射频通信的多种频率

射频（RF）世界是一个频率的世界。无论是在单个系统还是单个PCB中，这都是正确的认知，因为一种RF设计可能涉及多个频率范围的信号。但在这里，我们想要关注的是一个特定RF系统存在的广泛背景；我们给这个概念起的名字是“电磁频谱”。

具体来说，我们将讨论电磁频谱中常用于RF通信的部分。光也包含在电磁频谱中，极低频率的无线电波在工程系统中的使用也有限。光是一种有用的信息传输手段，但它的行为与中频电磁波辐射（EMR）截然不同，因此我们将它归入自己的类别——光通信，而不是无线通信。低频EMR具有特定用途，并且也通过全球电网不断产生，但它不是主流无线通信的一部分。

频率：为何与如何

在探讨各种频率类别之前，让我们先回顾两个基本问题：为何我们会使用如此多不同的频率？以及工程师如何决定哪种频率适用于特定应用？

干扰

当两个或更多的发射机在相同频率上运行时，它们会产生干扰，即使得接收设备难以将相关的RF信号与无关的RF信号区分开来。当使用不同频率时，这个问题在很大程度上会消失。因为在一个频率上的EMR不会“干扰”另一个频率上的EMR，通过滤波可以很容易地忽略掉无关的信号。

频率之间的充分隔离允许忽略干扰信号。

当然，仅仅因为两个信号在GHz上有微小的差异，干扰并不会消失——频率差异越大，干扰就越少。然而，使用不同频率进行不同类型的RF通信效果惊人：每天，世界各地都有无数的无线系统同时运行，而功能没有明显损失。

选择频率

电磁波辐射（EMR）的特性会随着频率的变化而变化。例如，极低频率波能有效穿透水体，因此在需要与潜艇通信时很有帮助。再如，某些频率的无线电信号能传播很远的距离，这是因为这些频率会经历大气折射。关键在于，特定射频系统的主要目标极大地影响了选择操作频率范围的过程。

电离层折射使远距离通信成为可能

之前提到了一些频率影响传播特性的例子。然而，在很多情况下，一个更重要的考虑因素是带宽（在模拟系统中）或数据率（在数字系统中）。

如果你想无线传输一个频率成分高达10 kHz的音频信号，你不能使用一个5 kHz的发射（即载波）频率。频率对应着信号传输信息的速率，因此你无法将10 kHz的音频信息“容纳”在5 kHz的载波中。此外，实际考虑要求载波频率明显高于信息（即基带）频率。因此，带宽更宽和数据率更高的系统必须占据电磁频谱中更高频率的部分。

频率划分

无线电频谱——即电磁频谱中的无线电通信部分——从甚低频（VLF）波段延伸到极高频（EHF）波段，即从大约3 kHz到300 GHz。将甚低频（VLF）与极高频（EHF）分开的其他波段包括：

低频（LF），中频（MF），高频（HF），甚高频（VHF），超高频（UHF），特高频（SHF）。

这些划分相当随意，且没有迫切的需要知道确切的频率范围。更好的方式是简单地给出一些位于频谱不同部分的无线通信类别的例子，因为这有助于我们直观地了解哪些频率范围更适合于某些类型的系统。

AM无线电通信使用MF（中频）波段，更具体地说，载波频率在540到1600 kHz之间。我们知道，AM无线电具有良好的覆盖范围，并且能抵抗来自建筑物的物理干扰，但AM并没有音质好而闻名。

FM无线电通信使用VHF（甚高频）波段，载波频率在88.1到108.1 MHz之间。与AM相比，FM中载波的可允许偏差显著更高，这意味着FM信号每单位时间可以传输比AM信号更多的信息。（请注意，在此上下文中，“AM”和“FM”指的是标准化的无线电传输类别，而不是一般的振幅调制和频率调制。）

蓝牙和一些802.11协议等数字通信系统工作在低频GHz范围内，更具体地说，是在接近2.4 GHz的频率上。这些系统通常是短程系统，但它们提供可靠的通信，且高载波频率使得数据速率较高。这些协议可由非常小的设备使用，同时提供相对较长的电池寿命。

卫星——显然代表了需要长距离通信的应用——倾向于在非常高的频率上工作。这个范围的低端（1-2 GHz）是L波段，被GPS卫星使用。C波段（4-8 GHz）被例如卫星电视网络使用。Ku波段扩展到令人印象深刻的18 GHz频率，用于各种卫星应用，是国际空间站通信设备的重要组成部分。

从电磁辐射到光
上述提到的卫星频率大多保持在无线电频谱的特高频（SHF）部分。极高频（EHF）波段是无线电波和光波之间的过渡；EHF信号受到大气中气体和水分更严重的阻碍，这让我们想起了光辐射及其无法穿透不透明物体的能力。频率高于EHF波段的信号被归类为红外辐射，而不是无线电波。

总结

电磁频谱指的是宇宙中存在的电磁辐射（EMR）频率范围。这个频谱被划分和再划分为不同的频段。

与射频通信相关的通用部分被称为无线电频谱，而无线电频谱又被细分为八个频段。

通过使用不同的载波频率，可以避免不同无线电系统之间的干扰。

带宽和传播需求会影响载波频率的选择，而载波频率反过来又会影响特定系统的特性。

无线电频谱中的最高频率带代表信号从更像无线电波到更像光波的转变。