物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是將傳感器、控制和智能系統(tǒng)連接到一個富含集合資源和開放的軟件和硬件工具市場的通用平臺。盡管物聯(lián)網(wǎng)概念中出現(xiàn)的許多應(yīng)用和服務(wù)都是基于應(yīng)用、云和軟件的，但實際情況是，在許多層面上，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依賴物理連接和無線通信。其中許多數(shù)據(jù)和電源連接使用RF連接器和電纜以及一系列無線技術(shù)，這些趨勢可能只會持續(xù)，高速數(shù)據(jù)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都在充分利用各種形式的靈活性和耐用性射頻連接。

雖然圍繞物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的大部分討論涉及新的商業(yè)設(shè)備和應(yīng)用，但這種新技術(shù)浪潮的本質(zhì)是通過互聯(lián)網(wǎng)來連接以前未連接的傳感器、行器和控制系統(tǒng)。這種趨勢適用于消費類、商業(yè)、企業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)，如果可能的話，控制/接口和通信是通過專用系統(tǒng)完成的，沒有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)典型的可訪問性或開放社區(qū)開發(fā)。這種功能的關(guān)鍵使能技術(shù)是RF連接，主要是通過RF傳輸線或無線通信。RF連接幾乎用于物聯(lián)網(wǎng)堆棧中的每個硬件元素，從設(shè)備硬件、通信系統(tǒng)、云/企業(yè)系統(tǒng)到最終用戶Web /移動應(yīng)用。

本文的目標是討論物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中射頻連接技術(shù)的普遍性和細節(jié)。此討論將包括RF連接技術(shù)的概述，以及這些技術(shù)在整個物聯(lián)網(wǎng)堆棧中的出現(xiàn)位置。

圖.物聯(lián)網(wǎng)堆棧、傳感器、執(zhí)行器、設(shè)備硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、Web /移動應(yīng)用和企業(yè)系統(tǒng)，都可以依靠RF連接，無論是通過傳輸線還是無線通信。

1.外設(shè)：傳感器、執(zhí)行器、控制

2.設(shè)備硬件：通信模塊

3.設(shè)備固件

4.通信系統(tǒng)：長途網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、無線通信

5.軟件平臺

6.網(wǎng)絡(luò)/移動應(yīng)用

7.企業(yè)系統(tǒng)

8.工業(yè)系統(tǒng)

射頻連接概述

對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，在頻譜的RF部分中使用電磁能有兩種主要方法。由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常在6 GHz以下的頻率下使用射頻能量，因此射頻連接的方法包括傳輸線路，以及單向、雙向和無線網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)常見的射頻傳輸線類型包括射頻同軸電纜和連接器(電纜組件)，以及帶狀線(微帶)傳輸線。通常，帶狀傳輸線用于設(shè)備外殼和PCB上，以在硬件模塊之間和專用連接器接口內(nèi)更有效地傳導(dǎo)RF能量。射頻同軸電纜組件廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)堆棧的各個層面：

射頻同軸電纜組件用例列表：

- 連接設(shè)備或機箱內(nèi)的模塊

- 作為工業(yè)/企業(yè)系統(tǒng)或測試和測量中使用的復(fù)雜多引腳連接器組件的一部分

- 作為傳感器/執(zhí)行器/控制系統(tǒng)和通信設(shè)備之間的低損耗和抗干擾連接

- 將無線模塊連接到天線

- 在高速數(shù)字應(yīng)用中作為高保真互連

- 長途網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

- 室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

- 廣泛用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和無線廣播系統(tǒng)

- 具有無線網(wǎng)絡(luò)和通信模塊的移動設(shè)備和計算機系統(tǒng)

無線射頻連接是射頻技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的另一個主要用途，并且已經(jīng)實現(xiàn)了大量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，否則如果使用傳輸線或其他有線互連，則這些應(yīng)用是不可行的。無線RF連接允許將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)放置并安裝在移動應(yīng)用、模塊化系統(tǒng)和空間中，否則會給有線連接帶來成本、復(fù)雜性或操作挑戰(zhàn)。無線通信系統(tǒng)依賴于各種非專有和專有的無線通信標準。

通過物聯(lián)網(wǎng)堆棧實現(xiàn)射頻連接

RF連接技術(shù)可以實現(xiàn)高質(zhì)量的信號傳輸、抗干擾，或高度靈活、低功耗和移動操作，具體取決于是使用RF傳輸線還是無線通信系統(tǒng)。因此，RF連接在整個物聯(lián)網(wǎng)堆棧中非常有用，主要用于連接設(shè)備和外圍硬件，無線網(wǎng)絡(luò)和通信，以及企業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)。

設(shè)備和外圍硬件

物聯(lián)網(wǎng)外圍設(shè)備，特別是傳感器、執(zhí)行器和控制器，通常被安裝在獲取信息或執(zhí)行功能的關(guān)鍵區(qū)域或附近。物聯(lián)網(wǎng)外圍設(shè)備的使用正在增長，可能包括感應(yīng)溫度/濕度或其他環(huán)境信息，激活門鎖或安全訪問，控制電機或為配件供電，或許還有更多未來的應(yīng)用。在每種情況下，以及未來的物聯(lián)網(wǎng)使用情況中，傳感器信息和控制信號的保真度都非常重要。隨著電子系統(tǒng)的電氣化和繁榮，電氣干擾的威脅越來越大，保護敏感的物聯(lián)網(wǎng)外圍設(shè)備，并確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)和控制信號通信是一個高優(yōu)先級。

