本文主要是介绍电磁波、无线电、射频，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
电磁波
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。电磁波向空中发射或泄露的现象，叫电磁辐射。
简介
电磁波（又称 电磁辐射）是由同相 振荡且互相垂直的 电场与 磁场在空间中以 波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效地传递 能量和 动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率
到高频率，包括有 无线电波、 微波、 红外线、 可见光、 紫外线、 X射线和 伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射， 波长大约在380至780 纳米之间，称为 可见光。只要是本身温度大于 绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上目前并未发现低于或等于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于 可见光频域以内的电磁波，才是可以被人们看到的。电磁波不需要依靠 介质传播，各种电磁波在 真空中速率固定，速度为 光速。
定义
从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于 绝对零度的物体，都会释出电磁波。且温度越高，放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在 空气中而 眼睛却看不见空气一样，除 光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。
产生
电磁波是 电磁场的一种运动形态。 电与磁可说是一体两面，变化的 电场会产生磁场（即 电流会产生 磁场），变化的 磁场则会产生电场。变化的 电场和变化的 磁场构成了一个不可分离的统一的 场，这就是电磁场，而变化的电磁场在 空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为 电波。
电磁波首先由 詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯韦推导出电磁波方程，一种 波动方程，这清楚地显示出电场和磁场的波动本质。因为电磁波方程预测的电磁波速度与 光速的测量值相等， 麦克斯韦推论 光波也是电磁波。
性质
电磁波 频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在 低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原 电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在 自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原 振荡电路，于是 电能、磁能随着电场与磁场的 周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要 介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说， 太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“ 电磁辐射借由辐射现象传递能量”的 原理一样。
电磁波为 横波。电磁波的 磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。 振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何 位置之能量 功率与振幅的平方成正比。
其速度等于 光速c（3×10^8m/s）。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同，其量值最大两点之间的距离，就是电磁波的 波长λ，电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。
电磁波的传播不需要介质，同频率的电磁波，在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大 折射率越大，速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿 曲线传播的。通过不同介质时，会发生 折射、 反射、 绕射、 散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波以及 天波。波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。 机械波与电磁波都能发生折射、反射、 衍射、 干涉，因为所有的波都具有 波动性。衍射、折射、反射、干涉都属于 波动性。
能量
电磁波的能量大小由 坡印廷矢量决定，即 S= E× H,其中s为坡印廷矢量， E为 电场强度， H为磁 场强度。 E、 H、 S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由 S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是W/m 2。
电磁波具有能量，电磁波是一种 物质。
计算
公式
c=λf
c：波速(光速是一个常量，真空中约等于3×10 8m/s) 单位：m/s
f：频率（单位：Hz,1MHz=1000kHz=1×10 6Hz）
λ：波长（单位：m）
真空中电磁波的波速为c，它等于波长λ和频率f的乘积
c=λf
真空中电磁波传播的速度c—大约30万千米每秒，是宇宙间 物质运动的最快速度。c是 物理学中一个十分重要的常数，目前公认的数值是：
c=299792.458km/s≈3×10 8m/s
单位
电磁波频率的单位也是 赫兹（Hz）。但常用的单位是千赫（KHz）和兆赫（MHz）。
电磁波谱 编辑
综述
按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是 电磁波谱。如果把每个 波段的频率由低至高依次排列的话，它们是 工频电磁波、无线电波（分为长波、中波、短波、微波）、 红外线、 可见光、紫外线、 X射线及 γ射线。以 无线电的波长最长，宇宙射线（x射线、γ射线和波长更短的射线）的波长最短。
简介
首先，无线电波用于通信等，微波用于微波炉，红外线用于遥控,热成像仪，红外制导导弹等，可见光是大部分生物用来观察事物的基础，紫外线用于医用消毒，验证假钞,测量距离，工程上的探伤等，X射线用于CT照相，伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等。 [3]
分类
无线电波3000米～0.3毫米（ 微波0.1~100厘米）
红外线0.3毫米～0.75微米（其中： 近红外为0.76~3微米， 中红外为3~6微米，远红外为6~15微米，超远红外为15~300微米）
可见光0.7微米～0.4微米
紫外线0.4微米～10纳米
X射线10纳米～0.1纳米
γ射线0.1纳米～1皮米
高能射线小于1皮米
传真（ 电视）用的波长是3～6米
雷达用的波长在3米到几毫米。
无线电
无线电是指在所有自由空间（包括空气和 真空）传播的 电磁波，是其中的一个有限频带，上限 频率在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一， 在各种 射频规范书， 常见的有3KHz~300GHz（ ITU－国际电信联盟规定），9KHz~300GHz，10KHz~300GHz。
基础知识 编辑
电磁波
（1）产生：当导体中通过迅速变化的电流时，导体就会向它周围的空间发射电磁波。
（2）传播：电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，也可在介质中传播。无线电通信中使用的电磁波叫无线电波，是频率在一定范围内的电磁波。
（3）频率、波长、波速间的关系：电磁波在真空中传播的速度与光速相同，在 空气中传播的速度和在真空中近似。频率、波长、波速三者间的关系为波速=波长x频率（或波速=波长/周期），用字母表示为v=λf（或v=λ/t）。
波段及主要应用
无线电广播和电视
（1）无线电波是一种信息运载工具，利用它来传递声音信号和图像信号。
（2）发射过程（电台和电视台完成）。
（3）接收过程（收音机和电视机完成）。
频率范围
无线电频率
