電源管理是一門科學藝術，它通過優化輸入和輸出信號來最大化 RF 設備的效率和性能，這不是一件容易的事。每臺網絡設備都有自己獨特的功率需求。更高的數據速率通常意味著更高的功耗和復雜性，這可能會帶來損失，進而降低可靠性和增加成本。低數據速率設備(例如支持物聯網的那些設備)功率極小，以便節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，它只會讓您的手臂汗毛豎起來，感到輕微不適，但是，卻會讓設備產生嚴重的性能問題，或者甚至損壞敏感的電子元件。每個人都能按下電源按鈕，但要設計出電源管理和 RF 設備，則需要以下的專業知識。

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域，主要研究運行頻率遠高于音頻頻段的元件和系統。高功率 RF 應用包括軍事和商業雷達、衛星通信和無線基礎設施，例如蜂窩基站。工程師必須放大這些系統的功率，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)。

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絡設備的輸出。但是，增加功率也會產生大量的熱量。溫度管理是高功率 RF 設備需要解決的難題之一。工程師必須滿足嚴格的輸出要求，同時保持設備足夠冷卻，以保證系統可靠運行。

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

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

高功率 RF 設備發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 無線網絡的關鍵。采用這些頻率時，電源管理是一個真正的挑戰。

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。應用包括物聯網;節能型智能家居設備、恒溫器、HVAC、照明控制和家居安防;用于監測停車、交通堵塞、路燈和廢棄物管理狀況的智能城市設備;以及車聯網。

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

更復雜的是，每個低功率網絡對功率的要求各不相同，并且有數十個網絡之多，包括 Wi-Fi、藍牙、Zigbee 3.0、藍牙低功耗、Thread、LTE Cat-M1 (LTE-M) 和窄帶物聯網 (NB-IoT)。

例如，Wi-Fi 網絡會根據發送的文件的大小，以及路由器/接入點和連接設備之間的距離，在 2.4GHz 和 5GHz 之間切換。頻率更高時，系統消耗的功率更高，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，但互聯設備的電池電量會耗盡，無論是智能手機、筆記本電腦還是其他設備。通常，您的設備和連接設備之間的距離越遠，所需的功率就越大。藍牙消耗的功率比 Wi-Fi 低，Wi-Fi 需要的功率又比蜂窩低。

根據我們在 Keysight Technologies 任職的合作伙伴的說法，“工程師必須準確測量電池的損耗，了解這些物聯網設備的功耗模式，以實現客戶期望的長電池壽命。”只有這樣，我們才能構建一個網絡，以強大的方式將人類和他們的設備連接起來，進而簡化我們的生活。

集成的作用

所有功率水平都能通過集成受益。從系統層面來看，將多個組件集成到單個設備能夠最小化功率和效率損失，簡化設計和網絡部署，并且幫助加快各種產品(從雷達到路由器)的上市速度。從設備層面來看，家庭、城市或廠區“設備”具備的互操作性能夠最大化生產力，并最大限度地節能。

審核編輯：湯梓紅