东芝新天线技术，将智能手机天线尺寸减小20％并自动补偿频率偏移

东芝2014年7月10日在IEEE于美国田纳西州举行的天线及电波传播学会“Antennasand Propagation Society（AP-S）”上，发表了将智能手机等的天线比原来减小约20％的“自动匹配天线”技术。该技术计划以2016年度为目标实用化。开发首先瞄准智能手机等移动通信系统，还考虑向可穿戴设备及基础设施监测用传感器网络扩展。

一般而言，天线面积变小后，天线效率（天线增益×辐射效率）就会下降。其原因在于天线效率达到峰值的频带宽度变窄。尤其是智能手机等，当手部等接近天线时，功率电波的频率就会发生偏移。天线越小，偏移带来的影响就越大，容易导致天线效率大幅下降（图1）。因此，天线不能小于一定尺寸。

图1：通过自动匹配来补偿伴随天线小型化而出现的效率降低智能手机等在手部接近天线时功率电波的频率会发生偏移。天线越小，其影响就越大，容易导致天线效率大幅下降。（图片由《日经电子》根据东芝的资料制成）

用MEMS改善天线效率

为此，东芝开发出了可补偿频率偏移、并将其调整到通信信道的自动匹配天线。相关技术的大致构成如图2所示。当手部等接近天线，“天线效率检测电路”就会检测效率的变化。然后，“控制电路”执行改善天线效率的运算，控制位于天线与无线收发机之间的“匹配电路”，对频率偏移做出补偿。

匹配电路内部嵌有东芝开发的MEMS可变电容器，通过调整其静电容量来实施频率偏移的补偿。通过导入该机制，即使将天线比原来减小20％，也可确保同等的天线效率^注1）。

注1）同样的技术已部分实用化，但已有技术在检测天线效率变化上采用“耦合器方式”。该方式存在可检测的电波频带有限，以及检测时的功耗较大等课题。东芝此次采用“探测器方式”，与耦合器方式相比，可检测广泛带宽的频带，而且功耗也较小。

普通通信系统在天线效率下降后通过增大发送功率来保持通信品质。也就是说，通过自动匹配功能来改善天线效率，便可降低发送功率（图3）。与不具备自动匹配功能的天线相比，发送功率最大可降低30％^注2）。另外，东芝已试制出配备自动匹配功能的LTE/3G用天线模块，今后预定将该模块电路集成到1个IC中推出产品。（记者：中岛 募，《日经电子》）

注2）移动通信系统等具备可在基站一端控制终端发送电波强度的“Transmit Power Control（TPC）”功能。比如，当终端的电波过强时会发出“降低发送功率”的指标，在电波弱时发出“提高发送功率”的指示。东芝的技术在执行旨在改善天线效率的计算时，还考虑到了TPC功能下的功率变化范围。这样便可实现匹配电路的细致控制，与不考虑TPC时相比，可使发送功率降低约10％。