物聯網(IoT)是將傳感器、控制和智能系統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。盡管物聯網概念中出現的許多應用和服務都是基于應用、云和軟件的，但實際情況是，在許多層面上，物聯網應用都依賴物理連接和無線通信。其中許多數據和電源連接使用RF連接器和電纜以及一系列無線技術，這些趨勢可能只會持續，高速數據、企業網絡和工業物聯網應用都在充分利用各種形式的靈活性和耐用性射頻連接。

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

本文的目標是討論物聯網應用中射頻連接技術的普遍性和細節。此討論將包括RF連接技術的概述，以及這些技術在整個物聯網堆棧中的出現位置。

圖.物聯網堆棧、傳感器、執行器、設備硬件、通信網絡、Web /移動應用和企業系統，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：傳感器、執行器、控制

2.設備硬件：通信模塊

3.設備固件

4.通信系統：長途網絡基礎設施、室內網絡基礎設施、無線通信

5.軟件平臺

6.網絡/移動應用

7.企業系統

8.工業系統

射頻連接概述

對于物聯網應用，在頻譜的RF部分中使用電磁能有兩種主要方法。由于物聯網應用通常在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、雙向和無線網絡。物聯網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，帶狀傳輸線用于設備外殼和PCB上，以在硬件模塊之間和專用連接器接口內更有效地傳導RF能量。射頻同軸電纜組件廣泛應用于物聯網堆棧的各個層面：

射頻同軸電纜組件用例列表：

- 連接設備或機箱內的模塊

- 作為工業/企業系統或測試和測量中使用的復雜多引腳連接器組件的一部分

- 作為傳感器/執行器/控制系統和通信設備之間的低損耗和抗干擾連接

- 將無線模塊連接到天線

- 在高速數字應用中作為高保真互連

- 長途網絡應用

- 室內網絡應用

- 廣泛用于蜂窩網絡、無線網絡和無線廣播系統

- 具有無線網絡和通信模塊的移動設備和計算機系統

無線射頻連接是射頻技術與物聯網的另一個主要用途，并且已經實現了大量的物聯網應用，否則如果使用傳輸線或其他有線互連，則這些應用是不可行的。無線RF連接允許將物聯網設備和系統放置并安裝在移動應用、模塊化系統和空間中，否則會給有線連接帶來成本、復雜性或操作挑戰。無線通信系統依賴于各種非專有和專有的無線通信標準。

通過物聯網堆棧實現射頻連接

RF連接技術可以實現高質量的信號傳輸、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。因此，RF連接在整個物聯網堆棧中非常有用，主要用于連接設備和外圍硬件，無線網絡和通信，以及企業和工業系統。

設備和外圍硬件

物聯網外圍設備，特別是傳感器、執行器和控制器，通常被安裝在獲取信息或執行功能的關鍵區域或附近。物聯網外圍設備的使用正在增長，可能包括感應溫度/濕度或其他環境信息，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用。在每種情況下，以及未來的物聯網使用情況中，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，保護敏感的物聯網外圍設備，并確保關鍵數據和控制信號通信是一個高優先級。

RF同軸電纜組件通常被用于為遠程IoT外圍設備提供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(例如以太網)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用，例如軍事和航空航天，因此幾乎所有應用都可以選擇這種經過認證的堅固互連。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，以及通常在設備外殼內用于連接模塊的非常小且輕的同軸組件。因此，許多物聯網無線模塊使用帶狀線或同軸傳輸線連接到內部硬件。有許多薄型表面貼裝技術(SMT)同軸連接器可與推式連接一起使用，并且不需要扭轉來實現良好的電氣連接。

物聯網無線通信

在某些情況下，存在具有物聯網外圍配置和設備，以及不希望物理連接的環境。在這些情況下，經常使用無線RF連接。就像互聯網的多樣性一樣，IoT應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絡。這些標準包括專有的低功率廣域(LPWA)網絡標準，對物聯網應用有用的中/短距離無線標準，以及適用于部分物聯網應用的蜂窩網絡標準。

物聯網常見的無線標準：

1.低功率廣域(LPWA)網絡：遠程(LoRa)、SigFox、Ingenu、Weightless;

2. NB-IoT：中/短程IoT無線網絡技術，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.無線物聯網標準概述

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、基礎設施、模塊大小、網絡類型、干擾、許可和認證。由于其發射特性，無線射頻連接在每個主要國家受到嚴格監管，FCC規定了美國的無線發射和射頻頻譜使用。因此，必須利用考慮因素和專家資源來確保無線通信技術的正確運行，盡管預先認證的無線通信和網絡模塊越來越多地被用于物聯網應用。

企業和工業物聯網(IIoT)

企業物聯網系統和IIoT應用為RF連接技術提供了獨特的機會。工業應用的極端環境和堅固性要求，以及企業網絡和通信系統的噪聲和抗干擾要求，很容易通過可用的RF同軸電纜組裝技術得到滿足。隨著機器對機器(M2M)和工業4.0技術的采用，更多工業系統將選擇高速數字和RF連接選項，以實現低延遲實時控制、監控和通信。雖然部分工業應用，例如石油和天然氣，采礦和農業應用，將選擇用于大面積和遠程通信的無線RF連接，但是工廠和基于設施的技術可能會受益于固定射頻同軸組件的安裝，因為在支持關鍵用例方面，它們具有更可靠和抗干擾的通信能力。

結論

物聯網時代剛剛出現在消費類、企業和工業應用中。早期物聯網先驅們開始意識到提高意識、效率和通信的潛力。這些創新者也在學習通信的古老教訓，高質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。隨著物聯網的采用和應用的增加，射頻同軸電纜組件和無線網絡和通信技術的使用也將增加。