今天我們接著來(lái)聊一個(gè)老生常談的話題——什么是射頻？為什么離不開(kāi)射頻？

我們?cè)谥暗奈恼轮卸啻尾粎捚錈┑年U述一個(gè)話題——麥克斯韋和電磁波。無(wú)論是轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)秀的文章《最美的公式：你也能懂的麥克斯韋方程組（微分篇）》《最美的公式：你也能懂的麥克斯韋方程組（積分篇）》，《見(jiàn)證奇跡的時(shí)刻：如何從麥克斯韋方程組推出電磁波？》。還是RF小木匠自己總結(jié)麥克斯韋方程組的意義——《麥克斯韋方程組竟然這么簡(jiǎn)單？！》。我們無(wú)外乎想證明電磁波發(fā)現(xiàn)的重大意義。其實(shí)這個(gè)意義不言而喻，我們現(xiàn)代生活的方方面面都離不開(kāi)電磁波——手機(jī)，wifi，智能家居，汽車等等，都有電磁波的應(yīng)用。

但是，當(dāng)我們《重走電磁之路——發(fā)現(xiàn)電磁波》，我們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)就是因?yàn)槿藗兊牟粷M足，才帶來(lái)了今天的無(wú)線時(shí)代。 電力的發(fā)明促發(fā)了第二次工業(yè)革命，一想到電，我們首先會(huì)想到各種各樣的電線，從高壓傳輸線，到電路板上細(xì)小的線，電線都是電力從一處傳到另一處的基本方法。但是人們并不滿足于電的應(yīng)用。就像特斯拉的電磁充電，讓電力能夠通過(guò)無(wú)線傳播，就像赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)以及后來(lái)馬可尼的跨大西洋通信。人們都渴望能夠從有線中解放出來(lái)，隨時(shí)，隨地的交流——萬(wàn)物互聯(lián)。而射頻RF就是萬(wàn)物互聯(lián)的基本方式。

而射頻的本質(zhì)是電磁輻射EMR，而電磁輻射涉及到電場(chǎng)和磁場(chǎng)，實(shí)際上，如果有電壓，那么就有電場(chǎng)（從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō)，電壓與電場(chǎng)的空間變化率呈正比），如果有電流，那么就有磁場(chǎng)（磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流大小成正比）。也就是說(shuō)，只要存在電壓和電流，那么就存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)，那么存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)就一定會(huì)產(chǎn)生電磁輻射嗎？一定能產(chǎn)生電磁波嗎？No，根據(jù)麥克斯韋方程組我們知道，只有變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)才會(huì)產(chǎn)生電磁波，如下圖所示。



從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，我們需要變化的電壓和電流。這種傳播現(xiàn)象的關(guān)鍵是電磁輻射的電磁分量之間的自我維持關(guān)系。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。這種相互再生表現(xiàn)為一個(gè)獨(dú)特的實(shí)體，即電磁波。一旦產(chǎn)生，這個(gè)波就會(huì)從它的源頭向外傳播，日復(fù)一日地以光速朝著未知的深處前進(jìn)。

電磁輻射，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就像上文所述，只要有變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)就能產(chǎn)生電磁波。在電路中，任何變化的電流/電壓都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，即使是數(shù)字信號(hào)也不例外。大多數(shù)情況下，這些電磁輻射只是產(chǎn)生噪聲，如果對(duì)通信系統(tǒng)沒(méi)有干擾的話，我們完全可以忽略它。但是一旦對(duì)通信系統(tǒng)有干擾，就成了電磁干擾EMI，我們就需要想方設(shè)法的去濾除它。

我們看到，RF 設(shè)計(jì)不僅僅是產(chǎn)生 EMR；相反，RF 設(shè)計(jì)是生成、操縱和解釋 EMR 的藝術(shù)和科學(xué)，它允許您在沒(méi)有直接電氣連接的兩個(gè)電路之間可靠地傳輸有意義的信息。

從一定程度上來(lái)說(shuō)，任何無(wú)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都是在想方設(shè)法的去產(chǎn)生電磁輻射，并且控制有用的電磁輻射，這段有用的電磁輻射，就構(gòu)成了無(wú)線wireless的基礎(chǔ)，也是我們射頻研究和設(shè)計(jì)的對(duì)象。 從這方面來(lái)說(shuō)的話，電磁輻射是有線電路中應(yīng)用的電信好的無(wú)線延伸。無(wú)論我們是否愿意，隨時(shí)間變化的電流和電壓都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射EMR，該 EMR 是原始信號(hào)交流分量的精確表示。如下圖所示



這個(gè)可控制的電磁輻射，反應(yīng)極其靈敏，功能也極其強(qiáng)大，即使是最先進(jìn)的無(wú)線系統(tǒng)中使用的復(fù)雜高頻波形，傳輸?shù)?RF 信號(hào)也可以忠實(shí)地再現(xiàn)。而且這個(gè)電磁波的傳播速度極快，以光速在傳播。換一種信號(hào)載體，這個(gè)傳播速度恐怕要大打折扣。 除了傳播速度快之外，電磁輻射的傳播距離也相當(dāng)可觀。

對(duì)無(wú)線通信的追求與對(duì)遠(yuǎn)距離通信的追求息息相關(guān)；如果發(fā)射器和接收器距離很近，則使用電線通常更簡(jiǎn)單且更具成本效益。盡管根據(jù)平方反比定律，RF 信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)降低，但 EMR 與調(diào)制技術(shù)和復(fù)雜的接收器電路相結(jié)合，仍然具有顯著的長(zhǎng)距離傳輸可用信號(hào)的能力。

更奇妙之處在于，射頻頻段的電磁波的傳播還可以穿透墻壁，塑料介質(zhì)等日常生活所用到的一些東西，不像光一樣，只能視距傳播。其應(yīng)用也有了很大的靈活性。并且，有些低頻電磁輻射，幾乎無(wú)處不在。 有沒(méi)有什么其他的信號(hào)載體能替代射頻呢？ 量子通信？光通信？還是其他什么新的通信技術(shù)？

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審核編輯：劉清