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Matter
Matter 板
Thread 板
蜂巢/行動通訊
效能等級
用戶身分模組 (SIM) 卡與數據方案
天線
收發器、閘道器與路由器
網路協定
無線個人區域網路 (WPAN)
無線區域網路 (WLAN)
蜂巢通訊
低功率廣域網路 (LPWAN)
全球導航衛星系統 (GNSS)
干擾
認證與測試
因應干擾
無線收發器
收發器的型式
天線
天線整合
外接天線
內建天線
天線詞彙
常見天線類型
微帶計算器
dbm 轉瓦特換算器
RF 連接器與纜線組件
常見的 RF 連接器
RF 同軸纜線組件
RF 前端元件
前端晶片
前端元件
RF 被動元件
衰減器
平衡不平衡轉換器
產品
服務
無線
無線射頻 (RF) 產品的重點在於無線通訊。在無線領域中,眾多產品類別之間會有些共通主題 (例如 Matter、蜂巢通訊、網路協定、干擾與安全性)。在無線產品類別中,首先要談的一些主題是收發器與天線。
無線通訊屬於基礎技術,可在無實體連接下促成資訊傳輸,不僅讓現代化互動革新,更促進了網際網路、媒體串流等技術的成長。無線技術主題電子雜誌。
Matter
Matter 是一種無線連線標準,能讓家庭自動化與物聯網 (IoT) 裝置輕易在不同製造商和/或網路協定之間達到連線、通訊與操作。Matter 是由連接標準聯盟 (CSA) 開發與維護,其前身為 ZigBee 聯盟,由多家企業率領成立,包括 Apple、Amazon 與 Google。Matter 可在 Wi-Fi 與 Thread 裝置上運作,相容性很廣,能破除多種智慧家庭平台之間的複雜性。

Matter 可解決哪些問題?查看答案
在引進 Matter 之前,智慧家庭自動化市場由 Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google Home 以及 Samsung SmartThings 分佔,且各自採用其自家的無線網路標準。為了將分散的智慧家庭生態系統串聯在一起,CSA 開發了一套新的互通框架,能讓所有製造商在此架構下運作。
Matter 第 1 版規格僅適用於簡易型裝置,例如燈泡、開關、鎖、家用暖通空調控制器與家庭娛樂。Matter 未來的版本承諾將整合更多複雜型裝置,如掃地機器人、家庭感測器與大型家電。
Matter 第 1.2 版在 2023 年 10 月推出,將標準擴大以整合更複雜的裝置,如掃地機器人、智慧家庭娛樂感測器,以及大型家電,如洗衣機、洗碗機與冰箱。
Matter 與 Thread 之間的差異何在?查看答案
- Matter 是規範智慧家庭生態系統之間的通訊方式。
- Thread 則規範裝置在網路之間的連線方式。
Matter 在 OSI 模型的應用層上運作。可給予智慧家庭開發人員一個抽象層,如此一來只要編寫 Matter 程式碼一次,就可在 Apple、Amazon 與 Google 裝置之間運作。Thread 則在 OSI 模型的底下 6 層運作 (透過實體層呈現)。
Thread 是依據 IEEE 702.15.14 規範運作的一種低功率無線通訊協定,能讓多個不同的裝置形成一個自行修復的網狀網路,範圍只有幾百公尺,且最多只可容納 250 部裝置。Thread 是以既有的無線標準為基礎運作,且屬於開放式標準。
Matter 可以運用 Thread,但並非必要條件。Matter 可以採用 IPv6 技術,包括 Wi-Fi、BLE 或乙太網路。

Matter 板
Thread 板
u-blox's 的 R41Z 模組是高度整合、超低功率模組,能為可攜式、極低功率嵌入式系統提供 Thread 含 IEEE 802.15.4 和低功耗藍牙 (BLE) RF 連線能力。
Nordic Semiconductor 的 Nordic Thingy:53 利用整合式的動作、聲音、光線、環境感測器來協助打造概念驗證和原型。
Raytac's MDBT50Q-1MV2 module is a Bluetooth® LE wireless connectivity solution that is designed for applications including IoT, smart homes, and more.

