射頻（RF）世界是一個頻率的世界。無論是在單個系統(tǒng)還是單個PCB中，這都是正確的認知，因為一種RF設計可能涉及多個頻率范圍的信號。但在這里，我們想要關注的是一個特定RF系統(tǒng)存在的廣泛背景；我們給這個概念起的名字是“電磁頻譜”。

具體來說，我們將討論電磁頻譜中常用于RF通信的部分。光也包含在電磁頻譜中，極低頻率的無線電波在工程系統(tǒng)中的使用也有限。光是一種有用的信息傳輸手段，但它的行為與中頻電磁波輻射（EMR）截然不同，因此我們將它歸入自己的類別——光通信，而不是無線通信。低頻EMR具有特定用途，并且也通過全球電網(wǎng)不斷產(chǎn)生，但它不是主流無線通信的一部分。

頻率：為何與如何

在探討各種頻率類別之前，讓我們先回顧兩個基本問題：為何我們會使用如此多不同的頻率？以及工程師如何決定哪種頻率適用于特定應用？

干擾

當兩個或更多的發(fā)射機在相同頻率上運行時，它們會產(chǎn)生干擾，即使得接收設備難以將相關的RF信號與無關的RF信號區(qū)分開來。當使用不同頻率時，這個問題在很大程度上會消失。因為在一個頻率上的EMR不會“干擾”另一個頻率上的EMR，通過濾波可以很容易地忽略掉無關的信號。

頻率之間的充分隔離允許忽略干擾信號。

當然，僅僅因為兩個信號在GHz上有微小的差異，干擾并不會消失——頻率差異越大，干擾就越少。然而，使用不同頻率進行不同類型的RF通信效果驚人：每天，世界各地都有無數(shù)的無線系統(tǒng)同時運行，而功能沒有明顯損失。

選擇頻率

電磁波輻射（EMR）的特性會隨著頻率的變化而變化。例如，極低頻率波能有效穿透水體，因此在需要與潛艇通信時很有幫助。再如，某些頻率的無線電信號能傳播很遠的距離，這是因為這些頻率會經(jīng)歷大氣折射。關鍵在于，特定射頻系統(tǒng)的主要目標極大地影響了選擇操作頻率范圍的過程。

電離層折射使遠距離通信成為可能

之前提到了一些頻率影響傳播特性的例子。然而，在很多情況下，一個更重要的考慮因素是帶寬（在模擬系統(tǒng)中）或數(shù)據(jù)率（在數(shù)字系統(tǒng)中）。

如果你想無線傳輸一個頻率成分高達10 kHz的音頻信號，你不能使用一個5 kHz的發(fā)射（即載波）頻率。頻率對應著信號傳輸信息的速率，因此你無法將10 kHz的音頻信息“容納”在5 kHz的載波中。此外，實際考慮要求載波頻率明顯高于信息（即基帶）頻率。因此，帶寬更寬和數(shù)據(jù)率更高的系統(tǒng)必須占據(jù)電磁頻譜中更高頻率的部分。

頻率劃分

無線電頻譜——即電磁頻譜中的無線電通信部分——從甚低頻（VLF）波段延伸到極高頻（EHF）波段，即從大約3 kHz到300 GHz。將甚低頻（VLF）與極高頻（EHF）分開的其他波段包括：

低頻（LF），中頻（MF），高頻（HF），甚高頻（VHF），超高頻（UHF），特高頻（SHF）。

這些劃分相當隨意，且沒有迫切的需要知道確切的頻率范圍。更好的方式是簡單地給出一些位于頻譜不同部分的無線通信類別的例子，因為這有助于我們直觀地了解哪些頻率范圍更適合于某些類型的系統(tǒng)。

AM無線電通信使用MF（中頻）波段，更具體地說，載波頻率在540到1600 kHz之間。我們知道，AM無線電具有良好的覆蓋范圍，并且能抵抗來自建筑物的物理干擾，但AM并沒有音質好而聞名。

FM無線電通信使用VHF（甚高頻）波段，載波頻率在88.1到108.1 MHz之間。與AM相比，F(xiàn)M中載波的可允許偏差顯著更高，這意味著FM信號每單位時間可以傳輸比AM信號更多的信息。（請注意，在此上下文中，“AM”和“FM”指的是標準化的無線電傳輸類別，而不是一般的振幅調(diào)制和頻率調(diào)制。）

藍牙和一些802.11協(xié)議等數(shù)字通信系統(tǒng)工作在低頻GHz范圍內(nèi)，更具體地說，是在接近2.4 GHz的頻率上。這些系統(tǒng)通常是短程系統(tǒng)，但它們提供可靠的通信，且高載波頻率使得數(shù)據(jù)速率較高。這些協(xié)議可由非常小的設備使用，同時提供相對較長的電池壽命。

衛(wèi)星——顯然代表了需要長距離通信的應用——傾向于在非常高的頻率上工作。這個范圍的低端（1-2 GHz）是L波段，被GPS衛(wèi)星使用。C波段（4-8 GHz）被例如衛(wèi)星電視網(wǎng)絡使用。Ku波段擴展到令人印象深刻的18 GHz頻率，用于各種衛(wèi)星應用，是國際空間站通信設備的重要組成部分。

從電磁輻射到光
上述提到的衛(wèi)星頻率大多保持在無線電頻譜的特高頻（SHF）部分。極高頻（EHF）波段是無線電波和光波之間的過渡；EHF信號受到大氣中氣體和水分更嚴重的阻礙，這讓我們想起了光輻射及其無法穿透不透明物體的能力。頻率高于EHF波段的信號被歸類為紅外輻射，而不是無線電波。

總結

電磁頻譜指的是宇宙中存在的電磁輻射（EMR）頻率范圍。這個頻譜被劃分和再劃分為不同的頻段。

與射頻通信相關的通用部分被稱為無線電頻譜，而無線電頻譜又被細分為八個頻段。

通過使用不同的載波頻率，可以避免不同無線電系統(tǒng)之間的干擾。

帶寬和傳播需求會影響載波頻率的選擇，而載波頻率反過來又會影響特定系統(tǒng)的特性。

無線電頻譜中的最高頻率帶代表信號從更像無線電波到更像光波的轉變。