نظریه پایه فرکانس رادیویی (RF)

1. فرکانس رادیویی چیست؟

فرکانس رادیویی، به اختصارRF، مخفف امواج الکترومغناطیسی جریان متناوب فرکانس بالا است.

امواج الکترومغناطیسی در واقع مفاهیم کاملا آشنا هستند.

بر اساس نظریه میدان الکترومغناطیسی ماکسول، یک میدان الکتریکی نوسانی یک میدان مغناطیسی نوسانی ایجاد می کند و یک میدان مغناطیسی نوسانی یک میدان الکتریکی نوسانی ایجاد می کند.

میدان های الکترومغناطیسی به طور مداوم در فضا به بیرون منتشر می شوند و امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند.

نمودار زیر تقریباً این فرآیند را نشان می دهد، که در آن E نشان دهنده میدان الکتریکی و B نشان دهنده میدان مغناطیسی است.

فاز و دامنه میدان های الکتریکی و مغناطیسی در یک موقعیت روی محور در طول زمان تغییر می کند.

معمولا فرکانس رادیویی (RF) یک اصطلاح جمعی برای امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های نوسانی بین 300KHz-300GHz است و به طور گسترده در ارتباطات رادار و بی سیم استفاده می شود.

2. مشخصات اساسی فرکانس رادیویی

برای توصیف یک سیگنال RF داده شده، می توان از چهار منظر به آن نگاه کرد: فرکانس، طول موج، دامنه و فاز.

2.1 فرکانس و طول موج

فرکانس امواج الکترومغناطیسی به فرکانس نوسانات میدان الکترومغناطیسی اشاره دارد.

امواج دارای یک دوره هستند و فرکانس (f) تعداد چرخه هایی است که یک موج در یک واحد زمان مشخص رخ می دهد که بر حسب هرتز (Hz) اندازه گیری می شود.

شکل زیر شکل موج یک سیگنال با فرکانس 10 هرتز در واحد زمان را نشان می دهد.

طول موج (λ) فاصله ای که در آن یک موج در یک دوره منتشر می شود، و تحت سرعت انتشار ثابت، طول موج با فرکانس نسبت معکوس دارد، یعنی λ =  C/f.

RF با فرکانس‌های مشابه با یکدیگر تداخل خواهند داشت، بنابراین یک سازمان اختصاصی برای مدیریت طیف برای تخصیص باندهای فرکانسی، اجتناب از تداخل متقابل بین برنامه‌ها و استاندارد کردن استفاده از RF وجود دارد.

به دلیل عواملی مانند تضعیف، امواج الکترومغناطیسی با فرکانس پایین معمولاً می توانند مسافت های طولانی تری را نسبت به امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا منتشر کنند و بنابراین اغلب در رادارهای روی خط دید استفاده می شوند.

امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا انرژی بالا، توانایی نفوذ قوی و پهنای باند بالاتری دارند و اکنون در برخی از ارتباطات خط دید برای کاهش مشکل تراکم فرکانس پایین مانند ارتباطات mmWave نیز استفاده می‌شوند.

2.2 دامنه

سیگنال دامنه RF اندازه گیری تغییر نوسان میدان الکتریکی در یک سیکل است. برای امواج سینوسی، می توان آن را با مقدار پیک ①، مقدار اوج به اوج ②، و ریشه میانگین مقدار مربع ③ نشان داد.

2.3 فاز

فاز به موقعیت یک نقطه زمانی واحد در دوره موجی اشاره دارد که معمولاً بر حسب رادیان در امواج سینوسی بیان می شود.