无线电频谱是电磁频谱的重要组成部分,电磁频谱不仅包括无线电波,还包括光、红外线和紫外线辐射以及其他一些形式的辐射。了解电磁波谱以及不同形式的辐射是什么以及它们如何响应,有助于提供有关不同形式的辐射行为的线索。同样,了解无线电频谱以及不同的波长和频率是了解频谱中不同类型信号特性的关键。
不同的波长和频率意味着信号具有不同的特性,可以以不同的方式使用:长距离无线电通信、点对点无线电通信、更安全的无线电链路——因为信号不会传播那么远,卫星通信链路等等。不同的频率和频谱部分可能比另一种更适合某种形式的无线电应用。
国际电信联盟(ITU)是一个管理无线电频谱使用的全球性组织。
为了能够方便地指代无线电频谱的不同部分,国际电联将无线电频谱分为12个不同的频段,编号为1至12,同时也指定了不同频段的具体名称。
由于如今使用频率而不是波长,因此频段的边界出现在等于1 x 10^n的点上。例如,HF频谱的部分从100米延伸到10米,相当于3到30 MHz。
这些频段在ITU无线电规定中定义。第2条,第2.1款。最初只有九个频段,但随着无线电频谱的使用范围和未来使用范围的增加,现在有12个频段。
| 波段名称 | 英文名称 | 缩写 | ITU编号 | 频率范围 | 波长范围 |
| 极低频 | Extremely Low Frequency | ELF | 1 | 3 - 30 Hz | 100000 - 10000 km |
| 超低频 | Super Low Frequency | SLF | 2 | 30 - 300 Hz | 10000 - 1000 km |
| 特低频 | Ultra Low Frequency | ULF | 3 | 300 - 3000 Hz | 1000 - 100 km |
| 甚低频 | Very Low Frequency | VLF | 4 | 3 - 30 kHz | 100 - 10 km |
| 低频 | Low Frequency | LF | 5 | 30 - 300 kHz | 10 - 1 km |
| 中频 | Medium Frequency | MF | 6 | 300 - 3000kHz | 1000 - 100 m |
| 高频 | High Frequency | HF | 7 | 3 - 30 MHz | 100 - 10 m |
| 甚高频 | Very High Frequency | VHF | 8 | 30 - 300 MHz | 10 - 1 m |
| 特高频 | Ultra High Frequency | UHF | 9 | 300 - 3000 MHz | 100 - 10 cm |
| 超高频 | Super High Frequency | SHF | 10 | 3 - 30 GHz | 10 - 1 cm |
| 极高频 | Extremely High Frequency | EHF | 11 | 30 - 300 GHz | 10 - 1 mm |
| 至高频 | Tremendously High Frequency | THF | 12 | 300 - 3000 GHz | 1 - 0.1 mm |
这些国际电联频段被全球接受并用作无线电频谱不同区域的基本定义。
无线电频段延伸到非常宽的频率范围内。因此,它们在它们拥有的不同属性方面具有很大的范围。这意味着不同的射频频段往往用于非常不同的应用。此外,射频设计也以不同的方式进行。
有趣的是,在300 GHz以上,地球大气层对电磁辐射的吸收显着上升到几乎不透明的程度。随着频率上升到近红外,它再次变得透明,为这些和光学电磁辐射提供了一个窗口。
然而,在无线电频谱中,每个频段都有不同的用途,从无线电通信到广播、卫星链路、雷达、移动通信、无线局域网等等。主要区别之一是无线电信号的传播方式。电离层和对流层在不同的频率和程度上都有不同的影响。大气吸收也有影响,特别是在某些频率下。因此,为给定应用选择无线电频谱的正确部分对于成功部署基于无线电的系统至关重要,无论是用于无线电通信、移动通信、数据链路、雷达、遥感还是许多其他应用。
极低频ELF频段从3赫兹延伸到30赫兹,波长在100000到10000km之间。
这些频率的信号非常长,仅用于非常特殊的应用。它们的主要用途是与潜艇进行无线电通信,其中非常长的波长意味着信号可以穿透海面以下。
使用这些频率的频率的问题之一是,任何传统形式的天线都会很大,因此使用其他技术来发射这种性质的信号。
无线电频谱的 SLF 部分是覆盖30至300Hz的下一个频段。同样,就无线电波而言,这是一个非常低的频率,波长很长,范围在10000到1000km之间。
