移動通信用環(huán)行器隔離器的新近發(fā)展201211

1、移動通信用環(huán)行器隔離器的新近發(fā)展發(fā)布：2012-11-19 | 作者：|來源：|查看:8次|用戶關注:1前言當今世界已進入信息化時代，靈活、多樣、方便的通信手段已使人類居住的地球變成了一個村落。據(jù)日本電子工業(yè)振興會預測，2010年世界電子信息產(chǎn)業(yè)市場將達34萬億美元，年均增長率為7.4%，其中通信設備工業(yè)市場將達到3636.5億美元，年均增長率為6.6% ;電子整機銷售年均增長4.6%，電子元器件年均增長率為6.7%。中國電子信息產(chǎn)業(yè)今后十年將保持3倍于國民生產(chǎn)總值增長率即年均增長率20%的速度發(fā)展1前言當今世界已進入信息化時代，靈活、多樣、方便的通信手段已使人類居住的地球變成了一個村落。據(jù)日

2、本電子工業(yè)振興會預測，2010年世界電子信息產(chǎn)業(yè)市場將達34萬億美元，年均增長率為7.4%，其中通信設備工業(yè)市場將達到 3636.5億美元，年均增長 率為6.6% ;電子整機銷售年均增長 4.6%，電子元器件年均增長率為 6.7%。中國電 子信息產(chǎn)業(yè)今后十年將保持 3倍于國民生產(chǎn)總值增長率即年均增長率20%的速度發(fā)展,現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡是重點發(fā)展領域之一?？梢妵H國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)市場特別是國內(nèi)市場多么的巨大。現(xiàn)代通信分為有線與無線兩大類，移動通信屬無線通信之列。那么移動通信是什么呢？移動通信系指移動用戶之間、 移動通用戶與固定站之間或移動臺之間的一種通信，如圖1所示。它已經(jīng)歷了模擬語音移動通信 （第一

3、代）、數(shù)字語音移動通信（第二代）如GSM、CDMA 兩代，現(xiàn)已進入了能覆蓋全球的多媒體通信一一第三代，其主要特點之一是可以實現(xiàn)全球漫游，使任意時間、任意地點、任意人之間的交流成為可能；將來還要發(fā)展到第四代 高速移動通信。這些系統(tǒng)都屬于無線通信之列，它們都要采用微波作為傳輸手段， 因此微波鐵氧體環(huán)行器、隔離器是不可缺少的基本器件。環(huán)行器/隔離器在移動通信中的應用主要是在基臺（站）和移動臺系統(tǒng)中。而在基臺和 移動臺中主要作收、發(fā)信機的天線共用裝置（雙工器或多工器），在發(fā)射和接收系統(tǒng)中 作功率放大器、開關放大器的輸入和輸出隔離以及在測量系統(tǒng)中起去耦作用。2移動通信用電子元器件的技術發(fā)展趨勢及對隔離器

4、的要求212.1技術發(fā)展趨勢移動通信的發(fā)展與廣泛應用、普及世人矚目，在歐美、日本等國家已成為個人通信的必 備工具。在中國移動通信的發(fā)展速度更是普及、驚人。 在當今移動通信設備向小型、輕量、薄型、高頻、低功耗、多功能、高性能的發(fā)展過程 中，對電子元器件提出了相應的甚至更高的要求，從而促進了電子元器件的進步，同時 又推動了移動通信電子設備的更新與提高。 那么移動通信電子元器件的發(fā)展趨勢是什么 呢？2.1.1 高頻化移動電話從 800MHz 、1.5GHz 向 1.9GHz 、2GHz 等更高頻段發(fā)展，電子元器件也必 需滿足高頻使用，還必需使用無引線的表面貼裝 (SMT) 即片式元件。2.1.2 低

