（RF开关加集成的MIM电容）的传统技术和诸如钛酸钡锶（BST，Barium Strontium Titanate ）和微光-电体制（MEMS，Micro Electro-Mechanical Systems）等新技术现在都在运用中了。这些办法都能够或者者消息更改射频元件内的阻抗，同时引入最小的消耗了。本文一五一十钻研了一切这些种种技术在知足迅速扩张的RF（射频）前端的新乞求的才气了。
自20世纪90年月初数字蜂窝革命最先以来，经-营商和手机制作商不停在勤奋增添手机的功效了。用户需要以前从简易的语音通讯转向跨区别网络的遨游，应该在区别的频带上工做，并最终转向更高的数据带宽以支持功效强盛的智手巧机和其余移动盘算装备了。
比如，一最先的时刻的2G GPRS体制能够以56 kb / s的速率（运用四个时隙）传输数据，而2.5 G EDGE体制则将该速率提升到了384 kb / s了。拥有3G功效的装备能够完成高达2 Mb / s的数据速率，但完成这些高速率越发倚赖于用户环-境了。 4G的趋向仍在连续，早期的理-论数据速率能够高达70 Mb / s，最近几天业界以前能够或者者完成Gbps的传输速率了了。更高的数据速率推行了对格外频谱的需要，从90年月早期的单频操做扩张到凌驾38个频段，支持从700到3500 MHz的2/3 / 4G的全世界频段，而且还在连续扩张了。与此同时，移动装备自身现在朝着更引人醒目的形势进展，在屏幕尺寸和所有体积之中举行权衡，致使计划极为简易了。这类“Thin Is In（“瘦呢”是时尚的）呢”趋向下降了天线的有用带宽才气，希奇是在低频率下的辐射结局了。因而，笼罩拥有语音才气的频带（比如Band V或者Band VIII）和诸如Band XII或者XIII的低频LTE频带的手机以前被驱使运用多个天线了。
英特尔移动通讯公司的Jan-Erik Mueller意义的领域视察觉察了这一趋向了。在以前的十年中，咋们以前看到射频无线电从单模，四频2G体制演化为三模9频（4×GSM，带HSPA +的5×UMTS）体制，再到现在的N频4模LTE体制，仅运用三分之一的物理面积，而且预期这类趋向会连续下去了。
图1.无线射频前端的繁杂性和扩张所带来的挑战了。
只管无线电的数字部-分根据摩尔定律连续扩张，但模拟前端元件（滤波器，开关，扩大器，天线）主要依赖封装改良的改良和集成来支持这一进展趋向，而焦点功效元件由于拥有物理功率和频率限的制，因而，必须包罗格外的元件来笼罩附加的频段/工做形式，或者者元件必须拥有足够的带宽来笼罩制约其尺寸和功效的一切的或者者几组形式了。
图.1G和3G移动通讯中的射频前端体制
图.4G射频前端体制
可调射频（RF）技术现在更改谋划了。近些年来，可调谐射频技术使前端计划职员能够或者者更自-由地建立可设置的结婚电路了。这些可用于调整天线结婚以减少失配消耗并提升空线在除本始计划频率之外的频率下的所有结局，从而使单个天线可用于更多的形式和频段了。可调谐射频（RF）电路也可用于天线负载调谐，这个内里可调电容器插入天线负载（地）以更次日线的有用电长度了。这一最先的时刻是运用分立开关和电容来完成的，但现在能够用更高的精度，多个调谐状态和更低的消耗来完变成了。另外，这些调谐元件还可用来完成新一代松散型可调谐滤波器和用于功率扩大器和LNA的可调射频（RF）结婚电路了。除改善射频（RF）前端的尺寸外，以前有可用的高Q值和高线性的可调电容能够或者者帮-助在松散的形状尺寸下提升了体制的功效，而且还能够完成-全新的射频前端架构了。
可调谐射频器件技术
现在，三种基本技术现在用于完成可调谐射频电路，现在主要体贴天线调谐电路了。这些技术是
图2.传统的天线负载开关
1.开关电容
场效果晶体管（FET）多年来不停被用于供应天线负载调谐了。这类负载调谐办法平时运用SPDT开关在两个区别的分散电抗网络（电容或者者电感）之中举行选择，以修正天线的谐振频率（见图2）了。
现在，开关电容处置计划平时采用GaAs或者CMOS开关FET，集成金属 - 绝缘体 - 金属（MIM，metal-insulator-metal）电容，平时采用4至6bits位来举行设置（见图3）了。
