为什么选择 2.4 GHz 频段?

电器工程 无线的 蓝牙 无线上网 紫蜂
2022-01-07 10:50:12

蓝牙、WiFi、Zigbee、遥控器、闹钟、无绳电话等。

为什么所有这些协议、设备等都使用 2.4 GHz 频段而不是 3.14 GHz。它有什么特别之处?

4个回答

2.4 GHz 是工业、科学和医疗 (ISM) 无线电频段之一ISM 频段未经许可,因此更容易通过 FCC(或其他国家/地区的同行)对设备进行认证。

但是,2.4 GHz 有什么特别之处?大约有十几个 ISM 频段。有些频率较高,有些频率较低。并非所有 ISM 频段都是国际频段。但 2.4 GHz 是国际频段。


更新:

微波炉的工作频率也为 2.4 GHz,这并非巧合。
问答格式的简短版本:

问: 为什么这么多无线通信都在 2.4 GHz 频段运行?
A: 因为它是 ISM 乐队,而且是无牌的,而且是国际化的。

问: 为什么 2.4 GHz 是免许可频段?
答: FCC 最初为微波加热器(炊具、烤箱)预留了这个频段。结果,从一开始,这条带子就被微波炉污染了。

问: 为什么微波炉使用 2.4 GHz?微波炉几乎可以在 1 到 20 GHz 之间的任何频率上工作。当谈到 2.4 GHz 的水对微波的吸收时,没有什么特别的(如共振)(另见此处)。

答:频率选择是基于对各种食品热渗透的经验测量、磁控管尺寸的设计考虑以及任何产生的谐波频率的频率考虑的组合。

[这些考虑是由 Raytheon 和 GE 在 1946 年向 FCC 提出的,当时做出关于 2.4 GHz 的决定。]

长版本可以在这里找到。[此链接转到 Indiegogo,因为这一点历史研究是众筹的。]
此外,1947 年的这份 FCC 文件 (54MB)可能很有趣。感谢 @Compro01 找到此参考。

2.4GHz 的“特殊”之处在于,在 60 年代和 70 年代为各种需求分配频谱时,没有人想要它,因为人们认为大气吸水使其无用。

它是“特殊的”,因为它不会走得太远。

奇怪的是,事实证明这是一个重要的优势,因为许多设备和人们可以在附近区域使用相同的频段而不会受到干扰。

电话密度是电话行业中使用的术语,即每平方英里有多少无绳电话。早期(25 年前)无核电话使用几兆赫兹和几十兆赫兹,而且走得太远了。现代(现在是 2014 年)无绳电话使用 GHz(有些不是 2.4GHz)来实现短距离和高远程密度。

这背后社会与技术的故事和维度。30 年前,我的第一份工作是使用 1 MHz 和 50MHz 的第一代无核电话,工作范围几英里,非常适合农民和乡村大小的家庭。

手机刚刚以房屋价格 5% 的价格问世,在那种社会环境中使用成本太高,因此无芯手机适合社会需求。

随着越来越多的人使用它们,干扰很大,手机有时会有 10 个闪烁的 LED 显示正在搜索未使用的频道,因为它们变得太拥挤了。然后,移动到更高的频率,900MHz 等。

然后是扩频。是时候在 IEEE 技术会议上,扩频会议禁止民用。那变了。SS 技术进入消费品、WLAN、GPS、无核电话、3G 手机、遥控模型、蓝牙。

向 2.4G 迈进的下一个更高的目标是平衡社交需求、短距离(BT 几米,WLAN 几十米)、扩频、抗干扰、自动频道搜索(旧 RC 建模师在天线上悬挂彩旗来告诉其他人远离他们的频道)。

正如其他响应者指出的那样,成本确实起到了作用。我的第一个 2.4GHz WLAN 是 4 x 10 英寸的 PC 插卡,售价 2000 美元。现在,我们的手指甲 USB 插头的成本要低一个数量级。

2.4GHz 是“特殊的”,因为它并没有走得太远。

此外,当时的 SS 和社会需求塑造了原海报所描述的现状,许多设备使用 2.4GHz

一些原因是成本(财务和功率预算与距离),一些是因为为其他类型的设备/通信保留了哪些频率以及由这些频率的这种偏差引起的干扰。

选择频率以广泛使用时,使用设计中的现成部分更便宜,而不是必须从划痕开始以使用特定频率。您可以以比使用定制收发器更低的单位成本购买数百万设备使用的现成收发器。

http://en.wikipedia.org/wiki/ISM_band

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_interference_at_2.4_GHz

有一些关于频率指定的信息。