RF同軸電纜組件通常被用于為遠程IoT外圍設(shè)備提供DC電力和通信的解決方案，因為同軸電纜能夠處理低和中功率負載，并且可以實現(xiàn)高帶寬信號的通信。RF同軸組件的屏蔽特性有助于防止干擾信號的侵入，并且還防止其他高速信號技術(shù)(例如以太網(wǎng))所常見的安全威脅信號泄漏。由于RF同軸電纜組件被用于極端應(yīng)用，例如軍事和航空航天，因此幾乎所有應(yīng)用都可以選擇這種經(jīng)過認證的堅固互連。RF同軸組件也能夠以相對低的費用購買和安裝，并且具有各種尺寸和類型。

例如，存在可以處理千瓦信號能量的大而堅固的RF同軸組件，以及通常在設(shè)備外殼內(nèi)用于連接模塊的非常小且輕的同軸組件。因此，許多物聯(lián)網(wǎng)無線模塊使用帶狀線或同軸傳輸線連接到內(nèi)部硬件。有許多薄型表面貼裝技術(shù)(SMT)同軸連接器可與推式連接一起使用，并且不需要扭轉(zhuǎn)來實現(xiàn)良好的電氣連接。

物聯(lián)網(wǎng)無線通信

在某些情況下，存在具有物聯(lián)網(wǎng)外圍配置和設(shè)備，以及不希望物理連接的環(huán)境。在這些情況下，經(jīng)常使用無線RF連接。就像互聯(lián)網(wǎng)的多樣性一樣，IoT應(yīng)用也常常使用各種無線標準，無論是點對點，點對多點還是無線網(wǎng)絡(luò)。這些標準包括專有的低功率廣域(LPWA)網(wǎng)絡(luò)標準，對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有用的中/短距離無線標準，以及適用于部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)標準。

物聯(lián)網(wǎng)常見的無線標準：

1.低功率廣域(LPWA)網(wǎng)絡(luò)：遠程(LoRa)、SigFox、Ingenu、Weightless;

2. NB-IoT：中/短程IoT無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括Zigbee/IEEE 802.15.4、Thread、藍牙、Z-Wave、Wi-Fi、WirelessHART、RFID/NFC;

3.蜂窩4G/5G：4G LTE、5G Sub-6 GHz、5G毫米波；

表1.無線物聯(lián)網(wǎng)標準概述

通常，對于IoT有用的無線標準是在幾百兆赫茲和低于6GHz之間，但NFC/RFID除外，它們使用數(shù)十兆赫茲的頻率用于超短距離通信和識別。2.4GHz ISM頻帶通常由若干無線標準使用，包括IEEE 802.11(WiFi)、IEEE 802.15、藍牙、Zigbee等。未來的無線標準可以包括在大約400MHz到超過700MHz的范圍內(nèi)的TV白空間(TVWS)頻率，例如IEEE802.11af，因為TVWS相對低的頻率可以在相對低的功率水平下實現(xiàn)遠程通信。

選擇無線標準時的主要考慮因素是成本、范圍、功率、基礎(chǔ)設(shè)施、模塊大小、網(wǎng)絡(luò)類型、干擾、許可和認證。由于其發(fā)射特性，無線射頻連接在每個主要國家受到嚴格監(jiān)管，F(xiàn)CC規(guī)定了美國的無線發(fā)射和射頻頻譜使用。因此，必須利用考慮因素和專家資源來確保無線通信技術(shù)的正確運行，盡管預(yù)先認證的無線通信和網(wǎng)絡(luò)模塊越來越多地被用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

企業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)

企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和IIoT應(yīng)用為RF連接技術(shù)提供了獨特的機會。工業(yè)應(yīng)用的極端環(huán)境和堅固性要求，以及企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)的噪聲和抗干擾要求，很容易通過可用的RF同軸電纜組裝技術(shù)得到滿足。隨著機器對機器(M2M)和工業(yè)4.0技術(shù)的采用，更多工業(yè)系統(tǒng)將選擇高速數(shù)字和RF連接選項，以實現(xiàn)低延遲實時控制、監(jiān)控和通信。雖然部分工業(yè)應(yīng)用，例如石油和天然氣，采礦和農(nóng)業(yè)應(yīng)用，將選擇用于大面積和遠程通信的無線RF連接，但是工廠和基于設(shè)施的技術(shù)可能會受益于固定射頻同軸組件的安裝，因為在支持關(guān)鍵用例方面，它們具有更可靠和抗干擾的通信能力。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)時代剛剛出現(xiàn)在消費類、企業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中。早期物聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)們開始意識到提高意識、效率和通信的潛力。這些創(chuàng)新者也在學(xué)習(xí)通信的古老教訓(xùn)，高質(zhì)量的通信依賴于射頻連接，無論是通過傳輸線還是無線系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的采用和應(yīng)用的增加，射頻同軸電纜組件和無線網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的使用也將增加。