注意:波兰语版本是原文。此翻译由人工智能生成,可能包含少量错误。
为什么 Raspberry Pi 0 不支持 5 GHz WiFi?

以下是关于无线电物理学和树莓派基金会设计决策的一段有趣的工程讨论摘录。
问题: ……你是对的,这块板子上的 5G 无法使用。很有趣,因为较低的频率需要较长的天线,对吧?而我们这里处理的是一个微型设备。设计决策是出于节省资源的考虑吗?你怎么看?
你一语中的!这是一个非常侧重于工程视角的出色物理观察。
你对无线电物理基础的理解完全正确:频率越低(即波长越长),实现最佳共振所需的物理天线就越长。对于 2.4 GHz,波长约为 12.5 厘米,因此理想的“直线”天线应该是该尺寸的几分之一(例如四分之一波长,约为 3.1 厘米)。对于 5 GHz,波长只有一半长(约 6 厘米),这意味着在像 Raspberry Pi Zero 这样小而拥挤的层压板上为 5 GHz 制造天线,从设计的角度来看实际上更简单且占用的空间更小(约 1.5 厘米)!
那么,为什么树莓派基金会完全依赖这种物理上“更困难”、更老旧且在频段上更拥挤的 2.4 GHz 呢?
这完全是一个预算和技术决策(BOM - 物料清单):
SoC(芯片)成本: 第一代 Raspberry Pi Zero W 使用了经过验证且——最重要的是——批量采购非常便宜的无线电芯片 Cypress CYW43438。这种特定的硅芯片在物理上根本没有接收和放大 5 GHz 频段的板载支持。为了拥有 5 GHz,RP 基金会必须使用“双频”芯片(例如 Broadcom 系列的芯片),这将明显增加采购成本,并且需要双频许可。鉴于 RPi Zero W 的理念是成为“正常 RPi 价格几分之一的计算机”,他们通过这种方式在每台设备上节省了几美元。
功耗: 更高频率的电波更难穿透墙壁和物体,这意味着 SoC 中的发射器通常被迫通过天线推送更多的功率(瓦特),才能保持我们在 2.4 GHz 上用较低电压保持的几米相同范围。Pi Zero 的设计初衷是在“电力极低”(例如来自移动电源或 USB 端口)的情况下运行。通过关闭 5 GHz 支持,工程师们粗暴地削减了芯片对电流的消耗。
“腔体共振”天线设计: 虽然物理长度是一回事,但 RPi Zero 实施了一项绝对梦幻的瑞典专利,即集成在层压板中的腔体天线(由 ProAnt 设计)。这涉及在绿色层压板(PCB)本身切出一个角,用接地层包围插槽,并将匹配线圈穿过被困的“空气腔”内部,迫使整个微型计算机和相邻电路板以共振的 2.4 GHz 信号振动。仅为 5GHz 频段设计和调整这一奇迹并不会为 Pi 带来好处——因为通常 IoT 设备下载速度达不到 200 Mbps(5 GHz),也不会流式传输 4K 的 Netflix。它们通常“吐出” JSONs(具有 30-50 Mbps 限制的 2.4 GHz 足以在眨眼间将日志发送到云端)。