適用於評估 Silicon Labs 的 MGM240P 無線電模組的評估板/開發套件
如果您想評估 Silicon Labs 的 MGM240PA22VNA3, RF TX/RX MODULE BT PCB TRACE SMD,您可以考慮使用以下開發套件/板

使用 Machinechat 和 MQTT 設定一個 Wio Terminal 作為遠端室外空氣品質監測顯示器
該專案設置了一個 Seeed Wio Terminal,作為遠端室外空氣品質顯示器,顯示臭氧(O3)和顆粒物(PM2.5 和 PM10)數據。

如何使用 Matter 連接智慧家庭自動化孤島
如何使用 Matter 無縫連接和保護 Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google 助理,以及其他智慧家庭自動化孤島。
蜂巢/行動通訊
DigiKey 與蜂巢通訊服務的頂尖無線供應商合作,並擁有豐富的產品與服務組合,可支援無線蜂巢解決方案。有以下情況的專案可考慮使用蜂巢通訊當作無線解決方案:
- 覆蓋範圍大
- 需要定位服務或確切的定位資料
- 資料必須安全傳輸
效能等級
高數據傳輸率 - Cat-6、Cat-9、Cat-12:用於高功率、高數據的傳輸率裝置、消費性行動裝置、基地台與訊號延伸器。
低數據傳輸率 - Cat M1、NB-IoT、LTE-M:這些運作類別通常出現在低功率 IoT 或行動裝置,如智慧儀表、感測器節點以及分散式機器通訊。

用戶身分模組 (SIM) 卡與數據方案
有提供行動數據的預付與月租方案:
天線
可挑選庫存天線或利用 Taoglas 的天線建構工具服務打造您專屬的客製化天線:
收發器、閘道器與路由器
這些裝置可針對資料傳輸進行交涉,並決定資料在網路上的傳輸方式:

如何在蜂巢式網路上啟動 nRF9160 Feather 物聯網 IoT 開發板
nRF9160 Feather 物聯網 IoT 開發板是一款功能強大且緊湊的設備,可用於開發使用蜂巢式網路的物聯網應用程式。

