La mobile Tv è in procinto di diventare il prossimo grande accessorio elettronico mobile. Per i progettisti tradurre questa opportunità in realtà è talvolta scoraggiante, data la complessità delle implicazioni relative all'uso da questi prodotti, ad esempio la durata della batteria, la qualità di ricezione, le dimensioni dello schermo e la qualità dell'immagine. Queste problematiche sono sicuramente superabili, ma ciò che desta i maggiori ostacoli in fase di pianificazione iniziale è l'impatto a livello di antenna.
Poiché l'antenna è vincolata alle dimensioni ridotte del prodotto, essa potrebbe non essere in grado di ricevere con i dovuti livelli di efficienza tutte le bande richieste dalla Tv mobile. Per questo è necessario ricorrere a una tecnologia che renda sufficientemente affidabile la sintonizzazione. Non essendo In grado di coprire la vasta gamma di frequenze richieste dalle applicazioni di mobile Tv con una antenna embedded, i progettisti dei primi modelli sono ricorsi a un'antenna telescopica esterna di tipo tradizionale. Un'antenna telescopica rappresenta un potenziale punto debole in quanto le manovre ripetute da parte degli utenti e l'esposizione ai fattori esterni possono causarne la rottura. La soluzione ideale è ovviamente un sistema d'antenna di nuova concezione, totalmente integrato nell'apparato Tv e capace di lavorare nella banda dei 400MHz.
Sfide legate all'antenna mobile Tv
Le applicazioni di mobile Tv come il Dvb-H e l'Isdb-T implicano l'integrazione - in un sistema già complesso - di funzioni di ricezione per una banda molto larga e di una buona copertura. Il tutto in uno spazio estremamente ridotto. Secondo la relazione tecnica "Dvb-H Implementation Guidelines" dell'European Telecommunications Standards Institute la progettazione di un'antenna ad alte prestazioni per la banda Uhf della Mobile Tv associata alla garanzia di un buon accoppiamento di ingresso su tutta la banda Uhf-IV/V (da 470 a 862MHz) rappresenta un compito molto impegnativo e richiede senza dubbio un circuito di sintonizzabile regolabile. Sino ad oggi i progettisti hanno avuto solo due scelte: un'antenna interna passiva, con risultati mediocri, o un'antenna esterna telescopica, considerata da molti consumatori arcaica. Per i progetti futuri il mercato è decisamente orientato verso un'antenna interna integrata, per la quale è fondamentale una sintonizzazione che assicuri all'utente una buona esperienza d'uso. Per le applicazioni di mobile Tv, la larghezza di banda e l'accoppiamento di ingresso ottenibili sono direttamente correlati alla dimensione fisica dell'antenna e del telefono cellulare. Per questo motivo, le antenne interne più tradizionali utilizzate nelle televisioni mobile hanno prestazioni molto povere: l'efficienza di radiazione soffre mentre il valore di Vswr (Voltage standing wave ratio) raggiunge livelli molto elevati (facilmente 06:01 in tutta la larghezza di banda da 470 a 862 MHz). Questi vincoli prestazionali hanno scatenato un grande interesse verso l'antenna interna “sintonizzabile” - capace cioè di coprire una porzione limitata della larghezza di banda ma risintonizzabile quando si cambia canale di ricezione. Questo approccio permetterebbe di ottenere un livello Vswr significativamente migliore garantendo che la maggior parte della potenza del segnale catturato dall'antenna giunga effettivamente nel ricevitore.
Poiché la Tv mobile è un sistema di sola ricezione, deve essere utilizzato il metodo di sintonizzazione d'antenna ad anello aperto, dove la frequenza centrale dell'antenna viene regolata sulla base di una tabella di look-up relativa al componente sintonizzabile. La frequenza centrale dell'antenna viene spostata dove necessario: la tecnologia di sintonizzazione risintonizza rapidamente l'antenna di ricezione quando si cambia canale. Il produttore progetta l'elemento di antenna per coprire una piccola parte della banda: l'elemento di sintonia muove questa finestra in funzione del bisogno.
Specifiche di interoperabilità energetica Gsm/Dvb-H
Quando in uno stesso apparato sono presenti un'antenna Tv mobile e un'antenna cellulare Gsm, l'elemento di sintonia per l'antenna Tv mobile deve essere in grado di gestire gli elevati livelli di potenza associate al Gsm. Ammesso che il circuito di sintonizzazione sia in grado di sopportare questi elevati livelli di segnale, la potenza accoppiata può modulare e modificare la frequenza centrale dell'antenna Tv mobile o generare un alto livello di armoniche nell'elemento di sintonia.