5、功耗便攜電話通話時間的長短與電池的容量和機內(nèi)元器件的功耗密切相關。 為延長電池壽命， 元器件的功耗應盡量小。2.1.3 小型、輕量化為滿足整機小型輕量化的要求，射頻部分要使用MMIC 、LSI 的高集成技術，相應的元器件必需片式化，而且其尺寸應越來越小。如大量使用的 MLCC 元件，由 1005 型趨 向使用 0603 型、 0402 型。2.1.4 數(shù)字化為滿足數(shù)字化要求， 消除或避免來自外部和內(nèi)部噪聲源對數(shù)字電路的影響， 要用到各類 電磁兼容 (EMC) 片式元件，如片式鐵氧體磁珠 EMC 元件即是。2.1.5 復合化為適應移動電話在世界不同地區(qū)使用不同頻率的要求， 需要開發(fā)能夠滿足多系統(tǒng)

6、使用的 小型化復合化元器件。2.1.6 全球適用性為保護環(huán)境，必需執(zhí)行 ISO14000 標準，并且制作元器件的原材料與用后的放棄物處 理，均不應污染環(huán)境。2.2 對隔離器的要求微波環(huán)行器 / 隔離器在移動通信設備中是不可缺少的基礎件和關鍵件，對它的基本要求 是低的插入損耗、高隔離度、寬頻帶、溫度穩(wěn)定性好、高的功率承受能力、小型輕量、 低成本。用于手機時，小型輕量、低成本、高功率、低損耗顯得格外重要。3 環(huán)行器 / 隔離器在移動通信中的作用與地位 1a. 在基臺中的應用：環(huán)行器/隔離器主要用于發(fā)、 收信設備系統(tǒng)中，起級間隔離、去藕、阻抗匹配作用（圖 2）； 若用于天線系統(tǒng)，可作雙工器之用。b.

7、 在手持式數(shù)字電話系統(tǒng)中的應用： 隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，對其環(huán)行器 / 隔離器的基本要求則是高性能（低插入損 耗、高隔離度、寬頻帶、高功率及高的溫度穩(wěn)定性等）、小型輕量、低成本，尤其是用 于手機中的器件，小型輕量與低成本顯得特別重要。用于手持式數(shù)字電話系統(tǒng)的環(huán)行器 / 隔離器同樣是作天線共用器和發(fā)射功率放大器輸出 隔離去耦 （如圖 3 、圖 4）4 環(huán)行器 /隔離器的主要技術性能與新近發(fā)展 13454.1 主要技術性能移動通信的工作集中在 450MHz 、 900MHz 、 1. 5GHz 、2.4GHz 、4GHz 等不同頻段 上，環(huán)行器 / 隔離器的技術性能亦應能滿足其需要。在移動通

8、信中應用的環(huán)行器 /隔離器目前可分為集中參數(shù)與分布參數(shù)兩類，集中參數(shù)型 比較能適宜小型化的要求，特別適用于手機上?；居闷骷?shù)：插入損耗 0.40.8dB隔離度 20dBVSWRC 1.3平均功率 50W工作溫度為-20 C70 °C接頭形式： SMA ，N 形， Lab 或帶線，根據(jù)需要而定尺寸：20X 20 , 15X 15 , 10X 10 , 7X 7mm 等。手機用器件： 如前所述，手機中應用的器件最為重要的是輕薄小，低高度，薄型化，高性能，是很重 要的，其主要性能如下：插入損耗： 0.5 1.0dB隔離度： 1520dBVSWRC 1.20平均功率 2.5W工作溫度：

9、-10 C 70 C尺寸：10X 10X 4 , 7X 7X 3 , 5X 5X 2mm 等4.2 新近發(fā)展 為滿足設備系統(tǒng)小型輕量化高性能的要求，移動通信中應用的環(huán)行器/ 隔離器也應圍繞這一主題開展工作。根據(jù)基站與手機應用的不同需要簡述如下。對于移動通信用環(huán)行器 / 隔離器始終伴隨著整機系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，國內(nèi)外的電子信 息整機與元器件 （包括電子磁性產(chǎn)品專業(yè)）制造廠商及其工程技術人員都在進行研發(fā)工 作，下面僅就一些典型產(chǎn)品的近期發(fā)展作一介紹。4.2.1 用于全球移動通信系統(tǒng)的環(huán)行器 / 隔離器Temex 公司為滿足全球移動通信系統(tǒng)用具有高隔離、低插損、大功率處理能力的環(huán)行器/ 隔離器的需要

