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当我们想到电时，我们自然会想到电线。从高压传输线到印刷电路板上的细小走线痕迹，电线仍然是将电能从一个位置转移到另一个位置的基本方法。- V' O4 M) J/ t
% a X, e' {6 h$ \* K但是历史一直在证明，人们对基本的做事方式很少有满意的，因此，我们不应该惊讶地发现，随着电力的扩散，人们进行了广泛的努力，以使电能摆脱物理互连的约束。
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有多种方法可以将“无线”功能合并到电气系统中。其中之一是电磁辐射的使用，这是RF通信的基础。但是，重要的是要认识到电磁辐射在将电路扩展到无线领域的能力方面并不是唯一的。任何可以通过非导电材料传播的东西（机械运动，声波，热量）都可以用作（也许是粗略的）将电能转换为不依赖导电线互连的信息传递的手段。. w; a5 R+ S: U, a6 u6 E: k
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精心操纵的正弦电压（或电流）信号是现代无线时代的基础
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3 A9 ~2 }) e" G/ m# P) \# N考虑到这一点，我们可以问自己一些更相关的问题：为什么电磁辐射是首选方法？为什么其他类型的无线通信没有如此重要？在回答这些问题之前，请确保我们了解什么是电磁辐射。, N9 O9 s/ I% |: ]0 j
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场与波% S& D1 c3 h7 p$ A+ J9 J2 y/ G( l" J
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您可能需要花费数年时间来研究电磁学的细节。幸运的是，您不需要那种专业知识就能成功设计和实现RF电路。但是您确实需要对设备天线发射出的神秘能量有一个基本的了解。
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顾名思义，电磁辐射既涉及电场又涉及磁场。如果您有电压（例如，天线阻抗两端的电压），那么您将拥有电场（从数学的角度来看，电场与电压的空间变化率成正比）。如果有电流（例如，流经天线阻抗的电流），那么将有一个磁场（磁场强度与电流的大小成正比）。$ f1 e8 i/ R( d' y4 z6 m
/ N2 T9 U& V2 A+ x r2 t即使电压或电流的大小恒定，也会存在电场和磁场。但是，这些场不会传播。如果我们要传播到宇宙中的波，我们需要改变电压和电流。0 r+ k* n2 j5 ~6 O/ t3 |& Z" Q
; j: }( Z5 ~% h5 O3 J电磁波的电和磁分量表示为垂直的正弦曲线5 C( `8 N4 `5 t9 f) F% W, P0 C
/ t% @+ o" Q& } k7 b q这种传播现象的关键是电磁辐射的电性分量和磁性分量之间的自我维持关系。变化的电场产生磁场，而变化的磁场产生电场。这种相互再生表现为独特的实体，即电磁波。一旦产生，这种电磁波将以光速从源头向外传播，日复一日地朝着未知的深处传播。
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4 B# O/ q. K: e# |3 ]. a创建EMR（电磁辐射，electromagnetic radiation）与控制EMR（电磁辐射，electromagnetic radiation）
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; u4 [8 r8 d" a+ u+ G设计整个RF通信系统并不容易。但是，产生电磁辐射（EMR）却非常容易，实际上，即使您不想产生电磁辐射，也可能会无意中产生电磁辐射。任何电路中的任何时变信号都会产生EMR，其中包括数字信号。在大多数情况下，此EMR只是噪声。如果没有造成任何麻烦，则可以忽略它。在某些情况下，它实际上可能会干扰其他电路，在这种情况下，它会变成EMI（电磁干扰，electromagnetic interference）。' G# ?" f7 u# l! m; l, @, s- }7 a1 \
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因此，我们看到RF设计不仅仅在于生成EMR；它还涉及到控制EMR。确切地说，RF设计是一种生成和处理和解释EMR的艺术和科学，它使您能够在没有直接电连接的两个电路之间可靠地传输有意义的信息。: }- N+ u" S i: V
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为什么要使用EMR？
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现在让我们回到一个问题，即为什么与其他形式的无线通信相比，基于EMR的系统在实际应用中时如此普遍。换句话说，为什么在各种其他无需借助导线传输信息的现象和情况下，“无线”几乎总是指RF？有几个原因：
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敏捷性
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EMR是有线电路中使用的电信号的自然扩展。无论您是否希望，时变电压和电流都会产生EMR，此外，EMR是原始信号交流分量的精确表示。
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+ C }1 g2 Y) v. U/ L, l这个复杂的QPSK波形的每个部分都传输两位数字信息+ X8 ]+ R) Z. N. g$ C4 a2 U
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让我们考虑一个极端的（完全不切实际的）反例：基于热量的无线通信系统。想象一个房间包含两个单独的设备。发射器设备根据要发送的消息将房间加热到一定温度，然后接收器设备测量并解释环境温度。这是一个缓慢，笨拙的系统，因为房间的温度不能精确地跟随复杂电信号的变化而变化。而另一方面，EMR具有高度响应能力。发射的RF信号甚至可以忠实地再现先进无线系统中使用的复杂的高频波形。, e) a) r- p. \. E) u
8 i! Q, m3 D% w速度
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在交流耦合系统中，数据的传输速率取决于信号经历变化的速度。换句话说，信号必须在做某些事情（例如幅度增加和减少）以传达信息。事实证明，即使在非常高的频率下，EMR仍是一种实用的通信介质，这意味着RF系统可以实现极高的数据传输速率。! w0 O$ ^+ p, |2 |' N2 V$ t
: W- @" C7 k( T范围
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对无线通信的追求与对长距离通信的追求紧密相连。如果发射器和接收器非常接近，则使用导线通常更简单且更具成本效益。尽管RF信号的强度根据平方定律成反比降低，但EMR（结合调制技术和复杂的接收器电路）仍具有出色的远距离传输可用信号的能力。) V2 l/ I# B" h4 N7 B4 Q
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随着发射能量在所有方向上向外传播，EMR的强度呈指数下降
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# f/ o- ~. F) a& g: O无需视线传输路径
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2 l1 X0 i. j2 W, N& n# j可以与EMR竞争的唯一无线通信介质是光。这也许并不奇怪，因为光实际上是非常高频率的EMR。但是，光传输的本质突出了RF通信可能提供的确定性优势：不需要清晰的视线传输路径。
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) H& i! ^+ W& I q, Q我们的世界充满了阻挡光（甚至是非常强大的光）的固体物体。我们所有人都经历了夏日阳光的强烈照耀，但是导致光强度降低的可能仅是一块薄薄的织物。相比之下，射频系统中使用的低频EMR能穿过墙壁，塑料外壳，云层，尽管看起来有些奇怪，但它会穿过人体的每个细胞。射频信号不会完全不受这些材料的影响，在某些情况下，可能会发生明显的衰减。但是与光相比，（低频）EMR几乎可以在任何地方使用。: l+ F) D, P7 q. H
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发表于 2022-4-13 09:23
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