FET在导通电阻和关断电容之中拥有固有一些权衡特征，其能够通过产-业标-准质量因数（FoM，figure-of-merit）即Ron * Coff来举行表征了。导通电阻（Ron）影响器件的Q值，而关断电容（Coff）会增添由于关断支路而致使的寄生容性负载了。为了获取适当的功效，采用GaAs j-PHEMT，硅基于蓝宝石（SOS，silicon-on-sapphire ）或者者绝缘体上硅（SOI，silicon-on-insulator ）制作的栅极长度为0.13至0.25μm的FET与MIM电容器集成在一块了。关于高功率运用，由于天线会遇到高的VSWR的影响，因而会遇到高达40至100 V的电压的场景了。在许多情形下，晶体管和/或者电容器的击穿电压将不行以知足功率处置才气的乞求因而必须被重叠起身，从而响应地增添了开关电路的插入消耗和本/尺寸了。
图3.开关电容
硅基于蓝宝石（SOS，silicon-on-sapphire ）或者者绝缘体上硅（SOI，silicon-on-insulator ）的 FET拥有靠近pHEMT器件的Ron，范围为1.5至2.5Ω/毫米了。这些工艺技术拥有相似的关断电容（Coff），致使Ron·Coff的质量因数（FoM）为200到400 femtoseconds了。关于五、1的总电容比和相关的MIM电容消耗和寄奏效果，这致使在1 GHz的最大电容状态下，有用Q值为25至50了。关于阻抗结婚运用和VSWR对应较低的天线，开关电容器处置计划的这个适合的Q值应该会拥有可吸收的功效了。硅FET工做在标-准掌控电压电平下，因而没必-要要发生格外的电压电平来运转了。数字掌控接口电路能够直-接集成到硅开关电容上，但GaAs电路必-要独自的CMOS掌控器了。
开关电容的优弱点和缺点
长处
低电压工做
总切换周期短
低寄生并联电容
低本，高出货量的标-准技术
弱点和缺点
低Q和/或者低比率（必-要计划权衡）
低击穿电压
线性（IP3，谐波）差
2.钛酸钡锶（BST，Barium Strontium Titanate）
铁电原料温顺电原料使用其高介电常数供应可控的高电容密度，其能够随施加的电压而转变了。 BST是用于RF运用的常罕见的到的顺电体原料，其体现出与施加的电压也许有三、1的电容转变，这个比率平时会被有意制约以供应稳固的温度操做和适当的线性了。
当施加的电场靠近零时，晶格中的晶胞易于极化，致使峰值介电常数，因而在用做电容器电介质时拥有较大的电容值了。当施加电场时，所发生的极化下降了附加场的敏捷度从而下降了有用介电常数了。这类固有一些非线性行-动被用于构建由施加的电压掌控的可变电容了。与基于开关切换的体制对比，这类可变电容技术能够下降消耗，从而扩张其运用范围了。可是，工做的基本热力学理由应该会致使热稳固性疑了。对改良原料和电路操做点的大量投资很洪水平上处置了这些疑了。请注重，模拟掌控必-要高电压了。高电压掌控在一位独自的芯片中完成，该芯片还包罗一位串行接口了。现在的主要制约包罗混淆模拟体制的低调谐比率，边际线性度和本了。
图4.单个BST电容
BST电容器制作尚不行以与单片CMOS兼容集成，因而必-要独自的掌控芯片用于手机中了。该芯片将供应一位可编程电荷泵来发生可变得高电压，同时还应该包罗集成的数字接口和其余电路了。请注重，与开关电容固有一些数字特征对比，BST电容是一位平滑转变得模拟电容了。
由于BST供应单个可变电容而没必-要要与电容器勾通的FET开关，因而该办法的所有Q值更高（见图4）了。由于运用的掌控电压是通过与RF相似的端口施加的，因而必须希奇注重维持线性度，以便RF（射频）或者者低频调制不会直-接调制会增添杂散份量的电容了。这涉及重叠电容以下降逾越单个电容的RF电压并交待接收替换更改DC掌控电压的极性以改善线性度了。可是，直-接重叠电容会下降有用电容密度了。
钛酸钡锶（BST）的优弱点和缺点
长处
中等Q值
总开关切换周期短
可完成高电容密度
弱点和缺点
线性差
调谐含量低
模拟掌控，必-要掌控芯片
3.微光-电体制（MEMS）
MEMS技术现在可用于射频运用中了。该技术由供应可调电容的CMOS集成可移念头械结构组变成了。小机械梁通过集成CMOS掌控器施加静电力来激励，机械梁直-接属于RF网络的一部-分了。因而，每逐一位MEMS梁的RF途径普遍是一对拥有电容器介质（“导通呢”状态）或者者将两条金属迹线分散的空-气间隙（“关断呢”状态）的金属迹线（见图5）了。这些MEMS梁被设置成阵列造成拥有许多状态（十分于6到9bits位的分辩率）的数字电容器了。该阵列能够细分为勾通和/或者并联分支，或者者某些组合了。
图5 MEMS电容元件顶部元件“关断呢”，下部元件“导通呢”了。
图.MEMS电容对
