我已經(jīng)了解 RF 功率的作用

本文最早刊登于《網(wǎng)絡(luò)世界》，作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

不信？那么請關(guān)閉電源，看看您的網(wǎng)絡(luò)會怎樣。

但是，強(qiáng)大的 RF 功率意味著責(zé)任重大。電源管理是一門科學(xué)藝術(shù)，它通過優(yōu)化輸入和輸出信號來最大化 RF 設(shè)備的效率和性能，這不是一件容易的事。每臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有自己獨特的功率需求。更高的數(shù)據(jù)速率通常意味著更高的功耗和復(fù)雜性，這可能會帶來損失，進(jìn)而降低可靠性和增加成本。低數(shù)據(jù)速率設(shè)備（例如支持物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的那些設(shè)備）功率極小，以便節(jié)省寶貴的電池電源的每一毫秒。

除此以外，RF 工程師還面臨靜電放電的難題，它幾乎可以炸毀一臺設(shè)備的電路板。想象一下，在干燥的冬日走過地毯后，手碰觸到門把手。咝！在您碰到門把手的那一刻，您的身體受到 20,000 V 電壓沖刷。它只會讓您的手臂汗毛豎起來，感到輕微不適，但是，卻會讓設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問題，或者甚至損壞敏感的電子元件。

任何人都能按下電源按鈕，但要設(shè)計出電源管理和 RF 設(shè)備，則需要特定的專業(yè)知識。以下幾項事實可能有助于“激發(fā)您的興趣”。

高功率 RF

伯克利實驗室將高功率 RF 定義為一個專門的工程領(lǐng)域，主要研究運(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于音頻頻段的元件和系統(tǒng)。高功率 RF 應(yīng)用包括軍事和商業(yè)雷達(dá)、衛(wèi)星通信和無線基礎(chǔ)設(shè)施，例如蜂窩基站。

工程師必須放大這些系統(tǒng)的功率，以便在長距離和惡劣條件下可靠地傳輸信號。為此，他們使用了功率放大器(PA)。

看，并非所有的網(wǎng)絡(luò)術(shù)語都會很復(fù)雜。

與放大 .jpeg 圖像文件的大小一樣，功率放大器可以在不損壞或無失真的情況下增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的輸出。但是，增加功率也會產(chǎn)生大量的熱量。溫度管理是高功率 RF 設(shè)備需要解決的難題之一。工程師必須滿足嚴(yán)格的輸出要求，同時保持設(shè)備足夠冷卻，以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

出于此原因，大部分高功率 RF 設(shè)備都采用砷化鎵 (GaAs) 或氮化鎵(GaN)制造。這兩種復(fù)合半導(dǎo)體都能處理高功率 RF 系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，但 GaN 正迅速成為首選技術(shù)。GaN 放大器具備出色的熱性能，能夠提供比傳統(tǒng)技術(shù)更高的輸出，且最多能夠降低 20% 的功耗。

GaN 幫助實現(xiàn)了更高頻率下的實時通信。以敵我識別 (IFF) 系統(tǒng)為例。這些系統(tǒng)讓民用航空交通管制部門能夠識別飛機(jī)，并從塔樓上確認(rèn)它們的距離。

高功率 RF 設(shè)備發(fā)展的下一步是毫米波 (mmW)：介于 30 GHz 和 300 GHz 之間的超高頻段，其中許多頻率是部署5G無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。采用這些頻率時，電源管理是一個真正的挑戰(zhàn)。我們已經(jīng)展示了運(yùn)行頻率介于37至40.5 GHz之間的產(chǎn)品，后續(xù)我們還會展示更多。

低功率 RF

低功率 RF 主要涉及更低頻率的低傳輸速率、短距離無線通信。應(yīng)用包括物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能型智能家居設(shè)備、恒溫器、HVAC、照明控制和家居安防；用于監(jiān)測停車、交通堵塞、路燈和廢棄物管理狀況的智能城市設(shè)備；以及車聯(lián)網(wǎng)。

哦，還有動畫貓動圖。

對于所有低功率 RF 產(chǎn)品來說，電源管理的關(guān)鍵問題在于電池的使用壽命。物聯(lián)網(wǎng)要能夠使用，傳感器必須持續(xù)很長時間。房主和市民并不希望每年更換設(shè)備中的電池，因此工程師必須設(shè)計出低功率、能夠維持十年或更久時間的解決方案。

更復(fù)雜的是，每個低功率網(wǎng)絡(luò)對功率的要求各不相同，并且有數(shù)十個網(wǎng)絡(luò)之多，包括 Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee 3.0、藍(lán)牙低功耗、Thread、LTE Cat-M1 (LTE-M) 和窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)。

例如，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)發(fā)送的文件的大小，以及路由器/接入點和連接設(shè)備之間的距離，在 2.4GHz 和 5GHz 之間切換。頻率更高時，系統(tǒng)消耗的功率更高，頻率更低時，消耗的功率更低。路由器采用硬接線方式，因此不受影響，但互聯(lián)設(shè)備的電池電量會耗盡，無論是智能手機(jī)、筆記本電腦還是其他設(shè)備。

通常，您的設(shè)備和連接設(shè)備之間的距離越遠(yuǎn)，所需的功率就越大。藍(lán)牙消耗的功率比 Wi-Fi 低，Wi-Fi 需要的功率又比蜂窩低。

打個比方，藍(lán)牙就像一個從未做過有氧運(yùn)動的舉重運(yùn)動員。

根據(jù)我們在 Keysight Technologies 任職的合作伙伴的說法，“工程師必須準(zhǔn)確測量電池的損耗，了解這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗模式，以實現(xiàn)客戶期望的長電池壽命?！敝挥羞@樣，我們才能構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)，以強(qiáng)大的方式將人類和他們的設(shè)備連接起來，進(jìn)而簡化我們的生活。

集成的作用

所有功率水平都能通過集成受益。從系統(tǒng)層面來看，將多個組件集成到單個設(shè)備能夠最小化功率和效率損失，簡化設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)部署，并且?guī)椭涌旄鞣N產(chǎn)品（從雷達(dá)到路由器）的上市速度。從設(shè)備層面來看，家庭、城市或廠區(qū)“設(shè)備”具備的互操作性能夠最大化生產(chǎn)力，并最大限度地節(jié)能。

現(xiàn)在，這些都具有重大影響力。

審核編輯黃昊宇