作者：Stephen Drinan
Director of Core Products，Micro Solutions
在过去几年中，从消费电子产品到工业设备等互联应用的物联网 (IoT) 变得愈加复杂。此外，开发人员还面临着设计与未来技术集成的产品以及利用物联网功能改造现有应用的挑战。
虽然物联网始于在门铃或安保系统等设备中嵌入智能处理器，但该技术后来不断发展，囊括了更复杂的网络和智能系统——收集额外的数据并通过射频 (RF) 系统无线传输。例如，一款最初允许用户通过语音调节温度的智能冰箱，现在已经扩展到可定制的手机警报，提示门未关或滤水器过期等问题。
处理器功能的增加推动了软件定义功能的扩展，更复杂的射频硬件正在扩大网络应用和服务的选择范围，尤其是在家电和工业等非传统市场。随着软件不断发展并变得更有价值，对无线网络的可用性和卓越性能的依赖逐年增加。用户需要卓越的射频性能，并期望设备无时无刻不在工作。尽管需求不断变化，设计人员仍可以遵循 3 种最佳实践，以帮助确保物联网设备使用所需的组件构建，并无论在当下还是未来始终实现最佳性能。
1. 在寻求专业知识的同时参与规划
将不断增加的连接要求纳入设计过程是确保射频组件被视为应用的基本组成部分而非事后考量的第一步。如果没有适当的规划，开发人员可能会构建时尚的外壳或显示器，但缺乏整合射频电子设备和天线馈源的最佳空间。
目前，许多物联网项目都涉及对现有的设备进行改造，并为其添加无线功能。换句话说，这些项目具有变革性，需要该领域的专业知识。虽然产品团队可能在设备的设计和生产方面经验丰富，但他们可能缺乏有效地将射频元件纳入设计的知识。
从一开始就参与设计的射频专家可以预测必要的组件并围绕它们进行设计，从而减轻挑战。深思熟虑的设计见解（例如，金属外壳还是塑料外壳、天线放置在外壳内部还是外部，以及最佳的印刷电路板尺寸）可以决定物联网设备的优劣。
2. 识别应用要求
将射频专业知识整合到物联网设计流程中非常重要，但设计人员和工程师还必须了解智能设备的要求及其预期用途（轨迹目标），然后再决定添加哪些无线组件。上文提到的智能冰箱起初只需要简单的组件，但随着对网络功能的依赖性增加，可靠的连接变得更加重要。预测设备的生命周期以及设备启用无线功能后潜在的用途改变，可以让设计人员更好地识别最合适的组件。
物联网设备中的射频和天线组件并不能一概而论。智能设备的理想性能具有微妙的差异，并且取决于应用。对于医疗设备而言，良好的性能可能意味着能够在 2 米半径内可靠地传输信息。如果在 100 米半径内传输信息，则隐私可能会成为大问题。但对于音频耳机而言，情况恰恰相反——远距离传输对其性能至关重要。一些应用可能会优先考虑传输距离，而其他应用则可能需要良好的覆盖范围。因此，设计人员在决定射频策略前应考虑设备的应用。
3. 努力实现弹性和备用射频
对强大且响应灵敏的射频性能的需求催生了多输入多输出 (MIMO) 天线等技术。从本质上看，MIMO 天线是具有不同空间和角度的冗余天线。其中的一根或多根天线很有可能比旁边的天线更好地捕获或广播信号。这些天线还能通过射频波的微反射收集更好的信号。
天线连接的射频电子设备在使用时需要支持 MIMO。此外，对于需要高速和卓越射频的高性能设备，尤其是在 5G 等蜂窝应用中，使用 MIMO 天线实属稀松平常。
而对于需要最可靠射频的设备而言，利用 Wi-Fi + LTE 等冗余协议和频率正变得越来越普遍。LTE（4G 或 5G）是 Wi-Fi 的备份，有助于确保设备即使在 Wi-Fi 中断时也能正常工作。
在考虑如何将射频集成到物联网中时，设计人员必须利用射频专业知识进行正确规划，考虑应用的需求，并了解未来趋势设计的复杂性。如果项目是使用大量带宽的下一代或新产品，则重点应放在 5G 功能和冗余上。但对于大多数家庭物联网设备而言，当前的射频策略应游刃有余。不过，设计人员仍应随时关注这些设备用途的不断扩展。
Molex莫仕主题专家 Matthew McWhinney 在最近的 Mouser Industry Tech Days 播客中分享了他的专业知识。听听 Matt 在访谈中分享的观点，了解设计师应如何预测物联网领域的变化和挑战。