いつでも、あなたの周囲には何百万もの電波が飛び交っています。これらの電磁波が目に見えるものであれば、顔のわずか数インチ先よりも遠くが見えなくなるほどでしょう。電波は携帯電話から無線ネットワーク、ガレージのドアまであらゆるものを制御します。音楽、画像、データを人間にまったく感知されずに空中で伝送する目に見えない波がなければ、電子レンジや衛星でさえ機能できないでしょう。
使用される無線周波数スペクトルは、潜水艦通信に使用される約30 Hzの極低周波 (ELF) から、物理学や医療画像処理で実験的に使用される3000 GHzの超高周波 (THF) までの範囲にわたります。一部の周波数は長距離、障害物の通過、またはより多くのデータの送信に適しているため、科学者や技術者は特定の目的に特定の周波数帯を使用することに決めました。たとえば、ELFは水や岩を貫通しながら長距離を伝送できるため、潜水艦内や鉱山や洞窟内での通信に役立ちます。しかし、その周波数は実際には可聴音の範囲よりも低いため、データを送信する手段としては弱いものとなります。一般的な経験則は、周波数が低いほど、送信されるデータの帯域幅が低くなるということです。しかし、周波数が低いほど、範囲が長くなり、 アンテナ その範囲を獲得するためにはそうする必要があります。
連邦通信委員会 (FCC) は、さまざまな目的にさまざまな周波数を割り当てます。米国では、0.90、2.4、5.0 GHzの周波数帯域が、80年代にFCCによって無認可の産業、科学、医療 (ISM) 短距離無線周波数帯域アプリケーション用に確保されました。家庭のテクノロジーがすべてコードレスになる直前にこれらのISMバンドを割り当てる際には、壁を透過する放送電波を犠牲にするほど周波数が高くならず、また巨大なアンテナを必要とするほど低くないことも重要でした。これらのISMバンドは、ライセンスが不要で無料であるため、ガジェット ビルダーにとって非常に魅力的です。これらを無料にすることは、携帯電話の周波数である1.9GHzやAMラジオ放送の535kHzと1.7MHzの周波数など、他の認可されたデバイスと干渉しない周波数に合わせて新しい技術製品を設計することを奨励するため、FCCにとっても有益です。
テクノロジー機器用に3つの主要な無認可帯域が確保されているにもかかわらず、ほとんどすべてのワイヤレス機器が同じ無線周波数で動作していることをご存知ですか?あなたはほとんど2.4 GHzで生活していますが、おそらくそれに気づいていないかもしれません。最終的に、ほとんどの家庭用途では2.4 GHzが3つの中で最適であると判断されました。900 MHzのワイヤレス家庭用電話は複数階建ての家屋でよりよく放送できますが、2.4 GHzシステムは障害物のない範囲が長く、より小さなアンテナが必要になります。これにより、携帯電話の実際のサイズを小さくすることができます。電子機器の世界では誰もが知っているように、小さいほど良いのです。900 MHz、つまり0.90 GHzの周波数は非常に狭いため、最大データ レートが制限されますが、障害物を透過する能力は高くなります。900 MHz帯域は、SCADAや RFID などのアプリケーションでよく使用されます。これらのアプリケーションでは、2.4～5 GHz周波数帯域のアプリケーションよりもデータ レート要件が低くなります。これらのアプリケーションで通常送信されるデータ パケットの種類は、モーターやバルブなどへの単純なオン/オフ コマンドです。
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免許不要の5.0 GHz帯域についてはどうでしょうか?米国電気電子学会 (IEEE) 規格 802.11a の制定により、Wi-Fiルーターの周波数は5 GHzに落ち着きました。その後、IEEEは、チャネル選択の幅広さと範囲/浸透/コストの可能性から、2.4 GHzの方がより良い選択であると判断しました。2.4 GHzは家庭や商業ビジネスでの使用に適した周波数になっているため、コードレス電話からワイヤレス プリンター、すべてのBluetoothガジェットまで、あらゆるものに使用されています。家庭用ワイヤレス デバイスの急増により、この帯域は混雑し始めており、Wi-Fiネットワーク信号が弱くなったり、まったくなくなったりするなど、その兆候が見られます。多くのワイヤレスNルーターは両方の周波数で動作できるため、ユーザーは、接続されたデバイスに5 GHz周波数が対応している場合、混雑の少ない5 GHz周波数を使用するようにルーターを切り替えるようになりました。この周波数は、商用Wi-Fiアプリケーションや、最大1.2 Gbpsのワイヤレス データ スループットを提供する新しい802.11ac規格でよく使用されます。2.4 GHzより高い周波数の5.0は、音声、ビデオ、データ通信の高データ レートをより適切に処理します。ただし、大まかなルールを覚えておいてください。より高い周波数では、この超高速帯域は、3つのISM周波数帯域の中で最も範囲が短くなります。
では、なぜこれらの消費者向けワイヤレス デバイスは、 正確に 2.4 GHzに固執する必要があるのでしょうか?ルーターは2.3 GHzまたは2.5 GHzでも同様に機能しないのでしょうか?FCC規則では2,400 MHzから2,483.5 MHzまでの2.4 GHz帯域が強制されていることはわかっていますが、なぜでしょうか?ISMバンドが確立されていた当時、FCCは、ワイヤレス デバイスのこのスイート スポット付近の周波数を使用する既存のすべての機器を考慮する必要がありました。その時、彼らは、1950年代からほぼすべてのアメリカの家庭で使用されている使いやすいキッチン家電が2.45 GHzで動作していることに気付きました。強力なシールドが施されているにもかかわらず、電子レンジは隣接する周波数に干渉する傾向があります。このため、電子レンジの強力な放射の周囲に数メガヘルツのバッファ空間を設けることが決定されました。したがって、2.4 GHz ISM帯域は2,400 ～ 2,485 MHzに厳密に制限されています。一般的に干渉は最小限に抑えられていますが、2.4 GHz帯域で断続的にルーター干渉が発生する場合は、近くに交換が必要な老朽化した電子レンジがないかどうかを再確認することをお勧めします。興味深いことに、蛍光灯も2.4 GHzを放射することがあるため、このタイプの照明からもデバイスを遠ざけるのが最適です。
一部のテクノロジーは、周波数干渉を防ぐ役割を果たすように設計されています。同じく2.4 GHzのBluetooth には、周波数ホッピング スペクトラム拡散 (FHSS) と呼ばれる方式があります。範囲内でランダムに選択された70個の周波数間を回転し、1秒間に1,600回変化します。こうすることで、2つのデバイスが同じ周波数に到達する可能性が非常に低くなり、たとえ到達したとしても、その状態は長くは続きません。その他のBluetoothテクノロジーでは、干渉防止をさらに一歩進めた、適応型周波数ホッピング (AFH) と呼ばれる技術を採用しています。実際には、「不良」チャネル（すでに使用されているチャネル）を識別し、バンド内の別の周波数への切り替えをアクティブにします。
家庭内の無線デバイスの数が増え続けるにつれ、目に見えない電波が私たちの頭上を飛び交うようになっています。空いている指定ISMバンドが3つありますが、ほとんどのデバイスは2.4 GHzで動作します。これは、マイクロ波などの既存のテクノロジーとの干渉を防ぐためだけでなく、大規模なアンテナを必要とせずに最適な範囲と物体の透過性を提供するために割り当てられています。このスペクトルが混雑するにつれて、5.0 GHzで動作するオプションを持つデバイスが増え、デバイスの干渉をさらに防ぐためにワイヤレス デバイスに新しい機能が追加されることが予想されます。