Performance and Stability of Highly Linear Antenna Tuner

Abstract

One of the greatest advance of the Long-term evolution-advanced (LTE-A) is the carrier aggregation (CA). This allows faster and more reliable data transmission compared to earlier data transmission protocol LTE. In this so-called carrier aggregation, data transmission is shared to several carrier components i.e. with carrier component data can be transmitted and received just like with one carrier, which has wider bandwidth. The carried data increases linearly with the number of used carrier components. There are several ways to arrange these carrier components and one of these is band combination 17+4. In more detail this means the band 4 is exactly three times band 17 in the frequency point of view. If we think different mobile phone components and their harmonic behavior this can be problematic. At least all components must be linear and they cannot produce any harmonics to avoid that the harmonic signal from the band 17 doesn’t attach to the band 4 and for example distort the band 4’s receiver. Antenna tuners are one of the most vital components of the modern mobile phones. And usually they are not the most linear components. In this master thesis one MEMS antenna tuner is measured and it harmonic performance is studied in this carrier aggregation point of view. Because distortion appeared in error vector magnitude (EVM), adjacent channel leakage ratio (ACLR) and two-tone measurements was also made. This was just for specifying and get deeper knowledge of source of the distortion. It appeared that in these measurements there was also distortion and the measurement setup had to be modified to minimize distortion. After this measurement setup fix third order harmonic distortion was measured. These measurements were done also as a comparison to other antenna tuner to under- stand how good the MEMS antenna tuner is. As from these measurements was found out the MEMS tuner creates harmonic distortion more than the antenna tuner to which it was compared.

LTE-A (long-term evolution-advanced) tiedonsiirtotekniikan yksi suurimmista edistysaskeleista on sen käyttämä kantoaaltojen yhdistäminen. Tätä käyttämällä voidaan saavuttaa nopeampi ja vakaampi tiedonsiirto esimerkiksi verrattuna aikaisempaan LTE tiedonsiirtoprotokollaan. Tässä niin kutsutussa kantoaaltojen yhdistämisessä siirrettävä tieto on jaettu useammalle kantoaaltokomponentille, niin että jokaisella kantoaallolla voidaan siirtää ̈ yhtä suuri datamäärä kuin yhdellä taajuuskaistaltaan suuremmalla kantoaallolla. Tämä kantoaaltojen yhdistäminen voidaan toteuttaa useammalla taajuuskaistayhdistelmällä, joista yksi on kaistayhdistelmä 17 + 4. Tämän yhdistelmän hankaluutena on se, että, taajuuskaista 4 on kolme kertaa taajuuskaista 17 taajuuden kannalta. Eri matkapuhelimen osat voivat tuottaa harmonista säröä, joka on haitaksi matkapuhelimen toiminnalle. Näin ollen matkapuhelimen osien tulisikin olla lineaarisia, niin että esimerkiksi taajuuskaistalla 17 syntynyt harmoninen särö ei näkyisi taajuuskaistan 4 vastaanottimessa ja näin ollen häiritsisi vastaanottoa. Antennivirittimet ovat tärkeitä nykypäivän matkapuhelimessa. Usein ne eivät myöskään ole kovinkaan lineaarisia, mitä tulee harmoniseen säröön. Tässä työssä mitataan erään MEMS-tekniikkaan perustuvan antennivirittimen tuottama särö. Ennen kolmannen asteen harmonisen särön mittauksia antennivirittimelle tehtiin EVM (error vector magnitude), ACLR (adjacent channel leakage ratio) ja two tone mittaukset. Näissä mittauksissa huomattiin, että säröä ilmeni jo näissä mittauksissa. Näin ollen mittausjärjestelyjä jouduttiin muuttamaan aiemmin aiotusta. Mittaustuloksia myös vertailtiin toisenlaiseen antennivirittimen mittaustuloksiin, jotta saatiin parempi ymmärrys siitä kuinka hyvä MEMS antenniviritin on. Näissä mittauksissa huomattiin, että MEMS antenniviritin tuottaa enemmän harmonista säröä kuin verrokkina käytetty antenniviritin.