无线电波含有迅速振动的磁场。振动的速度就是波的频率，以 赫兹(Hz)为单位。1赫兹等于每秒振动一下。一千赫(kHz)等于1000赫兹。不同频率的波段用来发射各种不同的信息。
无线电频带
无线电按波长和 频率分
长波：波长>1000，频率300KHz-30KHz
中波：波长100M-1000M,频率300KHz-3000KHz
短波:波长100M-10M，频率3MHz～30MHz
超短波：波长1M-10M，频率30MHz-300MHz,亦称甚高频（VHF）波、米波
微波:波长1M-1MM,频率300MHz-300KMHz,
无线电按用途分：民用、商用、军用。
软件无线电
软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势力要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式 总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。
开源软件无线电（ Gnuradio）或开源软件定义无线电 ，是一个对学习，构建和部署软件定义无线电系统的 免费软件工具包。发起于2001年，Gnuradio 成为GNU 的正式项目之一。慈善家John Gilmore 发起并捐助$320,000.00 (US) 给Eric Blossom 用来构建代码和维护。
Gnuradio 是一个无线电信号处理方案，它遵循GNU 的GPL 的条款分发。它的目的是给普通的软件编制者提供探索 电磁波的机会，并激发他们聪明的利用 射频电波的能力。
正如所有软件定义无线电系统的定义， 可重构性是其最重要的功能。再也不需购买一大堆发射接收设备，只要一台可以装载信号处理软件（这里：Gnuradio）通用的设备。它虽然只定义几个有限的无线电功能，但是只要理解无线发射系统的机理（算法），你便可以任意的配置去接受它。
Gnuradio 起源于美国的 麻省理工学院的SpectrumWare 项目小组开发的Pspectra 代码的分支。2004年被完全重写。所以今天的Gnuradio 已不包含原Pspectra 任何代码。另外值得一提的是Pspectra 已被用作创立商业化的Vanu Software Radio.
Gnuradio 开发了通用软件无线电外设（USRP)，它是一个包含4个64 MS/s 的12位ADC，4 个128 MS/s 的14 位的DAC，以及其它支持线路包括高速的 USB 2.0 接口。该USRP能够处理的 信号频率高达16 MHz宽。一些发射器和接收器的插件子板，可覆盖0至5.9GHz 频段。它是Ettus研发的。
射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁 频率，频率范围从300KHz～300GHz之间。射频简称 RF射频就是射频 电流，它是一种高频交流变化 电磁波的简称。每秒变化小于1000次的 交流电称为低频 电流，大于10000次的称为 高频电流，而射频就是这样一种 高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。
相关概念
射频即Radio Frequency，通常缩写为 RF。表示可以 辐射到空间的电磁 频率，频率范围从300KHz～300GHz之间；射频 电流是一种每秒变化大于10000次的称为 高频电流的简称。
在 电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成 磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的 电磁场，称为 电磁波。在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经 大气层外缘的 电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频 电磁波称为 射频；射频技术在 无线通信领域中被广泛使用 ， 有线电视系统就是采用 射频传输方式。 [1]
2计算单位编辑
绝对功率
各种 射频常用计算单位，是深入地理解射频概念的必备基础知识之一；绝对功率的dB表示 射频信号的绝对功率常用 dBm、 dBW表示，
相对功率
相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：
dB是任意两个功率的比值的对数表示形式；而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。
例如：30dBm - 0dBm = 30 dB
天线增益
天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率 能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。
其他单位
电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位： 欧姆，Ω
电压：电位或电位差，单位： 伏特，V
电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，A
电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于 电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位： 亨利，H
电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F
3术语知识
1．功率/电平（dBm）：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm
2．增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。
注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式：
电平（dBm）=10lgmw
5W → 10lg5000=37dBm
10W → 10lg10000=40dBm
20W → 10lg20000=43dBm
从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dB
即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）
3．插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。
4．选择性：衡量工作 频带内的增益及带外辐射的抑制能力。-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。
5． 驻波比（回波损耗）：行驻波状态时，波腹 电压与波节电压之比（VSWR）
附： 驻波比——回波损耗对照表：
SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50
回波损耗（dB） 21 19 17.6 16.6 15.6 14.0
注：根据回波损耗（RL）的计算驻波比（SWR）关系式为SWR=[10^(RL/20)+1]/[[10^(RL/20)-1]]。
6．三阶交调：若存在两个正弦信号ω1和ω2 由于非线性作用将产生许多互调分量，其中的2ω1-ω2和2ω2-ω1两个频率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号ω1或ω2的功率之比称三阶交调系数M3。
即M3 =10lg P3/P1 （dBc）
7．噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。
8．耦合度：耦合端口与输入端口的功率比， 单位用dB。
9．隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。
10．天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的 场强E与理想 各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以 功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/ E02
11．天线 方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指 主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。
E面方向图指与 电场平行的平面内辐射 方向图；
H面方向图指与 磁场平行的平面内辐射方向图。
一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。