10、， 專為其這一應用而設計了 NE3101 、NE1101 落人式 （trop-in） 和表 面安裝（SMT）環(huán)行器/隔離器五種產(chǎn)品系列，用于20802200MHz全球移動體系，其 特點是互調(diào)失真 （IMD） 低，大的功率處理能力 （表1 ）。4.2.2 高功率 SMT 環(huán)行器 /隔離器這是 Renaissance Alectronics 公司推出的 SMT 環(huán)行器和隔離器新產(chǎn)品，它是直接 安裝在用戶的 PCB 板上的，工作在 800MHz 至 2700MHz 的頻段內(nèi)，以蜂窩市場的 AMPS 、GSM 、DCS、PCS、UMTS 等頻段為目標而開發(fā)的，其特點是：低插損、 低 VSWR 、 高隔

11、離度和良好的熱穩(wěn)定性。它的工作帶寬為 3 10% ，工作溫度范圍在 （-10+85） C內(nèi)，還可根據(jù)應用加以擴展，其技術性能指標如表2所示。4.2.3 手機用環(huán)行器 /隔離器的進展為滿足輕薄小高性能要求，世界各國都在致力于這方面的開發(fā)，特別是在低高度、低成 本上花大力推進 , 歐美各國和日本具有代表性。例如日本在1998年開發(fā)的CE074型7X 7X 2mm 投入市場的低高度、小型輕量化、 低價格隔離器， 采用了獨自的磁路與低損耗技術， 實行全自動裝配， 建立了月產(chǎn)約 100 萬只的生產(chǎn)線。適應了市場的大量需求。 接著又開發(fā)出5X 5X 2mmCE052 型系列，比 CE0743 系列減小體積

12、約 45% ，重量減少 47% ，僅重 0.20 克，成為當時世界上最小 的隔離器， 其電氣性能是： 在 1429 1453MHz 范圍內(nèi)， 插損 0.37dB ，隔離 20dB 。改變 CE052 系列內(nèi)部電路參數(shù)又制成 1.5 2GHz 下工作的隔離器。表 3 給出了CE052在PDC1.5G 和PCS中的標準規(guī)格。手機中使用的大多數(shù)電子元器件都接近 1mm ，而隔離器目前最薄的也是 1.6mm ，顯 然落后。為此日立金屬 （株）公司的 S.Yamamoto 等人正在開發(fā) 1mm 高度的隔離器。要制成這種器件，提供磁場的鐵氧體永磁體和旋磁鐵氧體(YIG )的厚度都要減至0.20.3mm ，

13、還必需對器件結(jié)構進行重新設計以實現(xiàn)非互易傳輸特性。為此需要解決： 1) 將永磁體減至 0.2mm 時，須設計最佳磁路與選擇合適的永磁材料以確保足夠的均勻的 場強；2) 能夠獲得實用的非互易特性的器件結(jié)構設計； 3) 有能廉價批量生產(chǎn)厚 0.3mm 低損耗 YIG 鐵氧體燒結(jié)體的工藝技術。目前用于手機中的器件有集中參數(shù)與分布參數(shù)兩種結(jié)構， 常用的是集中參數(shù)型的， 分布 參數(shù)型則用于基站等大功率場合。然而集中參數(shù)型結(jié)構比較復雜，分布參數(shù)型較適合于 這種低高度隔離器的設計，采用放電等離子體燒結(jié)法 (SPS) 制成 0.3mmYIG 燒結(jié)體， 以模擬為基礎，設計、試制成 1mm 高度的隔離器：在 5GHz 時顯示出非互易特性， 插損 0.7dB ，隔離 23dB ，達到了實用水平。4.2.4 其它實用產(chǎn)品Anaren Microwave Inc. 推出了用于 1895 1880MHz 數(shù)字業(yè)務 (DCS) 、1930 1990MHz 個人通信業(yè)務 (PCS) 、2110 2170MHz 通用移動電信業(yè)務 (UMTS) 和第三 代(3G)移動通信環(huán)行器/隔離器，插入損耗 0.29dB 隔離2325dB回波損耗23dB 工作溫度為(-2085) C，外形尺寸：25.9 X 25.0 X 7.4mm 。5 結(jié)束語移動通信用環(huán)行器 /隔離器是不可缺少的基礎件