【射频基础】射频（RF）基本理论及基础知识

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前言

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1. 什么是射频？

射频简称RF，是高频交流变化电磁波的简称。电磁波其实就是比较熟悉的概念了。依据麦克斯韦的电磁场理论：振荡的电场产生振荡的磁场，振荡的磁场产生振荡的电场。电磁场在空间内不断向外传播，形成了电磁波。下图可以大致体现体现这个过程，E代表电场，B代表磁场。在轴上同一位置的电场、磁场的相位和幅度均会随着时间发生变化。

通常情况下，射频（RF）是振荡频率在300KHz-300GHz之间的电磁波的统称，被广泛应用于雷达和无线通信。

2. 射频基本特征

为了描述给定射频信号，可以从频率、波长、幅度、相位四个角度出发。

2.1 频率和波长

电磁波的频率即电磁场振荡的频率。波动具有周期，频率（f）即给定单位时间内的波发生的周期数，单位为赫兹（Hz）。下图表示的是频率为10Hz的信号单位时间内的波形。

波长（λ）即波在一个周期内传播的距离，在传播速度一定的情况下，波长与频率成反比，即，λ = c / f。

相似频率的RF之间会相互干扰，因此有专门管理频谱的组织来分配使用频段，避免应用之间的互相干扰，规范RF的使用。

由于衰减等因素影响，低频电磁波一般能比高频电磁波传播更长的距离，因此经常被用来超视距雷达。而高频电磁波能量高，穿透能力强，带宽更高，现在也被用于一些视距内的通信来缓解低频段拥挤的问题，例如mmWave通信。

2.2 振幅

RF的振幅信号即单个周期内电场振荡变化的度量，对于正弦波，可以用峰值①、峰-峰值②、均方根值来表示③。

2.3 相位

相位即波周期中单个时间点的位置，在正弦波中通常用弧度表示。

3. 调制

单纯的电磁波是没有意义的，为了达到通信的目的，我们需要对发射端的电磁波进行一些操作来达到承载数据的目的，这个操作就叫做调制。稍微学术一点，为了达到通信的目的，RF信号必须具有一种携带信息的方式，调制即利用三个波特性（频率、相位、振幅）来达到修改RF信号、传输数据的目的。

调制又分为模拟调制和数字调制，下面分别介绍。

3.1 模拟调制

模拟调制包括发送带有模拟载波的模拟数字信号，最简单的模拟调制包括调幅（幅度），调频（频率），调相（相位）。

载波：被调制以传输信号的波形，通常为正弦波。

原始信号：

调幅（AM）: 基础调幅过程: 调制信号与载波的最大振幅相加，再与载波相乘，结果如下：