了解電磁輻射以及為什么它對(duì)無線通信如此有用。

當(dāng)我們想到電時(shí)，我們自然會(huì)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(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置的基本方法。

但是歷史一直在證明，人們對(duì)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(shí)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(dòng)，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(hào)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(qǐng)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(shí)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(duì)設(shè)備天線發(fā)射出的神秘能量有一個(gè)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(gè)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(huì)存在電場和磁場。但是，這些場不會(huì)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(gè)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(huì)無意中產(chǎn)生電磁輻射。任何電路中的任何時(shí)變信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生EMR，其中包括數(shù)字信號(hào)。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(huì)干擾其他電路，在這種情況下，它會(huì)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(gè)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(gè)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(gè)原因：

敏捷性

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

這個(gè)復(fù)雜的QPSK波形的每個(gè)部分都傳輸兩位數(shù)字信息

讓我們考慮一個(gè)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(gè)房間包含兩個(gè)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(gè)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(hào)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(hào)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(hào)經(jīng)歷變化的速度。換句話說，信號(hào)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(duì)無線通信的追求與對(duì)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(hào)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(hào)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(huì)穿過人體的每個(gè)細(xì)胞。射頻信號(hào)不會(huì)完全不受這些材料的影響，在某些情況下，可能會(huì)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(gè)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(huì)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(huì)被不透明的物體所阻擋。