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如何在移动通信天线中使用变压器有什么问题需要解决
贾虎世
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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。
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