Compréhension de la RF ‒ Technologies des fréquences radio

Les prises électriques d'une maison fournissent une tension ou un courant qui monte et qui descend dans le temps. Le rythme auquel le courant monte et descend est appelé la fréquence.La fréquence décrit combien de fois par seconde le courant effectue un cycle complet de montée et descente avant de revenir à son niveau d'origine. Le nombre de cycles par seconde est mesuré en Hertz. Par exemple, si dans une seconde le courant effectue quatre cycles complets, la fréquence est de quatre hertz. Par exemple aux États-Unis la fréquence de la puissance AC dans les prises murales est normalement de 60 Hz, ce qui signifie que le courant complète 60 cycles en 1 seconde.

AC générant des champs électromagnétiques

Tout courant alternatif qui se déplace le long d'un conducteur – comme un câble ou une antenne – génère également un champ électromagnétique qui se déplace dans l'espace.À de très faibles fréquences, comme à 60 Hz AC dans les prises murales, ce champ électromagnétique n'est pas particulièrement puissant et ne se déplacera pas très loin.

Trois utilisations générales pour la RF

Il existe trois utilisations générales de la RF. La première catégorie d'applications RF concerne les objets chauffants.Cela inclut à la fois les fours à micro-ondes ainsi que les applications industrielles et médicales.

Un autre secteur d'utilisation de la RF est les objets de détection ou distants. Ici, la RF est émise, et les caractéristiques de la RF reçue fournissent des informations à propos des objets concernés.

La plus connue est le transfert d'informations. Les diffusions radio et télévisuelles ont été parmi les premières utilisations de la RF pour le transfert d'informations sous forme de sons et d'images. Les propriétés de la RF permettent des technologies modernes de transmission de données telles que le Wi-Fi, la voix et les données cellulaires et le Bluetooth. Aussi, la capacité de transmettre des informations dans l'espace est extrêmement importante pour les applications satellite, y compris le GPS.

Utilisation de la RF pour des objets chauffants

Les fours à micro-ondes utilisent ce qu'on appelle un “magnétron” pour créer des RF à une fréquence d'environ deux gigahertz et demi. Il s'agit de la même gamme de fréquence communément utilisée par le Wi-Fi et le Bluetooth. Les RF pénètrent alors les aliments ou les liquides et engendrent que les molécules, en particulier l'eau, vibrent et c'est ce qui crée la chaleur. Lors de l'utilisation des RF pour chauffer la nourriture dans un four à micro-ondes, la présence d'objets métalliques dans le four doit être évité car le métal peut retourner les RF rayonnées produites par le magnétron dans les RF conduites. Les courants résultants dans le métal peuvent causer des étincelles ou des incendies.

En plus de réchauffer les restes, les RF sont également utilisées pour chauffer dans des applications industrielles, comme la pasteurisation du lait, et sont également trouvées dans certaines applications médicales, allant de la destruction de cellules cancéreuses jusqu'à divers traitements cosmétiques.

Objets distants utilisant les RF

Le radar est un exemple de comment des objets peuvent être utilisés à distance en utilisant les RF. Il existe diverses applications radar, comme la détection d'avions ou de bateaux, ou la mesure de la vitesse d'un véhicule ou d'une balle de base-ball. Un autre exemple d'utilisation des RF sont les scanners de sûreté qui ont largement remplacé les détecteurs métalliques dans les aéroports. Certains types de capteurs de mouvement dans les systèmes d'alarmes ou autres utilisent également les RF. Une utilisation moins connue des RF à distance est parfois appelée mesures matérielles. Les RF permettent de déterminer de manière non destructive certaines propriétés des matériaux, comme la vérification des tissus en présence d'un cancer du sein, ou des arbres pour la présence de moisissures et termites.

Transfert d'informations en utilisant les RF

L'utilisation la plus commune des RF dans le monde moderne est le transfert d'informations sans fil ou “over the air”. Afin de transférer des informations en utilisant les RF, une ou plusieurs propriétés du champ électromagnétique généré doivent être modifiées, et ce processus est appelé modulation.

La manière la plus simple de modifier quelque chose sur le champ rayonné et de simplement l'activer et le désactiver, et cela est essentiellement la manière dont fonctionne le code Morse. En activant les RF sur un temps court pour un point et sur un temps plus long pour un tiret. L'étape suivante de cette approche “on-off” est la modulation d'amplitude (AM), où la force des RF est modifiée pour transmettre des informations. En modulation de fréquence (FM), la fréquence des RF rayonnées est modifiée en fonction des informations à envoyer.

Les AM et FM sont utilisées principalement pour une modulation analogique comme les diffusions radio. Pour l'envoi d'informations numériques, des schémas de modulation plus sophistiqués sont nécessaires, modifiant simultanément l'amplitude et la phase, ou le décalage de fréquence, de la RF.

Les fréquences RF expliquées

La définition des RF couvre une très large gamme de fréquences, mais la fréquence spécifique utilisée est largement basée sur l'application.

Deux choses se produisent quand la fréquence est abaissée. Tout d'abord, les champs rayonnés se propagent, ou traversent, des distances plus longues. Ensuite, les signaux de fréquence plus faible ont également tendance à pénétrer, ou traverser, plus facilement les objets. La réciproque est vraie pour les fréquences plus élevées. La diffusion radio AM utilise des fréquences de l'ordre de 100 kHz, et la diffusion radio FM utilise des fréquences d'environ 100 MHz car ces signaux de fréquence relativement faible, peuvent traverser de nombreux kilomètres et peuvent être reçus au sein de maisons ou de bureaux.

Le Wi-Fi est à 2,4 ou 5 gigahertz, et ces fréquences sont 25 à 50 fois supérieures aux AM ou FM. L'une des raisons de l'utilisation de ces fréquences beaucoup plus élevées est que les signaux Wi-Fi n'ont pas besoin d'aller trop loin : un point d'accès est essentiellement le bruit ou l'interférence de tout autre point d'accès. Les signaux Wi-Fi ne vont pas plus loin que les maisons ou les bureaux.

Dans la plupart des régions du monde, le droit d'utiliser une fréquence ou une gamme de fréquences donnée est déterminé par un gouvernement ou une agence de régulation. Aux États-Unis, c'est la FCC (Federal Communications Commission). L'obtention de la “licence” pour utiliser certaines fréquences nécessite souvent des frais, et le coût peut être conséquent. Les opérateurs de réseaux cellulaires, par exemple, payent des milliards de dollars pour avoir le droit exclusif d'utiliser certaines fréquences.

Sécurité de la RF

L'énergie rayonnée, comme les rayons X, les rayons gamma, et les UV ou rayons ultra-violet, sont dits rayonnements ionisants. L'ionisation signifie que cette énergie peut casser des atomes ou des molécules, y compris l'ADN, et peuvent être une cause directe de certaines formes de cancer et autres problèmes de santé.

La RF est un rayonnement non-ionisant, qui ne peut pas casser des atomes ou des molécules. Ce qui signifie que la RF est complètement inoffensive. La RF peut créer de la chaleur et à des niveaux très élevés cela peut mener à un endommagement des tissus. Cependant, il n'y a pas des preuves suffisantes ou concluantes que la RF représente un danger significatif pour les créatures vivantes à des niveaux de puissance classiques ou dans des circonstances “normales”. Les émetteurs haute puissance nécessitent cependant des précautions, et les lignes de conduites réglementaires et industrielles doivent être respectées lorsqu'il y a une exposition RF.