移动通信用环行器隔离器的新近发展2012

移动通信用环行器隔离器的新近发展发布:2012-11-19 | 作者: | 来源: | 查看:8次 | 用户关注：1前言当今世界已进入信息化时代，灵活、多样、方便的通信手段已使人类居住的地球变成了一个村落。据日本电子工业振兴会预测，2010年世界电子信息产业市场将达34万亿美元，年均增长率为7.4%，其中通信设备工业市场将达到3636.5亿美元，年均增长率为6.6%；电子整机销售年均增长4.6%，电子元器件年均增长率为6.7%。中国电子信息产业今后十年将保持3倍于国民生产总值增长率即年均增长率20%的速度发展1前言当今世界已进入信息化时代，灵活、多样、方便的通信手段已使人类居住的地球变成了一个村落。据日本电子工业振兴会预测，2010年世界电子信息产业市场将达34万亿美元，年均增长率为7.4%，其中通信设备工业市场将达到3636.5亿美元，年均增长率为6.6%；电子整机销售年均增长4.6%，电子元器件年均增长率为6.7%。中国电子信息产业今后十年将保持3倍于国民生产总值增长率即年均增长率20%的速度发展，现代通信与网络是重点发展领域之一。可见国际国内通信产业市场特别是国内市场多么的巨大。现代通信分为有线与无线两大类，移动通信属无线通信之列。那么移动通信是什么呢?移动通信系指移动用户之间、移动通用户与固定站之间或移动台之间的一种通信，如图1所示。它已经历了模拟语音移动通信（第一代）、数字语音移动通信（第二代）如GSM、CDMA两代，现已进入了能覆盖全球的多媒体通信第三代，其主要特点之一是可以实现全球漫游，使任意时间、任意地点、任意人之间的交流成为可能；将来还要发展到第四代高速移动通信。这些系统都属于无线通信之列，它们都要采用微波作为传输手段，因此微波铁氧体环行器、隔离器是不可缺少的基本器件。环行器/隔离器在移动通信中的应用主要是在基台（站）和移动台系统中。而在基台和移动台中主要作收、发信机的天线共用装置（双工器或多工器），在发射和接收系统中作功率放大器、开关放大器的输入和输出隔离以及在测量系统中起去耦作用。2移动通信用电子元器件的技术发展趋势及对隔离器的要求212.1技术发展趋势移动通信的发展与广泛应用、普及世人瞩目，在欧美、日本等国家已成为个人通信的必备工具。在中国移动通信的发展速度更是普及、惊人。在当今移动通信设备向小型、轻量、薄型、高频、低功耗、多功能、高性能的发展过程中，对电子元器件提出了相应的甚至更高的要求，从而促进了电子元器件的进步，同时又推动了移动通信电子设备的更新与提高。那么移动通信电子元器件的发展趋势是什么呢？2.1.1高频化移动电话从800MHz、1.5GHz向1.9GHz、2GHz等更高频段发展，电子元器件也必需满足高频使用，还必需使用无引线的表面贴装(SMT)即片式元件。2.1.2低功耗便携电话通话时间的长短与电池的容量和机内元器件的功耗密切相关。为延长电池寿命，元器件的功耗应尽量小。2.1.3小型、轻量化为满足整机小型轻量化的要求，射频部分要使用MMIC、LSI的高集成技术，相应的元器件必需片式化，而且其尺寸应越来越小。如大量使用的MLCC元件，由1005型趋向使用0603型、0402型。2.1.4数字化为满足数字化要求，消除或避免来自外部和内部噪声源对数字电路的影响，要用到各类电磁兼容(EMC)片式元件，如片式铁氧体磁珠EMC元件即是。2.1.5复合化为适应移动电话在世界不同地区使用不同频率的要求，需要开发能够满足多系统使用的小型化复合化元器件。2.1.6全球适用性为保护环境，必需执行ISO14000标准，并且制作元器件的原材料与用后的放弃物处理，均不应污染环境。2.2对隔离器的要求微波环行器/隔离器在移动通信设备中是不可缺少的基础件和关键件，对它的基本要求是低的插入损耗、高隔离度、宽频带、温度稳定性好、高的功率承受能力、小型轻量、低成本。用于手机时，小型轻量、低成本、高功率、低损耗显得格外重要。3环行器/隔离器在移动通信中的作用与地位1a.在基台中的应用：环行器/隔离器主要用于发、收信设备系统中，起级间隔离、去藕、阻抗匹配作用（图2）；若用于天线系统，可作双工器之用。b.在手持式数字电话系统中的应用：随着移动通信技术的不断发展，对其环行器/隔离器的基本要求则是高性能（低插入损耗、高隔离度、宽频带、高功率及高的温度稳定性等）、小型轻量、低成本，尤其是用于手机中的器件，小型轻量与低成本显得特别重要。