基於高通 Qualcomm 模組(2G/3G/4G、LTE-M、NB-IoT)的蜂窩 Layer3 追蹤可能性
我想分享一款個人比較喜歡的工具,這產品對於使用基於高通晶片組的蜂窩模組(例如, Thales 的 EXS82 和 ENS22、Quectel 的 BG95、BG96,或 u-blox 的 Sara R410 等)的大部份用戶而言,非常實用。
網路協定
無線個人區域網路 (WPAN)
- 藍牙若未指明為低功耗藍牙 (BLE),則通常是指先前版本 (有時會稱為傳統藍牙)。此短距無線標準可用於短距離內傳輸資料。
- 低功耗藍牙 (BLE) 針對低功率的使用進行最佳化,最常見於採用小型電池與低功率要求的裝置,如健身追蹤器與醫療裝置。
- 脈衝無線電超寬頻 (IR-UWB) 是一種採用高頻率、大頻寬傳輸的無線技術。此技術在 3.1 GHz 至 10.1 GHz 頻率範圍內運作,每個無線電通道可擁有 500 MHz 的頻寬。傳輸的時間短暫,並可利用雷達原理當作定位與測距感測器。
- Zigbee 是一種依據 IEEE 802.15.4 規範的 2.4 GHz 網狀網路,可構成小規模的個人區域網路。與藍牙或 Wi-Fi 等其他技術相比,較不複雜且費用較低,但僅可覆蓋較小的區域。常用於低功率且低數據傳輸率的裝置,如家庭自動化、IoT 裝置,甚至一些工業自動化網路。
- Z-wave 是家庭自動化與智慧裝置採用的另一種無線通訊協定。此低於 1 GHz 的網狀網路協定可用於低數據傳輸率與低功率要求的家庭自動化裝置。Z-wave 是由 Silicon Labs 研發且專有的技術。
- 6LoWPAN 是「透過低功率無線個人區域網路的 IPv6」簡寫。此無線網路協定可支援透過無線網路的網際網路協定 (IP) 第 6 版,以便增進網路效能與功能。雖然比其他技術選項更複雜,但可允許開放式 IP 標準進行通訊。
- Thread 是以 6LoWPAN 與 802.15.4 為基礎的技術。可當作物聯網 (IoT) 產品的低功率網狀網路協定。常搭配 Matter 使用。
無線區域網路 (WLAN)
- Wi-Fi 是最常見且廣泛使用的無線通訊協定之一,更不斷針對 IoT 裝置、低功率應用與短距高數據傳輸率裝置擴充能力與頻率範圍,因此是可整合到智慧裝置的超常用通訊協定。
蜂巢通訊
- 高數據傳輸率蜂巢通訊更常稱為 4G,非常適合用於高速、高數據傳輸率無線傳輸,在傳輸上的功率要求較高,但也有幾種低功率版本,是針對 IoT 與機器對機器應用而設計。
- 5G RedCap (降低容量的縮寫) 是一種以 5G 為基礎的無線標準,專為介於高速、高數據傳輸率網路,以及低功率、較低數據傳輸率 IoT 應用之間的中間應用而設計。與完整 5G 硬體標準相比,5G RedCap 有一些差異,例如頻寬較小、天線數減少、發射器功率降低。優點在於功耗較低,硬體要求也減少,因此適用於穿戴式裝置、IoT 與智慧城市。
低功率廣域網路 (LPWAN)
- LoRa – (取自 "Long Range") 是一種專有的展頻調變機制,由 SemTech 所研發。具有遠距 (約 3 英里/5 公里) 與低數據傳輸率 (約 1 kbps) 的特性。在固定的通道頻寬內,會犧牲數據傳輸率換取靈敏度。可採用可變數據傳輸率,因此系統設計人員就可用數據傳輸率換取距離或功率。
- NB-IoT – (亦稱為 Cat-NB1) 屬於一種窄頻技術標準,並未採用傳統的蜂巢 LTE 實體層,但在設計上能與其他 LTE 裝置共存,並採用一些共同的頻段。適用於需要低數據吞吐量與遠距離傳輸的靜態式低功率應用。
- LTE-M – (亦稱為 Cat-M1) 適用於需要適中數據傳輸吞吐量的低功率蜂巢應用。與一般 LTE 相比,具有較窄的頻寬,因此可達到更遠的距離,但數據吞吐量較小。LTE-M 非常適合需要低功率、低延遲與機動性的適中吞吐量應用。
- Wi-Fi HaLow™ – 依據 IEEE 802.11ah 無線標準且通過 Wi-Fi 認證的產品,可在低於 1 GHz 頻段上運作。如此即可達到比傳統 Wi-Fi 更遠的距離與更低的功耗。除了保有 Wi-Fi 網路的所有相同特色外 (如安全性與部署簡易性),低於 1 GHz 的傳輸更可達到遠距離,因此非常適合用於現代化 IoT 與其他遠距應用。
- Dect NR+ - 這是一種可豁免執照的非蜂巢式網狀網路無線標準,專為需要超低延遲與資料吞吐量的大規模機器對機器通訊而設計。可在全球豁免執照的 1.9 GHz 頻段上運作,因此無需既有的蜂巢通訊基礎設施 (如基地台與訊號塔),如此一來,使用者無需透過蜂巢通訊供應商,就可運行其專屬的私人網路,可大幅降低部署成本。

在 LoRaWAN 專用網路中新增無線 Modbus RS485-LN Dragino LoRa 介面
有許多 Modbus/RS485 應用程式和安裝可以從 RS485 設備和硬體的無線介面中受益。

RFID 標籤和頻率範圍的介紹
RFID,意思是 Radio Frequency Identification 無線射頻識別,是用於追踪、計算數量和許多其他需要操作員或系統知道物品放在哪裡。
干擾
若您曾在無線電上聽過靜電干擾音、無線耳機突然聽起來斷斷續續、或是無線感測器遺失數據封包,這代表您遇到干擾。
干擾可能會阻礙整體接收效果,直到干擾去除為止,可能只會造成短暫的訊號喪失,或有可能對無線通道上傳送的資料影響其品質或數量。
認證與測試
為了確保安全與經濟效益,公平且負責地使用無線電磁頻譜是優先考量,因此各國政府都會要求新式設計嚴格遵守規範並通過必要的認證後,才可上市公開販售。在美國,由聯邦通訊委員會 (FCC) 負責裝置的測試與認證,以判斷是否符合電磁相容性 (EMC) 標準,或產品是否可在其他電子元件內或周遭運作,而不會導致干擾。
因應干擾
有多種不同的方法可消除或降低外部來源的干擾。
屏蔽:RF 屏蔽與 RF 墊片皆可確保機殼受到完整保護,以免 RFI 與 EMI 入侵



