RF とは何ですか? なぜ RF を使用するのですか?

電磁波について学び、それがなぜ役立つのか ワイヤーコミュニケーションが少なくなる。
電気といえば、当然電線を思い浮かべます。高電圧送電線からプリント基板上の微細な配線まで、電線は今もなお、電気エネルギーをある場所から別の場所へ伝送する基本的な手段です。
しかし、歴史は一貫して、人間が物事の基本的なやり方に満足することはほとんどないことを示しています。したがって、電気の普及に続いて、電気的機能を物理的な相互接続の制約から解放するための広範な取り組みが行われたと知っても驚くべきではありません。
電気システムに「ワイヤレス」機能を組み込む方法は様々です。その一つが、RF通信の基盤となる電磁放射の利用です。しかし、電気回路をワイヤレス領域に拡張できるのは電磁放射だけではないことを認識することが重要です。非導電性材料を伝わるもの、例えば機械的な動き、音波、熱など、あらゆるものが（おそらくは原始的な手段ではありますが）電気エネルギーを導電性の相互接続に依存せずに情報に変換する手段として利用できます。

 慎重に操作された正弦波電圧（または電流）信号は、現代のワイヤレス時代の基盤です。
これを念頭に、より重要な疑問を自問してみましょう。なぜ電磁放射が好まれるのでしょうか？他の種類の無線通信がなぜそれほど重要視されないのでしょうか？これらの疑問に答える前に、電磁放射とは何かを理解しておきましょう。
 
場と波
電磁気学の詳細を研究するには何年もかかるかもしれません。幸いなことに、RF回路の設計と実装にそれほどの専門知識は必要ありません。しかし、デバイスのアンテナから放射される謎のエネルギーについて、基本的な知識は必要です。
名前が示すように、電磁放射には電界と磁界の両方が含まれます。電圧（例えばアンテナのインピーダンスにかかる電圧）がある場合、電界が発生します（数学的な観点から言えば、電界は電圧の空間的変化率に比例します）。電流（例えばアンテナのインピーダンスを流れる電流）がある場合、磁界が発生します（磁界の強さは電流の大きさに比例します）。
電圧や電流の大きさが一定であっても、電場と磁場は存在します。しかし、これらの場は伝播しません。宇宙にまで伝播する波を作りたいのであれば、電圧と電流を変化させる必要があります。

電磁波の電気成分と磁気成分は、直交する正弦波として表されます。
この伝播現象の鍵となるのは、電磁波を構成する電気成分と磁気成分の自己持続的な関係です。変化する電場は磁場を生成し、変化する磁場は電場を生成します。この相互再生は、電磁波という明確な実体として現れます。電磁波は一度発生すると、発生源から外へと伝播し、光の速度で日々、未知の深淵へと突き進んでいきます。
 
EMR の作成と EMR の制御
RF通信システム全体の設計は容易ではありません。しかし、電磁放射（EMR）を発生させるのは非常に簡単で、実際には意図しないときにも発生してしまいます。あらゆる回路における時間変動信号はEMRを発生させますが、デジタル信号も例外ではありません。ほとんどの場合、このEMRは単なるノイズです。問題を引き起こさない場合は無視できます。しかし、場合によっては他の回路に干渉し、EMI（電磁干渉）を引き起こすこともあります。
つまり、RF 設計は単に EMR を生成することではなく、直接の電気的接続がない 2 つの回路間で意味のある情報を確実に転送できるように EMR を生成、操作、解釈する芸術であり科学であることがわかります。

EMR を選ぶ理由
さて、EMRベースのシステムが他の無線通信方式と比べてなぜこれほど普及しているのかという疑問に戻りましょう。言い換えれば、他の様々な現象がワイヤーを介さずに情報を伝達できるにもかかわらず、「ワイヤレス」という言葉がほとんどの場合RFを指すのはなぜでしょうか？それにはいくつかの理由があります。
 
敏捷性
EMRは、有線回路で使用される電気信号の自然な拡張です。時間とともに変化する電圧と電流は、意図するかどうかにかかわらずEMRを生成します。さらに、そのEMRは元の信号の交流成分を正確に表しています。

この複雑な QPSK 波形の各部分は 2 ビットのデジタル情報を転送します。
極端な（そして全く現実的ではない）反例として、熱を利用した無線通信システムを考えてみましょう。ある部屋に2つの別々のデバイスがあるとします。送信デバイスは送信したいメッセージに基づいて部屋を特定の温度まで加熱し、受信デバイスは周囲の温度を測定して解釈します。このシステムは、複雑な電気信号の変化に部屋の温度が正確に追従できないため、動作が遅く、扱いにくいシステムです。一方、EMRは非常に応答性が高く、送信されるRF信号は、最先端の無線システムで使用される複雑な高周波波形でさえも忠実に再現できます。
 
スピード
AC結合システムでは、データ転送速度は信号がどれだけ速く変動するかに依存します。言い換えれば、情報を伝達するためには、信号は振幅の増減など、何らかの動作をしなければなりません。EMRは非常に高い周波数でも実用的な通信媒体であることが判明しており、これはRFシステムが非常に高いデータ転送速度を実現できることを意味します。
 
範囲
無線通信の追求は長距離通信の追求と密接に関連しています。送信機と受信機が近接している場合、多くの場合、有線を使用する方がシンプルで費用対効果が高いです。RF信号の強度は反二乗則に従って減少しますが、EMRは変調技術と高度な受信回路と組み合わせることで、依然として長距離にわたって使用可能な信号を伝送する優れた能力を備えています。

放出されたエネルギーがあらゆる方向に伝播するにつれて、EMR の強度は指数関数的に減少します。
 
視線は不要
EMRに対抗できる唯一の無線通信媒体は光です。これは、光自体が非常に高周波のEMRであるため、それほど驚くべきことではないかもしれません。しかし、光伝送の性質は、RF通信の決定的な利点である、明瞭な見通し線を必要としないことを浮き彫りにしています。
私たちの世界は、光を遮る固体で満ちています。たとえ非常に強い光であってもです。私たちは皆、夏の太陽の強烈な輝きを経験したことがありますが、その強さは、ほんの薄い板片によって大幅に軽減されます。 ファブリック対照的に、RFシステムで使用される低周波EMRは、壁、プラスチック製の筐体、雲、そして（少し奇妙に思えるかもしれませんが）人体のあらゆる細胞を通過します。RF信号はこれらの物質の影響を受けないわけではなく、場合によっては大幅な減衰が発生することもあります。しかし、光と比較すると、（低周波）EMRはほぼどこにでも到達します。
 
まとめ
• 「RF」とは、直接の電気的接続がない 2 つの回路間で情報を転送するために電磁放射を使用することを指します。
• 時間変化する電圧と電流は、波として伝播する電磁エネルギーを生成します。これらの波を操作・解釈することで、アナログデータとデジタルデータを無線で転送できます。
• 無線通信の主流は電磁波（EMR）です。代替手段としては光（光ファイバーなど）の使用がありますが、低周波のEMRは不透明な物体によって遮断されないため、RFの方がはるかに汎用性が高いです。