射频原理

在 2019 年，Qorvo 宣布收购高性能 RF MEMS 天线调谐应用技术供应商 Cavendish Kinetics, Inc.（简称：CK）。

在 Qorvo 看来，Cavendish Kinetics 的加入，让公司能够在天线调谐领域确立市场领先地位。多家全球领先的智能手机供应商也通过采用 CK 的 RF MEMS 技术降低损耗并提高线性度，实现了天线性能的显著提升。CK 优化了该技术并扩大了其适用范围，将该技术应用于基础设施和国防等其他应用，而 Qorvo 将在 CK 所做的出色工作基础上继续努力。

在今天，我们就跟大家谈谈 RF MEMS。

二十多年前，哪些专门从事射频电路的工程师就一直开始追求他们理想中的“开关”。按照他们的设想，这些开关在“开启”的时候具有超低电阻，在“关闭”时具有超高电阻。此外，它们还将具备体积小、速度快、易于制造、能够切换相当高的电流、能够承受数十亿次开关循环，并且只需很少的功率即可运行等优势。它甚至可以传导数十甚至数百 GHz 的信号而完全没有失真（接近完美的线性度）。

也许在一开始的时候，这种设想看起来就像一个白日梦，但随着 MEMS 的出现，这似乎成为了可能。

所谓，RF MEMS 开关，是一种是小型的微机械开关，功耗低，可以使用传统的 MEMS 制造技术生产。它们类似于房间中的电灯开关，其中触点打开或关闭以通过开关传导信号。在 RF MEMS 器件的情况下，开关的机械组件只有微米级尺寸。与电灯开关不同，在 RF MEMS 开关中传导的信号在射频范围内。

这是一种不同于机电射频开关和固态射频开关的技术。

固态开关使用半导体技术进行操作，例如硅或 PIN 二极管、FET（场效应晶体管）和混合技术（结合了 PINS 和 FET），并使用硅基基板构建。而 RF MEMS 开关则与不断改进的基于 RF-SOI（绝缘体上的硅）的开关竞争，后者是当今市场上的主导解决方案。

RF MEMS 开关的开发早在 20 多年前就开始了，但当时的市场却成功有限。这主要是归咎于其可靠性。因为射频开关需要经受数十亿次开关周期的考验，但找到足够坚硬以维持大量开关循环，同时又足够柔软以在闭合时形成良好接触的材料一直以来都极具挑战性。

但进入最近几年，RF MEMS 已经成为了可能。它能够可为包括智能手机、基础设施和国防等任何类型的无线通信带来巨大价值。

按照 Cavendish Kinetics 的说法，如今，智能手机使用 RF MEMS 进行天线调谐和阻抗匹配，以动态改变天线谐振，同时最大限度地提高功率传输；射频 MEMS 技术也可用于射频前端 (RFFE) 中的传导路径，以降低插入损耗并提高隔离度；在移动基础设施方面，也可以使用 RF MEMS 来执行天线波束成形。

RF MEMS 的应用范围（source：Cavendish Kinetics）

Qorvo 在收购 Cavendish Kinetics 的时候也谈到，RF MEMS 设备用于在低、中和高频段调谐智能手机的主天线和分集天线，从而带来更强的信号和更高的数据速率。RF MEMS 具有出色的品质因数、改进的线性度和极低的插入损耗，从而最大限度地提高了性能，为提升 4G 和 5G 系统性能提供了巨大潜力。

从相关报道可以，现代智能手机拥有多达 8 根天线，以适应随着从 4G 到 5G 的无线过渡而不断增长的多个频段。为了更好地将天线与频率匹配，沿天线嵌入的开关可以改变其配置，并在谐振设备（如电容器或电感器）中进行切换，以微调天线的响应。

对于这种应用，当前的手机制造商使用的是基于绝缘体上硅 (SOI) 技术的半导体开关。但 MEMS 器件可提供更高频率和线性度的产品，这就使其成为有吸引力的替代品，特别是对于某些 5G 频段，其受关注程度更高。