ทฤษฎีพื้นฐานของความถี่วิทยุ (RF)

1. ความถี่วิทยุคืออะไร?

คลื่นความถี่ เรียกย่อว่ารฟเป็นตัวย่อของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างคุ้นเคย

ตามทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ สนามไฟฟ้าที่มีการสั่นจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีการสั่น และสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นจะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีการสั่น

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายออกไปในอวกาศอย่างต่อเนื่อง ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

แผนภาพต่อไปนี้แสดงกระบวนการนี้โดยคร่าว โดยที่ E แทนสนามไฟฟ้า และ B แทนสนามแม่เหล็ก

เฟสและแอมพลิจูดของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ตำแหน่งเดียวกันบนแกนจะเปลี่ยนไปตามเวลา

โดยปกติแล้ว ความถี่วิทยุ (RF) เป็นคำรวมสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่การสั่นระหว่าง 300KHz-300GHz และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยเรดาร์และไร้สาย

2. ลักษณะพื้นฐานของความถี่วิทยุ

เพื่ออธิบายสัญญาณ RF ที่กำหนด สามารถเข้าถึงได้จากสี่มุมมอง: ความถี่ ความยาวคลื่น แอมพลิจูด และเฟส

2.1 ความถี่และความยาวคลื่น

ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหมายถึงความถี่ของการสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นมีคาบหนึ่ง และความถี่ (f) คือจำนวนรอบที่คลื่นเกิดขึ้นภายในหน่วยเวลาที่กำหนด โดยมีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz)

รูปต่อไปนี้แสดงรูปคลื่นของสัญญาณที่มีความถี่ 10Hz ต่อหน่วยเวลา

ความยาวคลื่น ( แลมบ์ดา) ระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายภายในคาบหนึ่ง และภายใต้ความเร็วการแพร่กระจายคงที่ ความยาวคลื่นจะเป็นสัดส่วนผกผันกับความถี่ กล่าวคือ แล =  C/f

รฟ ที่มีความถี่ใกล้เคียงกันจะรบกวนซึ่งกันและกัน ดังนั้นจึงมีองค์กรเฉพาะสำหรับจัดการคลื่นความถี่เพื่อจัดสรรคลื่นความถี่ หลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างแอปพลิเคชัน และสร้างมาตรฐานการใช้ รฟ

เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การลดทอน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำโดยทั่วไปสามารถแพร่กระจายในระยะทางที่ยาวกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง และดังนั้นจึงมักใช้ในเรดาร์แนวสายตา

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงมีพลังงานสูง มีความสามารถในการเจาะทะลุที่แข็งแกร่ง และแบนด์วิธที่สูงกว่า และปัจจุบันยังใช้ในการสื่อสารแนวสายตาบางเส้นเพื่อบรรเทาปัญหาความแออัดในความถี่ต่ำ เช่น การสื่อสาร mmWave

2.2 แอมพลิจูด

สัญญาณแอมพลิจูดของ RF คือการวัดความแปรผันของการสั่นของสนามไฟฟ้าภายในหนึ่งรอบ สำหรับคลื่นไซน์ สามารถแสดงด้วยค่าพีค 1 ค่าพีคถึงพีค 2 และค่ารากกำลังสองเฉลี่ย 3

2.3 เฟส

เฟส หมายถึงตำแหน่งของจุดเวลาจุดเดียวในช่วงคลื่น ซึ่งปกติจะแสดงเป็นเรเดียนในคลื่นไซน์