同样,这些频率的应用很少,和ELF一致,主要是进行与潜艇的通信。
鉴于整个频段带宽的实际带宽,通信速率非常非常低,消息可能需要几分钟甚至几小时才能发送。
超低频段从300Hz扩展到3000Hz,如果它是音频信号,意味着信号将在音频范围内。
该频段的信号应用再次受到限制,虽然它们仍然包括与潜艇的无线电通信,但它们还包括一些用于地雷和其他地下区域的无线电通信。
国际电联频段名称中的该频段从3到30 kHz不等。虽然整体带宽仍然很窄,波长仍然很长,但无线电频谱的这一部分比较低的频段有更多的用途。
该频段仍用于潜艇的无线电通信,但也有一些甚低频无线电导航辅助设备处于活动状态,其他应用包括心脏监测器和一些地球物理学应用,如探地雷达。
国际电联的这个频段或无线电频谱部分开始进入更传统的无线电通信领域。从30kHz 扩展到300kHz,频率仍然非常低,但这个频段有了更多的应用。
该频段内的主要活动是一些导航信标和系统以及携带时间信号的低频精确信标 - 许多无线电控制时钟使用这些频率上的信号。
在欧洲和亚洲部分地区也有使用的长波广播频段。一些低频RFID系统使用这些频率,也有一些LF业余无线电频段。
中频ITU频段对大家来说更为熟悉,因为它包含旧时代的中波广播频段。
该频段从300kHz延伸到3MHz,除了包含中波广播频段。它还包含一些旧的海上通信(可能未来会被卫星通信取代)、业余无线电和许多其他功能。一些信标在频谱的这一部分也很活跃。
传播受电离层的影响很大。白天它往往是地波,但随着D区电离的减少,信号可以到达更高的区域,包括E区和F区,它在夜间会延伸到更远的地方。如果仔细选择时间和季节,全球通信是可能的。
无线电频谱的HF部分的频谱从3到30 MHz不等,传统上是利用电离层进行长距离无线电通信的地方,以提供全球收发的可能性。其受电离层传播特性的影响变化很大,电离层传播特性取决于许多因素,包括一天中的时间、季节、太阳状态,尤其是太阳黑子的数量以及最近是否有任何太阳爆发,通常是指指向地球日冕物质抛射事件(CME)。
在无线电频谱的这一部分可以找到许多服务。其中包括国际广播、天气信息、点对点链路、业余无线电、超视距无线电、航空通信和许多其他服务。
尽管人们更多地依赖卫星,这些卫星往往更可靠,并且不依赖于电离层的变幻莫测,但许多无线电通信业务仍然使用HF频段,特别是作为后备。
国际电联对无线电频谱的总体名称中的甚高频或甚高频段介于30至300兆赫之间,波长在10至1米波长之间。这些频段不受电离层的影响,尽管有时较低的频率也会受到影响,但它们更可能受到对流层条件的影响。总的来说,它们被认为更多地表现出无线电传播的视距传播形式。
无线电频谱的这一部分往往用于甚高频调频广播和较新的音频广播数字模式。业余无线电频段存在于这部分频谱中,其他用途包括点对点无线电通信、航空和海上无线电通信等。
UHF频段的n频明显高于VHF频段。它覆盖 300 至 3000 MHz,因此,该频段的频率分配提供了更高的带宽,占频谱整体部分的比例。UHF无线电传播提供了更多的视距传播链路,这使其成为许多无线电应用的理想选择。
UHF不仅用于电视广播,还用于移动电话通信,许多短距离无线链路,包括Wi-Fi和其他无线LAN应用。它还用于各种点对点无线电通信系统以及可被视为物联网(IoT)一部分的远程传感器、节点等。该频段内也有业余无线电分配。
该频段从 3 GHz 扩展到 30 GHz,位于通常称为频谱的微波部分。这些频率的信号的波长在 10 到 1 cm 之间。这些频率的信号越来越多地用于各种形式的无线电通信,包括移动通信(移动电话)、Wi-Fi和无线局域网以及其他类似应用。
由于在这些频率下可实现的带宽很高,因此可以非常快速地传输大量数据。但是SHF的电路设计可能更具挑战性,微波元件通常更昂贵。然而,随着现代设计技术和工具的出现,以及微波元件成本的下降,这意味着这些频率的消费电路现在也是可以实现的。
从 30 GHz 延伸到 300 GHz 的 EHF 频段有 10 到 1 毫米,这个频段通常被称为毫米波。虽然这只是一个非正式的定义,但它几乎得到了普遍接受。
由于射频元件和设计技术甚至比频谱的微波部分更具挑战性,因此成本很高,并且可能涉及技术。然而,随着技术进一步进入这些领域,组件成本与微波组件成本一致,这些频率的微波设计技术变得越来越容易实现。
鉴于波长极短,在 1 到 0.1 毫米之间,这个频段通常被称为亚毫米波,以及非常高的频率,这些频率处于当前半导体技术所能达到的边缘。这些频率的发展正在进行大量研究,因为它们在未来几年可能会越来越多地使用。