Elementi per la progettazione dell'antenna Mobile Tv
In tale contesto ciò che serve è una tecnologia di sintonizzazione d'antenna in grado di gestire più di 26 dBm di potenza Gsm e mantenere la Tv sintonizzata con l'antenna incorporata. Essendo collegato all'antenna, il circuito di sintonia deve anche essere estremamente lineare in modo da non generare distorsioni armoniche o inter-modulazioni. L'elemento sintonizzabile, ad esempio un condensatore variabile, deve avere un rapporto di sintonia di almeno 3:1 o migliore. Inoltre, l'intero circuito deve avere un assorbimento inferiore a 1 mA, presentare una bassa perdita di inserzione e garantire un elevato fattore di qualità.
I diodi varactor possono offrire una soluzione semplice e abbastanza economica. Tuttavia, i diodi varactor in genere non sono in grado di soddisfare le specifiche relative alla gestione delle alte potenze e di linearità necessarie per supportare l'interoperabilità Gsm/Dvb-H durante il funzionamento contemporaneo Gsm/Dvb-H. La sintonizzazione switch-based è considerata un approccio piuttosto "brutale”, paragonabile all'uso di uno switch Gsm SP4T con un circuito di sintonia per ciascuna delle quattro linee del commutatore. Questo approccio offre sintonizzazioni molto grossolane, non sufficienti a garantire buone prestazioni sull'intera banda. I banchi di condensatori commutati con Fet - basati su tecnologia bulk Cmos - vantano un elevato fattore di qualità, ma la loro linearità è tipicamente nell'ordine di IIP3 = +25 dBm, il che suggerisce una capacità di gestione di potenze inferiori a +15 dBm. Anche se ciò è di per sé sufficiente per ricevere il segnale Tv mobile, non permette di sostenere il funzionamento simultaneo di Gsm e Dvb-H. Tuttavia, rispetto ai Fet bulk Cmos, i Fet UltraCmos di Peregrine hanno il vantaggio fondamentale di consentire la configurazione in stacking grazie al totale isolamento del substrato in zaffiro. Ciò permette di utilizzare più Fet a bassa tensione in serie per gestire i segnali ad alta potenza durate il funzionamento Gsm/Wcdma.
Una soluzione di sintonizzazione d'antenna
La tecnologia DuNE è una metodologia di progettazione (in attesa di brevetto) resa possibile dal processo UltraCmos di Peregrine e dall'innovativo approccio di sviluppo Arpa. Essa ha permesso la realizzazione di un circuito sintonizzabile a condensatore - denominato Dtc (Digitally Tunable Capacitor) - che può gestire le specifiche di interoperabilità Gsm/DVB-H. I primi Dtc DuNE sono stati progettati per una risoluzione a 5 bit, cioè 32 stati di sintonizzazione. Per l'elemento sintonizzabile il contenimento delle perdite è molto importante ai fini della riduzione della caduta di inserzione della rete di accoppiamento sintonizzabile e dell'ottimizzazione dell'efficienza complessiva dell'antenna. Il Dtc per Mobile Tv DuNE di Peregrine è stato progettato per valori di Q di 40…70 da 470 a 862MHz. Il consumo di corrente del dispositivo è di soli 11uA a 2,75 V. In relazione alle applicazioni di Mobile Tv, i Dtc DuNE sono stati progettati per gestire una potenza nominale di +28 dBm mentre nelle applicazioni Gsm/Wcdma la gestione della potenza è migliore di +38 dBm. Essendo costruiti con un processo di UltraCmos, i nuovi prodotti Dtc DuNE possono integrare - oltre al core Dtc - funzioni digitali (controlli Cmos, elaborazione digitale, bus seriali per periferiche, algoritmi di sintonizzazione), funzioni analogiche (sensori disaccoppiamento, pompe di carica, circuito polarizzazione), così come funzioni RF passive (condensatori ad alto Q) e RF attive (interruttori, protezione Esd).
Il futuro della sintonizzazione delle antenne Mobile Tv
La tecnologia DuNE soddisfa tutte le specifiche prestazionali richieste per incorporare un'antenna sintonizzabile per Mobile Tv. I Dtc DuNE per applicazioni Dvb-H e Isdb-T sono stati inizialmente forniti in campionature ai clienti strategici in tutto il mondo mentre la produzione in volumi è iniziata già nel 2009. Questi Ic Rf UltraCmos comunicano direttamente con il chipset del ricevitore Tv e integrano a livello di die un'interfaccia digitale di comunicazione e tutte le altre funzionalità richieste: ciò semplifica l'implementazione e riduce al minimo le linee e i collegamenti tra i dispositivi. I progettisti di terminali portatili possono finalmente disporre di uno strumento per sviluppare delle efficienti antenne embedded sintonizzabili per Tv mobile e per sfruttare nuove opportunità di mercato.
