Podstawowa teoria częstotliwości radiowej (RF)

1. Co to jest częstotliwość radiowa?

Częstotliwość radiowa, w skrócieRF, to skrót od fal elektromagnetycznych prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości.

Fale elektromagnetyczne to właściwie dość znane pojęcia.

Zgodnie z teorią pola elektromagnetycznego Maxwella, oscylujące pole elektryczne wytwarza oscylujące pole magnetyczne, a oscylujące pole magnetyczne wytwarza oscylujące pole elektryczne.

Pola elektromagnetyczne nieustannie rozchodzą się w przestrzeni kosmicznej, tworząc fale elektromagnetyczne.

Poniższy diagram z grubsza ilustruje ten proces, gdzie E oznacza pole elektryczne, a B oznacza pole magnetyczne.

Faza i amplituda pól elektrycznych i magnetycznych w tym samym położeniu na osi będą się zmieniać w czasie.

Zwykle częstotliwość radiowa (RF) to zbiorcze określenie fal elektromagnetycznych o częstotliwościach oscylacyjnych w zakresie 300 kHz–300 GHz i jest szeroko stosowane w komunikacji radarowej i bezprzewodowej.

2. Podstawowe charakterystyki częstotliwości radiowej

Aby opisać dany sygnał RF, można do niego podejść z czterech perspektyw: częstotliwości, długości fali, amplitudy i fazy.

2.1 Częstotliwość i długość fali

Częstotliwość fal elektromagnetycznych odnosi się do częstotliwości oscylacji pola elektromagnetycznego.

Fale mają okres, a częstotliwość (f) to liczba cykli, podczas których fala występuje w danej jednostce czasu, mierzona w hercach (Hz).

Poniższy rysunek przedstawia przebieg sygnału o częstotliwości 10 Hz w jednostce czasu.

Długość fali (λ) Odległość, na jaką fala rozchodzi się w danym okresie, przy stałej prędkości propagacji, długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości, tj. λ =  C/f.

RF o podobnych częstotliwościach będą się wzajemnie zakłócać, dlatego istnieje specjalna organizacja zajmująca się zarządzaniem widmem w celu przydzielania pasm częstotliwości, unikania wzajemnych zakłóceń między aplikacjami i standaryzacji wykorzystania RF.

Ze względu na takie czynniki, jak tłumienie, fale elektromagnetyczne o niskiej częstotliwości mogą zazwyczaj rozprzestrzeniać się na większe odległości niż fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości i dlatego często są wykorzystywane w radarach znajdujących się poza linią wzroku.

Fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości charakteryzują się wysoką energią, dużą zdolnością penetracji i większą szerokością pasma, a obecnie są wykorzystywane również w niektórych komunikacji na linii wzroku, aby złagodzić problem zatorów w niskich częstotliwościach, np. w komunikacji mmWave.

2.2 Amplituda

Sygnał amplitudy RF jest miarą zmiany oscylacji pola elektrycznego w pojedynczym cyklu. W przypadku fal sinusoidalnych można to przedstawić za pomocą wartości szczytowej ①, wartości międzyszczytowej ② i wartości średniokwadratowej ③.

2.3 Faza

Faza odnosi się do położenia pojedynczego punktu czasowego w okresie fali, zwykle wyrażanego w radianach w przypadku fal sinusoidalnych.