指定性天線可謹慎引導並限制 EMI,以免朝非樂見的方向擴散


鐵氧體片可以改善 NFC 和 無線電力耦合?
包含 NFC(近場通信)、RFID(無線射頻識別)或 無線電力傳輸的設備都會使用到線圈,當彼此靠近放置時,線圈可以磁耦合在一起並允許數據和/或電力傳輸在兩個線圈之間傳遞。

Masach Drawn-Seamless EMI/RFI 屏蔽系列配置
Masach Tech 的Drawn-Seamless EMI/RFI 屏蔽系列具有兩種屏蔽配置選項,分別是單件式屏蔽,及由蓋板(COVER)和框架(FRAME)配置的兩件式屏蔽。
無線收發器
收發器在單一封裝或裝置內兼具無線發射器與接收器電路。採用收發器的產品範例包括行動電話、雙向無線電 (對講機)、業餘無線電、IoT 連線裝置。
收發器的型式





NRF9151-DK-VIOT - 入門開發套件
Nordic Semiconductor 的 NRF9151-LACA-R7 和 NRF9151-LACA-R 是 DigiKey 的新產品。

使用 Seeed 的 LoRa-E5 模組為 LoRaWAN 網路開發風速/風向感測器
這專案涵蓋了開發基於 Seeed LoRa-E5 的 Arduino 風速/方向感測器的過程,並將其安裝在能夠連接到 DigiKey 公司總部大樓屋頂氣象平台的戶外外殼中。
天線
天線裝置可用來發射與接收無線電訊號,更是自由空間中的無線電波與電線或裝置走線中流動的電流之間的媒介。天線通常會調諧至特定的工作頻率,但有些設計則可在大頻寬內 (廣大的頻率範圍) 或在不同頻率下運作;但針對可在不同頻率下運作的天線,不該假定其可在所有頻率上都可發揮效用。
天線整合
在設計中整合天線可能極其困難,且會受到設計的諸多因素而有所變化。我們無法列出所有因素,但以下清單可協助您開始思考。一般來說,越多金屬 (天線越大) 就表示天線效能更優異,但也要正確配合您的設計。
外接天線
若您要用外接天線進行設計,有些考量事項會跟嵌入式或內建天線有所不同。您可能需要更長的纜線才可達到優質傳輸點。使用纜線與連接器就會在訊號鏈中帶來損耗,因此要納入規劃,以免這些損耗大幅影響設計的效能。外接天線也可能有更高的增益,因此也要納入考量,以免設計超出認證可接受的參數範圍。天線的位置、擺放與定向以及使用的纜線類型,皆是影響外接天線效能的關鍵因素。
內建天線
內建或嵌入式天線的採用通常是因為受到尺寸限制,這通常也代表天線的效能無法媲美外接天線,因此要發揮嵌入式天線的最大效用,設計本身極其關鍵。對內建天線來說,尺寸與擺放應納入首要考量,如此才可判定要使用哪一個天線。若您的裝置位於金屬盒內,內建天線大概無法發揮作用。若天線會放在 PCB 上,則要針對選用的天線判斷其所需的地面或元件間隔距離;有些天線的設計是要放在接地面的頂端,有些則需要一定的離地距離才可有效運作。
天線詞彙
- 增益 – 可測量天線朝指定方向發射功率的有效程度在天線規格書上,可能會列出峰值增益、平均增益或兩者。
- 天線效率 – 輻射功率與饋入天線終端之功率之間的比率。效率越高,代表天線在指定頻率下的效能越優異。
- 電壓駐波比 (VSWR) – 可測量功率透過傳輸,從來源發射到天線 (負載) 的效率為何。VSWR 會以輸入功率對輸出功率的比率測量,測量結果若低於 2:1,則視為匹配良好。VSWR 越高,代表越不匹配。
- 天線阻抗 – 測量施加電壓時,電流的抗性。此數值必須匹配來源阻抗,以便透過天線有效發射功率。絕大多數無線電設備都針對 50 ohm 阻抗而打造。
常見天線類型
微帶計算器
IPC-2141 走線阻抗計算器有助於更輕鬆製作初期設計,能讓使用者輸入基本參數,依據 IPC-2141 標準取得計算後的阻抗。此計算器可提供基準,但最終設計應將損耗、分散、銅粗糙度、移相等因素納入考量。可能需使用現場解算器以利最終電路分析。
dbm 轉瓦特換算器
dbm 對瓦特換算器工具可將功率測量值,在毫瓦分貝 (dBmW) 及瓦特 (W) 單位之間進行換算。
RF 連接器與纜線組件
無線射頻連接器 (通常稱為 RF 連接器) 屬於電氣連接器,其設計可搭配無線射頻範圍的電氣訊號運作,通常介於 20kHz (每秒數千次循環) 至數 GHz (每秒數十億次循環)。
RF 連接器的主要特色在於,連接器主體內具有 RF 屏蔽層與絕緣,因此可維持同軸纜線提供的屏蔽連續性。
常見的 RF 連接器






