Wi-Fi技術經過了20年的演進，為了提升其連線效率與傳輸速率，調變技術(Modulation)與無線串流數目(Spatial Steam)也有重大的改變，由於這些改變，讓整個Wi-Fi裝置的設計變得更加的複雜。舉例而言，在最新Wi-Fi 6的技術，頻率調變技術由原先的OFDM升級到ODFMA，調變也由256QAM提升到1024QAM，串流數目也從最早的1×1進階到2×2、3×3、4×4，甚至8×8，回到設計面，愈是高效率高傳輸速率的裝置也意謂著更複雜且高規格的設計，這些新的技術與變革也對前端射頻零組件帶來新的挑戰，例如更加線性的功率輸出、更低的EVM Floor、更高的效率，與更好的接收靈敏度等等。
砷化鎵Wi-Fi功率放大器優勢兼具
材料科學的突飛猛進也推進射頻零組件的進步，現今主流的獨立式Wi-Fi功率放大器製程為砷化鎵(GaAs)。由於砷化鎵有優秀高頻傳輸且具有高頻、抗輻射、耐高溫等特性，目前射頻功率放大器以砷化鎵IC所表現出的線性功率(Linearity)與使用效率(Efficiency)最為優秀，因此廣泛應用在主流的商用無線通訊設計，尤其Wi-Fi與行動通訊(3G/LTE)上，表1顯示了internal PA與external FEM的主要差異。
Power Added Efficiency(PAE)為評估無線功率放大器與設計無線傳輸系統時的一個關鍵參數，主要是針對放大器中直流電源(DC)供電能量轉換成交流(AC)射頻訊號放大的能量轉換效率。PAE不好的功率放大器，會將大部分的能量轉換為熱能，導致放大器本身的效率下降，進而影響整個通訊系統的傳輸品質。
PAE(%)的計算公式如下：
可參考Qorvo的Wi-Fi 6 2.4GHz FEM作為例子來計算PAE：
圖1為QPF4228在不同發射功率下所消耗的電流，其為Qorvo針對高通Wi-Fi 6企業級無線路由器平台開發的2.4GHz獨立式射頻前端模組晶片。根據技術規格書，QPF4228在3.3V供電，發射功率22dBm時的耗電流為200mA，QPF4228本身的增益為33dB，套上PAE的公式再經過一連串的單位轉換後所計算出來的結果為24%。
Power(RF_Out)：QPF4228功放輸出為22dBm=158.5mW=0.1585W
Power(DC):DC Input Power=200mA×3.3V=0.66W
PAE(%)=100×(0.158/0.66)=24%
eFEM實現穩定連線覆蓋為較佳解方
愈大的Wi-Fi訊號覆蓋範圍帶來更好的使用者體驗，若要有好的Wi-Fi覆蓋範圍，就必須有更大的發射功率與更高的接收靈敏度，然而這代表整個Wi-Fi系統所消耗的功率也會增加，而功率增加的結果也連帶迎來系統散熱設計上的挑戰。必須承認，iPA為Wi-Fi裝置的開發商帶來最直接的好處就是成本優勢，如果iPA就能滿足客戶的規格與設計，那麼External FEM就顯得有點多餘。如果今天客戶所設計的產品對於連線的覆蓋範圍、外觀(精緻小巧的機構設計，如Wi-Fi Extender或是Wall Plug)與整體耗電功率(如PoE)有所要求，那麼如何選擇一個高效且穩定的獨立式FEM就是設計者的重要課題。
(本文作者為Qorvo高級行銷經理)
