了解電磁輻射以及為什么它對無線通信如此有用。

當(dāng)我們想到電時(shí)，我們自然會想到電線。從高壓傳輸線到印刷電路板上的細(xì)小走線痕跡，電線仍然是將電能從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置的基本方法。

但是歷史一直在證明，人們對基本的做事方式很少有滿意的，因此，我們不應(yīng)該驚訝地發(fā)現(xiàn)，隨著電力的擴(kuò)散，人們進(jìn)行了廣泛的努力，以使電能擺脫物理互連的約束。

有多種方法可以將“無線”功能合并到電氣系統(tǒng)中。其中之一是電磁輻射的使用，這是RF通信的基礎(chǔ)。但是，重要的是要認(rèn)識到電磁輻射在將電路擴(kuò)展到無線領(lǐng)域的能力方面并不是唯一的。任何可以通過非導(dǎo)電材料傳播的東西（機(jī)械運(yùn)動，聲波，熱量）都可以用作（也許是粗略的）將電能轉(zhuǎn)換為不依賴導(dǎo)電線互連的信息傳遞的手段。

精心操縱的正弦電壓（或電流）信號是現(xiàn)代無線時(shí)代的基礎(chǔ)

考慮到這一點(diǎn)，我們可以問自己一些更相關(guān)的問題：為什么電磁輻射是首選方法？為什么其他類型的無線通信沒有如此重要？在回答這些問題之前，請確保我們了解什么是電磁輻射。

場與波

您可能需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間來研究電磁學(xué)的細(xì)節(jié)。幸運(yùn)的是，您不需要那種專業(yè)知識就能成功設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)RF電路。但是您確實(shí)需要對設(shè)備天線發(fā)射出的神秘能量有一個基本的了解。

顧名思義，電磁輻射既涉及電場又涉及磁場。如果您有電壓（例如，天線阻抗兩端的電壓），那么您將擁有電場（從數(shù)學(xué)的角度來看，電場與電壓的空間變化率成正比）。如果有電流（例如，流經(jīng)天線阻抗的電流），那么將有一個磁場（磁場強(qiáng)度與電流的大小成正比）。

即使電壓或電流的大小恒定，也會存在電場和磁場。但是，這些場不會傳播。如果我們要傳播到宇宙中的波，我們需要改變電壓和電流。

電磁波的電和磁分量表示為垂直的正弦曲線

這種傳播現(xiàn)象的關(guān)鍵是電磁輻射的電性分量和磁性分量之間的自我維持關(guān)系。變化的電場產(chǎn)生磁場，而變化的磁場產(chǎn)生電場。這種相互再生表現(xiàn)為獨(dú)特的實(shí)體，即電磁波。一旦產(chǎn)生，這種電磁波將以光速從源頭向外傳播，日復(fù)一日地朝著未知的深處傳播。

創(chuàng)建EMR（電磁輻射，electromagnetic radiation）與控制EMR（電磁輻射，electromagnetic radiation）

設(shè)計(jì)整個RF通信系統(tǒng)并不容易。但是，產(chǎn)生電磁輻射（EMR）卻非常容易，實(shí)際上，即使您不想產(chǎn)生電磁輻射，也可能會無意中產(chǎn)生電磁輻射。任何電路中的任何時(shí)變信號都會產(chǎn)生EMR，其中包括數(shù)字信號。在大多數(shù)情況下，此EMR只是噪聲。如果沒有造成任何麻煩，則可以忽略它。在某些情況下，它實(shí)際上可能會干擾其他電路，在這種情況下，它會變成EMI（電磁干擾，electromagnetic interference）。

因此，我們看到RF設(shè)計(jì)不僅僅在于生成EMR；它還涉及到控制EMR。確切地說，RF設(shè)計(jì)是一種生成和處理和解釋EMR的藝術(shù)和科學(xué)，它使您能夠在沒有直接電連接的兩個電路之間可靠地傳輸有意義的信息。

為什么要使用EMR？

現(xiàn)在讓我們回到一個問題，即為什么與其他形式的無線通信相比，基于EMR的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中時(shí)如此普遍。換句話說，為什么在各種其他無需借助導(dǎo)線傳輸信息的現(xiàn)象和情況下，“無線”幾乎總是指RF？有幾個原因：

敏捷性

EMR是有線電路中使用的電信號的自然擴(kuò)展。無論您是否希望，時(shí)變電壓和電流都會產(chǎn)生EMR，此外，EMR是原始信號交流分量的精確表示。

這個復(fù)雜的QPSK波形的每個部分都傳輸兩位數(shù)字信息

讓我們考慮一個極端的（完全不切實(shí)際的）反例：基于熱量的無線通信系統(tǒng)。想象一個房間包含兩個單獨(dú)的設(shè)備。發(fā)射器設(shè)備根據(jù)要發(fā)送的消息將房間加熱到一定溫度，然后接收器設(shè)備測量并解釋環(huán)境溫度。這是一個緩慢，笨拙的系統(tǒng)，因?yàn)榉块g的溫度不能精確地跟隨復(fù)雜電信號的變化而變化。而另一方面，EMR具有高度響應(yīng)能力。發(fā)射的RF信號甚至可以忠實(shí)地再現(xiàn)先進(jìn)無線系統(tǒng)中使用的復(fù)雜的高頻波形。

速度

在交流耦合系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸速率取決于信號經(jīng)歷變化的速度。換句話說，信號必須在做某些事情（例如幅度增加和減少）以傳達(dá)信息。事實(shí)證明，即使在非常高的頻率下，EMR仍是一種實(shí)用的通信介質(zhì)，這意味著RF系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

范圍

對無線通信的追求與對長距離通信的追求緊密相連。如果發(fā)射器和接收器非常接近，則使用導(dǎo)線通常更簡單且更具成本效益。盡管RF信號的強(qiáng)度根據(jù)平方定律成反比降低，但EMR（結(jié)合調(diào)制技術(shù)和復(fù)雜的接收器電路）仍具有出色的遠(yuǎn)距離傳輸可用信號的能力。

隨著發(fā)射能量在所有方向上向外傳播，EMR的強(qiáng)度呈指數(shù)下降

無需視線傳輸路徑

可以與EMR競爭的唯一無線通信介質(zhì)是光。這也許并不奇怪，因?yàn)楣鈱?shí)際上是非常高頻率的EMR。但是，光傳輸?shù)谋举|(zhì)突出了RF通信可能提供的確定性優(yōu)勢：不需要清晰的視線傳輸路徑。

我們的世界充滿了阻擋光（甚至是非常強(qiáng)大的光）的固體物體。我們所有人都經(jīng)歷了夏日陽光的強(qiáng)烈照耀，但是導(dǎo)致光強(qiáng)度降低的可能僅是一塊薄薄的織物。相比之下，射頻系統(tǒng)中使用的低頻EMR能穿過墻壁，塑料外殼，云層，盡管看起來有些奇怪，但它會穿過人體的每個細(xì)胞。射頻信號不會完全不受這些材料的影響，在某些情況下，可能會發(fā)生明顯的衰減。但是與光相比，（低頻）EMR幾乎可以在任何地方使用。

總結(jié)

1、“ RF”是指使用電磁輻射在兩個沒有直接電連接的電路之間傳輸信息。

2、隨時(shí)間變化的電壓和電流會產(chǎn)生電磁能量，并以波的形式傳播。我們可以通過操縱和解釋這些波來無線傳輸模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息。

3、EMR是無線通信的主要形式。一種替代方法是使用光（例如在光纖中），但是RF用途更為廣泛，因?yàn)榈皖lEMR不會被不透明的物體所阻擋。