科技发展的历史犹如璀璨星河,我们不断追寻着智慧之光。在科技发展的长河中,信息与通信技术犹如一艘承载着人类智慧与进步的航船,帮助人类完成跨越时空的沟通与信息传递,并推动生活方式和工作模式的变革。近代,随时随地泛在连接的需要使得射频越来越受到重视,适用场景也在不断扩展,射频已经不仅是一种通信手段,还发展到感知、探测和定位;不仅用于连接人也用于连接物,还可作为能量传输的载体。射频开拓了信息通信技术研究的广阔空间,频段不断扩展,从甚低频到太赫兹,无时不在,无处不达,无所不及。它与我们朝夕相伴,成为手机、计算机、平板电脑的标配,水表和电表等各种传感器数据通过射频得以读取,共享单车和网约车等的使用管理也依赖于射频的支持。射频帮助我们使用手机直连位于地球上方3.6万千米的同步轨道卫星,应急之时维系生命通道。当今社会,射频触及的范围之广已经令人叹为观止,通过看不见的电磁波,射频渗透人们的生活与工作,融入万物连接之中,实现信息的全面感知和共享,极大地提升了人类认知世界的能力。
尽管射频无处不在,但它对于许多人来说仍然是一个相对抽象的概念。即使对于射频行业从业者来说,新技术层出不穷也需要不断学习。射频涉及物理和数学等基础学科及电子、通信与材料等多个领域,射频的应用需遵循无线电频率管理、绿色低碳约束及电磁辐射安全等标准和规范,射频是一门具有很强工程技术属性的交叉学科。几十年来,人们对无线传输的要求越来越高,射频也在飞速发展。从4G到5G再到6G,从地面通信到空天地一体化网络,从云计算到大数据及人工智能,从物联网到先进制造……射频发展日新月异,应用范围也越来越广,需要用到射频相关知识的场合也越来越多,社会对射频的科普有着迫切需求。
本书作者潜心研究射频技术和产品开发多年,对射频有深入的理解与思考,积累了丰富的工程经验,现将心得体会汇聚成书,无疑为满足射频科普这一需求做出了积极的贡献。本书内容涉及范围很广,从射频发现溯源讲到现代射频,从射频芯片中的半导体工艺讲到射频系统的设计,从射频技术标准讲到射频应用。本书用讲故事的写法引出射频发展的历史,用科普的语言深入浅出介绍复杂的射频原理,让射频走下学术殿堂成为触手可及的知识,为原来不具有射频相关知识的读者打开了一扇通往射频的窗户,为有志于射频探索的读者拓展研究的广度与深度。随着社会数字化转型的深入,射频的应用范围还将有很大的扩展空间,其创新之路还很长,期待本书的出版激励更多科技人员投身射频的研究开发,推动射频的进步和发展,进一步提升射频的频效和能效,让射频更好地支撑数字中国和网络强国的建设,为普惠民生服务。
被誉为20世纪最伟大的科幻小说作家之一的克拉克(Arthur Charles Clarke)曾说:“ 任何足够先进的技术都等同于魔术 (Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic)。”在很多人看来,射频就像是这样一种“魔术”。
射频可能是最为神奇的学科之一。射频和我们的生活离得很近但好像又很遥远,我们使用的手机、计算机都离不开射频,但我们却没办法看见它,没办法摸到它。射频非常古老但又非常现代,它基于最基本的电磁波现象,和光一样古老,但人类掌握和使用它的历史,也不过百年而已。
这样一门“魔术”一般的学科,让从业者学习起来挠头不已。相信不少人都有被射频领域中的抽象概念、复杂公式折磨得死去活来的经历。近年来,5G、5.5G、6G、射频集成模组、卫星通信、车联网、毫米波相控阵……不断涌现的射频概念更是让人应接不暇。抽象的射频遇到快速的行业变革,让人直呼难乎其难。
我国已经是射频行业大国,全球3/4的手机和一半以上的通信设备、无线物联网设备都在我国生产。我们已经聚集了数十万的射频人才,这些人才是我国在射频行业不断领先的原动力。可以说,这些射频人才掌握最新射频知识的速度,决定了我们在射频行业开拓进发的速度。