12．天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。
13．单工：亦称单频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。
14．双工：亦称异频双工制，即收发使用两个不同频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于 移动通信的工作方式。
15． 放大器：（amplifier）用以实现信号放大的电路。
16． 滤波器：(filter)通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备
17．衰减器：(attenuator) 在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的 常数的、由电阻元件组成的 四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。
功分器：进行功率分配的器件。有二、三、四….功分器；接头类型分N头（50Ω）、SMA头（50Ω）、和F头（75Ω）三种。
18．耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为5.10.15.20…. dB不同规格；从 基站提取信号可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从30~65dB中选用；耦合器的接头多采用N头。
19．负 载：终端在某一电路（如 放大器）或电器输出端口，接收电功率的元/器件、部件或装置统称为负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的 功率。
20．环形器：使信号单方向传输的器件。
21．转接头：把不同类型的传输线连接在一起的装置。
22．馈 线：是传输高频电流的传输线。
23．天 线：(antenna)是将高频电流或 波导形式的能量变换成 电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流。
标准分类
生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准，国际上还没有统一的标准。ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。
按照不同得方式，射频卡有以下几种分类：
1． 按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指 卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频 能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。
2． 按 载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡 频率主要为13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、 动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其 天线波束方向较窄且价格较高，在 火车监控、 高速公路收费等系统中应用。
3． 按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频 能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的 载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的 能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达30米)。
4． 按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米，甚至更远)。
5． 按芯片分为只读卡、读写卡和 CPU卡。
识别系统
识别技术
射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类；根据电子标签内是否装有电池为其供电，又可将其分为有源系统和无源系统两大类；从电子标签内保存的信息注入的方式可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。
1．低频系统一般指其工作频率小于30MHz，典型的工作频率有：125KHz、225KHz、13.56MHz等，这些频点应用的 射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读 距离较短（无源情况，典型阅读距离为10cm）电子标签外形多样（卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读 天线方向性不强等。
2．高频系统一般指其工作频率大于400MHz，典型的工作频段有：915MHz、2450MHz、5800MHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几米至十几米），适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。
3．有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限（3~10年）；无源电子标签内无电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的 微波信号后，将部分微波能量转化为 直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体 运动速度方面略有限制。
系统组成
最基本的RFID系统由三部分组成：
1． 标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。
2． 阅读器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3． 天线：在标签和读取器间传递射频信号。
有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部 计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。
工作原理
系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的 射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生 感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到 后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
在耦合方式( 电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和 控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供 能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡；接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异， 电感耦合系统的高频接口原理图如图1所示。
阅读器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与射频卡的通信过程(主-从原则)；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。
射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。长距离射频识别系统的价格还很贵，因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、 阅读器的RF 输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及 谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的 能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。
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