用于手持式数字电话系统的环行器/隔离器同样是作天线共用器和发射功率放大器输出隔离去耦(如图3、图4)4环行器/隔离器的主要技术性能与新近发展13454.1 主要技术性能移动通信的工作集中在450MHz、900MHz、1.5GHz、2.4GHz、4GHz等不同频段上，环行器/隔离器的技术性能亦应能满足其需要。在移动通信中应用的环行器/隔离器目前可分为集中参数与分布参数两类，集中参数型比较能适宜小型化的要求，特别适用于手机上。基站用器件参数：插入损耗0.40.8dB隔离度20dBVSWR1.3平均功率50W工作温度为-2070接头形式：SMA，N形，Lab或带线，根据需要而定尺寸：2020，1515，1010，77mm等。手机用器件：如前所述，手机中应用的器件最为重要的是轻薄小，低高度，薄型化，高性能，是很重要的，其主要性能如下：插入损耗：0.51.0dB隔离度：1520dBVSWR1.20平均功率2.5W工作温度：-1070尺寸： 10104，773，552mm等4.2新近发展为满足设备系统小型轻量化高性能的要求，移动通信中应用的环行器/隔离器也应围绕这一主题开展工作。根据基站与手机应用的不同需要简述如下。对于移动通信用环行器/隔离器始终伴随着整机系统的发展而发展的，国内外的电子信息整机与元器件（包括电子磁性产品专业）制造厂商及其工程技术人员都在进行研发工作，下面仅就一些典型产品的近期发展作一介绍。4.2.1用于全球移动通信系统的环行器/隔离器Temex公司为满足全球移动通信系统用具有高隔离、低插损、大功率处理能力的环行器/隔离器的需要，专为其这一应用而设计了NE3101、NE1101落人式(trop-in)和表面安装(SMT)环行器/隔离器五种产品系列，用于20802200MHz全球移动体系，其特点是互调失真(IMD)低，大的功率处理能力(表1 )。4.2.2高功率SMT环行器/隔离器这是Renaissance Alectronics 公司推出的SMT环行器和隔离器新产品，它是直接安装在用户的PCB板上的，工作在800MHz至2700MHz的频段内，以蜂窝市场的AMPS、GSM、DCS、PCS、UMTS等频段为目标而开发的，其特点是：低插损、 低VSWR、 高隔离度和良好的热稳定性。它的工作带宽为3 10%，工作温度范围在(-10 +85)内，还可根据应用加以扩展，其技术性能指标如表2 所示。4.2.3手机用环行器/隔离器的进展为满足轻薄小高性能要求，世界各国都在致力于这方面的开发，特别是在低高度、低成本上花大力推进,欧美各国和日本具有代表性。例如日本在1998年开发的CE074型772mm投入市场的低高度、小型轻量化、低价格隔离器，采用了独自的磁路与低损耗技术，实行全自动装配，建立了月产约100万只的生产线。适应了市场的大量需求。接着又开发出552mmCE052型系列，比CE0743系列减小体积约45%，重量减少47%，仅重0.20克，成为当时世界上最小的隔离器，其电气性能是：在14291453MHz范围内，插损0.37dB，隔离20dB。改变CE052系列内部电路参数又制成1.52GHz下工作的隔离器。表3 给出了CE052在PDC1.5G和PCS中的标准规格。手机中使用的大多数电子元器件都接近1mm，而隔离器目前最薄的也是1.6mm，显然落后。为此日立金属(株)公司的S.Yamamoto等人正在开发1mm高度的隔离器。要制成这种器件，提供磁场的铁氧体永磁体和旋磁铁氧体（YIG）的厚度都要减至0.20.3mm，还必需对器件结构进行重新设计以实现非互易传输特性。为此需要解决：1)将永磁体减至0.2mm时，须设计最佳磁路与选择合适的永磁材料以确保足够的均匀的场强；2)能够获得实用的非互易特性的器件结构设计；3)有能廉价批量生产厚0.3mm低损耗YIG铁氧体烧结体的工艺技术。目前用于手机中的器件有集中参数与分布参数两种结构，常用的是集中参数型的，分布参数型则用于基站等大功率场合。然而集中参数型结构比较复杂，分布参数型较适合于这种低高度隔离器的设计，采用放电等离子体烧结法(SPS)制成0.3mmYIG烧结体，以模拟为基础，设计、试制成1mm高度的隔离器：在5GHz时显示出非互易特性，插损0.7dB，隔离23dB，达到了实用水平。4.2.4其它实用产品Anaren Microwave Inc.推出了用于18951880MHz数字业务(DCS)、19301990MHz个人通信业务(PCS)、21102170MHz通用移动电信业务(UMTS)和第三代(3G)移动通信环行器/隔离器，插入损耗0.29dB 隔离2325dB 回波损耗23dB工作温度为(-2085)，外形尺寸：25.925.07.4mm。5结束语移动通信用环行器/隔离器是不可缺少的基础件与关键件