在对射频的探索中,慧智微在可重构射频芯片领域取得了一定的进展。在过去10年中,慧智微从技术突破走向产品突破,实现了射频前端芯片的可重构化、软件定义化。慧智微在射频的边界,努力尝试实现小小的突破。
射频的探索之途并非一帆风顺。在开发过程中,我们遇到了两个困境:
● 没有合适的文字材料,可以让我们快速学习最新的射频技术。
● 没有合适的讨论环境,可以让我们就最新的射频技术进行探讨。
在过去10年中,这些困境曾让我们步履艰难。不过,幸运的是慧智微有一群愿意刨根问底的工程师,也有愿意支持我们花时间去想清楚技术底层问题的老板;同时也有宽松、开放的技术氛围,让大家愿意去分享与探讨最新的技术问题。在开发最新的射频技术之余,慧智微也积累了一些对射频的思考与理解。
2019年,5G爆发,整个行业开始向5G迁徙。作为5G的领先厂商,我们在与客户、行业伙伴沟通时,发现遭遇上述“困境”的不止我们。大家渴望了解5G,但又不知道从何学起;系统方案越来越复杂,分析起来却无从下手;产品一旦出问题,更是不知道怎样才能有效解决。
经过两年的走访与思考,我们决定将我们对射频的总结与理解,以文字的形式发布出来。让行业中的射频人,都可以快速看到、看懂最新的射频知识。
做出这个决定并不轻松,起初我们有很多顾虑。我们担心我们的分享不是真的对大家有帮助,只是增加了大家获取信息的负担;我们也担心这些免费的公开分享不利于公司知识产权的保护;我们更担心的,还是我们能力不足,太过片面的一家之言实在不敢拿出来公之于众。
在我们犹豫期间,很多行业专家给了我们正向的反馈,建议我们分享出来。于是,在2021年9月6日,我们抛砖引玉,将第一篇技术分享文章《如何才能不烧射频PA》在公众号发布出来。文章发布之后,我们才发现原来的担心都是多余的,行业专家给了我们很多鼓励,这些鼓励让我们感到做这件事是有意义的。同时,广大射频从业者们开始自发对技术问题展开讨论,让我们感受到行业技术讨论是可以和公司知识产权之间有一个良好平衡的。于是,我们就坚持写了下来。
截至2023年,我们撰写的有关射频的文章已有40多篇,累计阅读数量达十万人次。
由于射频行业涉及的技术方向较为纷杂,我们撰写的文章也慢慢涵盖了半导体、射频芯片、射频系统、整机等多个方面。这些文章散落在公众号中,逐渐开始不易阅读。感谢电子工业出版社的邀请,感谢电子工业出版社愿意将这些文章进行梳理出版。相信梳理成册之后,这些文字材料会有更清晰的脉络,会有更强的可读性。
本书的读者是对射频感兴趣的任何人:
● 如果您是射频研发人员,希望能和您像老朋友一样,聊聊射频行业和射频技术的家常。
● 如果您是射频专业的学生,希望您能了解到产业界射频的应用方案。
● 如果您是射频行业相关人员,希望能向您讲清楚射频技术的基本概念。
● 如果您是行业观察人员,希望能向您讲清楚射频行业的基本运行规律。
● 如果您单纯对射频历史感兴趣,希望您可以了解到射频发展的过程,以及射频在人类历史中的意义。
接下来,让我们一起探索射频的奥秘和乐趣吧。
射频听起来很高大上,其实它是一项离我们的生活很近的技术,它在我们身边已经无处不在了。我们的手机、计算机、智能手表,都通过利用射频来让我们与世界相连。射频让我们能够与千里之外的人交流,让我们能够收听来自天空的声音,让我们能够探索宇宙的奥秘。
虽然射频一直在我们身边,但它好像又离我们很远。我们没办法看到它和摸到它,它就像一种无形的魔法,把整个世界联系到了一起;它又像一种无声的语言,让我们可以隔空对话。
人们是如何发现射频这项奇妙的技术的? 射频给人类社会带来了什么变化?射频会带领我们走向什么样的未来?带着以上问题,我们一起回到200年前,回到射频刚被发现的19世纪,看看这项改变世界的技术是如何诞生的。