針對 RF 連接器,該如何判斷其屬於一般極性或反轉極性?查看答案
首先判定連接器的公母:
- 公端連接器的螺紋會朝連接器中心
- 母端連接器的螺紋則朝外
簡單來說:配接後,公端連接器可套住母端連接器的外部。
再來則檢查中心觸點。
在最簡易的案例中,一對匹配 RF 連接器的中心觸點會是一根引腳與一個插槽,各在互連處的一邊。
- 在標準極性連接器中,中間連接器會有引腳觸點,連接器的母端會有插槽
- 反轉極性連接器則會有標準連接器的相反觸點
RP 公端連接器有朝內的螺紋以及用於中心觸點的母座。
RP 母端連接器有朝外的螺紋以及用於中心觸點的公引腳。
若要進一步瞭解連接器及其公母,請造訪互連應用與技術頁面。
RF 同軸纜線組件
RF 設計最常用的纜線就是同軸纜線。

RF 前端元件
無線射頻前端亦稱為 RF 前端,是指無線電接收器之接收天線與混頻器級之間的電路要素與元件。無線電接收器的混頻器級會接收傳入的無線電訊號、過濾不要的外部訊號雜訊、放大目標訊號並將無線射頻轉換成較低的頻率,以便無線電接收器電路的其他部位進行處理。
前端晶片
前端解決方案通常會在單一 IC (積體電路) 中含有數個元件,如以下「前端元件」區塊所示。

前端元件
RF 前端元件能有許多不同的級,但通常分為四大類元件:








Understanding the Mixer’s Role in an RF-receiver Design
The mixer's role in producing an IF signal from a received RF signal in the standard single- and double-conversion receiver including products from ADI and CEL.
RF 被動元件
衰減器

衰減器是一種 RF 電路元件,可將通過此元件的訊號振幅 (或強度) 降低。衰減器與放大器正好相反,並不會增強訊號功率,而是將其降低。即便這不符合直覺,但降低訊號的功率有其原因。原因包括:讓處理鏈中的訊號位準匹配、延伸動態範圍、阻抗匹配、訊號校準。衰減器並不像 RF 濾波器通常會將訊號強度降低以換取頻率範圍,而是會在整個頻譜範圍內運作。
平衡不平衡轉換器

平衡不平衡轉換器 (balun) 是一種 RF 電路元件,能讓平衡或不平衡電路連接,且不會干擾任一電路的阻抗,並可將差動訊號轉換成單端訊號 (或逆向轉換)。平衡不平衡轉換器的構成,可以是簡易的雙繞組變壓器,不平衡側接地,變壓器的另一側則浮動。

共射極(Common Emitter )放大器中射極旁路電容器的用途是什麼?
共射極(Common Emitter,或簡稱 CE)放大器的射極電阻器是用於設定放大器級增益的幾個關鍵組件之一。