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为什么UWB基站的工作距离越来越远?

发布时间:2023-11-27

UWB的行业应用市场有一个很有意思的现象:就是基站的传输距离越来越远。

非常典型的场景就是隧道/矿井场景,该场景的特点是空间是线性的,中间没啥遮挡,UWB基站也是直线布设。基站的工作距离越远,项目所需要的基站数量就越少,项目的成本也就越低。

在市场竞争下,市场上的UWB基站工作距离就越来越远,基站的工作距离从早期的几十米,扩大到100m、200m、500m、1000m、2000m甚至更远。

这背后的商业逻辑本文就不做过多的探讨。

为啥UWB基站的工作距离越来越远?这里面有2个关键的器件,一个是天线,另外一个就是PA(功率放大器)。

而本文就详细讨论一下UWB-PA这个市场。


PA是作用是什么?

PA(功率放大器)的作用顾名思义,就是在信号发射的时候,把发射信号强度放大的元器件,其目的是让信号可以传输的更远。

在通信技术上,还有一个概念就是射频前端芯片(FEM),FEM主要包括了:

  • 功率放大器(PA):用于将发射信号的强度增大,提高信号的传输距离;

  • 低噪声放大器(LNA):用于将接收的信号强度增大,提高信号的灵敏度;

  • 射频开关(Switch):控制信号的收发转变;

还有滤波器(Filter)等。


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上述射频前端芯片既可作为分立器件独立使用,亦可将两种或两种以上芯片裸片合封在同一基板上,构成集成度及效率更高的射频前端芯片模组(FEM)。


PA适用于UWB的场景有哪些?

在UWB产品中,加PA是很常见的事,但也并不是所有的场景都适合加PA。

PA虽然可以让信号距离传输的更远,但同时带来的问题就是让设备的功耗更大。

下面我们就UWB四个最主要的市场逐一分析:

  • IoT行业市场:在IoT行业应用中,定位基站部署大多数是要进行弱电施工,因此,该场景有取电基础,并且B端市场都是封闭环境,监管也么那么严格,PA就很适合使用。

  • IoT消费市场:在消费硬件产品中,对于功耗的要求很高,比如说tag类产品,本身UWB技术功耗就大,电池的续航能力考验就很大,再加上PA,电池就更扛不住。

  • 手机市场:手机里面加PA,一方面要考虑成本、板子的设计难度;另外也要考虑无线电功耗的管理要求。

  • 汽车市场:汽车领域加PA要考量的因素跟手机市场基本类似,取电不是大问题,监管的要求是一个重要因素。

总结来看,UWB-PA产品在IoT行业应用场景很合适,在其他的场景需要看情况而定,具体看产品的形态与使用的条件来决定。


国产UWB-PA的性能如何?

要说PA产品,就不得不说UWB的使用频段。

在美国FCC的标准中,UWB的使用频段是3.1GHz-10.6GHz,国内一开始也是沿用这个频段标准,但是在2023年初,工信部无线电管理局发布了《超宽带(UWB)设备无线电管理规定(征求意见稿)》,根据新版《规定》,未来国内UWB技术的使用频段为:7235-8750MHz。

频段的变化就会对产品造成改变。

商用最早的UWB芯片产品是DW1000,其工作频段在3.5Ghz-6GHz之间,相应的PA产品也是工作在这个频段的。

但随着中国的频段最新规定,UWB的频段要求限制在了7235-8750MHz,同样也需要相应频段的PA产品。

据调研了解,在国产市场上,目前仅芯百特微电子(无锡)有限公司一家公司能提供符合新国标标准的高频段的PA产品,该产品搭配Decawave DW3000 及 多家国产UWB SOC厂家的主控芯片,性能表现优异,已实现批量稳定出货。

据了解,芯百特针对7235-8750MHz高频段UWB市场发布了一款产品:CB9328


CB9328是一颗PA+LNA+Switch三合一的FEM。

据介绍,CB9328是一个具有全集成功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)的前端模块(FEM)。CB9328不需要外部匹配组件,降低了组装和调试的复杂性、BOM成本和PCB面积,实现了低成本的解决方案。

CB9328独有的bypass mode,既可以在强输入信号时旁路掉LNA接收信号,也可用于某些只需要单功率放大的场合。这一创新性的设计,大大扩展了CB9328的使用场景。

同时,CB9328还实现了发射端高输出功率,输出功率可达+20dBm@7GHz;高输出增益,增益可达23dB@6.5GHz及21dB@8.5GHz;以及接收端低开关损耗。这些优异的性能不仅提高了产品的灵敏度,降低了噪声系数,也让UWB产品拥有更高的输出功率,更远的覆盖距离,同时还降低了超宽带收发器以及系统的整体成本。

据悉,芯百特除了拥有批量量产的工作于UWB低频段的PA CBG9326,LNA CBG9092,高频段的FEM CB9328外,也正在研发和迭代更加符合国家标准和市场需求的具有Bypass功能的高频段UWB PA/LNA/FEM,做到高低频段全覆盖、分立和集成模组产品全覆盖的UWB射频前端 产品矩阵。


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