MEMS供应了对许多前述弱点和缺点的功效增强了。射频途径是通过机械装备上的金属迹线（在RF处全部有无频率照应）而非固态结，因而其Q值和线性要高许多了。而且，关于商用MEMS成品，DC电压与RF途径物理分散阿；因而，其电压处置能够或者者十分高，能够蒙受凌驾120V的峰值电压了。传统上，MEMS器件必-要专程的封装来维持可移动结构周围的密封环-境，但该技术现在允许在晶圆级一切封装器件，而且完成标-准的低本封装甚至是晶圆级芯片尺寸封装了。可是，做为机械装配，MEMS电容存在老化效果，最终将致使与磨损有关的器件缺点了。 MEMS器件是数字器件，其温度倚赖性十分小，电容温度系数在-200 ppm /°C范围内了。
微光-电体制（MEMS）的优弱点和缺点
长处
高Q
高线性（IP3协调波）
电压处置才气高
温度稳固
一切集成
弱点和缺点
总周期
CMOS工艺繁杂性（本）
下面的表1列出了种种可调RF技术的优弱点和缺点了。
表1.种种可调RF技术的优弱点和缺点
运用
天线负载调谐
今天，上述负载阻抗调谐办法获取利益于拥有更高Q值更低消耗的器件，和更高的调谐分辩率来微调频率选择从而现在现实的电路中运用了。负载调谐必须纳入到天线计划中，由于他会影响天线的有用电长度，如图6所示了。接有负载的天线平时拥有较窄的一霎时带宽，而且能够或者者通过拥有高电压处置和优良线性度的调谐元件中获得较大的获取利益了。
图6.天线负载调谐器
天线阻抗结婚
除天线负载调谐之外，可调谐阻抗结婚（TIM，Tunable Impedance Match）能够由新的可调射频（RF）技术来支持了。如图7所示，这实质上是一位天线输入端（50Ω接口处）的电抗调谐网络了。如果天线与50Ω目的阻抗结婚的不佳，则可调谐阻抗结婚（TIM，Tunable Impedance Match）将在某个频率范围内供应结婚了。可吸收消耗的天线阻抗笼罩范围取决于调谐器的Q值和电容比了。
图7.可调阻抗结婚（只展现了一位简易的拓扑结构）
表征天线阻抗调谐器有用性的一种办法是检察“对应传导增益（Relative Transducer Gain）或者者RTG.呢”RTG（或者ΔGT）被界说为
对应传导增益RTG的公式
或者者简易地说，运用调谐器通报给天线的功率对应将在有无调谐器的情形下通报到统一天线上的功率了。图8展现了一位RTG的典型特征，做为天线负载幅度和相位的函数了。该图展现了天线体现出1九、1的 VSWR时能够获取4至5 dB的功效改善了。
其余运用
可调谐滤波器
以后高Q可调电容将会运用在可调谐滤波器中了。这些运用可于是选取陷波滤波器形势用于特定的滋扰控制中（比如，在载波聚合（carrier aggregation）或者者同时有语音和数据的运用中），或者者可以为某个吸收频率供应噪声控制了。由于电压和消耗在谐振时会倍增，因而在滤波器运用中 Q值，电压处置和线性乞求甚至更大了。小的步进或者者分辩率关于可调滤波器来说也十分主要，以允许准确掌控滤波器的照应了。
图8. 824 MHz的MEMS调谐器的RTG
功率扩大器的可调谐结婚
无线前端的最新趋向以前致使宽带PA的需要了。这样能够减少功放的数目，同时依然支持所需的多个频段了。然后运用开关/滤波器网络来准确滤波PA中发生的落在Rx频段中的噪声协调波了。由于宽带功放的谐波频率不行以有用地被终止，因而宽带功率扩大器的功率附加结局（PAE， Power Added Efficiency）会下降了。高Q值可调电容可用于供应窄带结婚，而且拥有固有一些Rx频带噪声控制才气，同时应该优化谐波调谐/滤波了。窄带结婚与这些其余功效相结合，可完成结局极高的功率扩大器，在宽频率范围内维持稳固和可调，而且CMOS和GaAs功放都能够或者者一样这样完变成了。
图9.传统的4G射频前端 vs 可调谐的4G射频前端
结局
可调RF技术现在为无线体制RF前端开拓新的运用前沿了。在更宽的频率范围内，更小尺寸的天线，头部和手部负载的赔偿和支持VSWR更高的越发激进的天线计划等，为手机或者平板电脑的产-业计划供应了更大的灵巧性了。随着更多可调谐元件的上市，咋们将看到RF前端面积和本将会进一步下降，和完成更好的RF功效和更宽的工做频率范围了。可调射频元件的预期功效最终将实现实在的软件界说无线电，即无线电前端的数字和模拟部-分全是一切可编程的了。
图10.软件无线电前端体制
（完）
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