La radio è la tecnologia che utilizza le onde radio per trasportare informazioni, come il suono, modulando sistematicamente le proprietà delle onde di energia elettromagnetica trasmesse attraverso lo spazio, come la loro ampiezza , frequenza , fase o larghezza dell’impulso . [n 1] Quando le onde radio colpiscono un conduttore elettrico , i campi oscillanti inducono una corrente alternata nel conduttore. Le informazioni nelle onde possono essere estratte e trasformate nella sua forma originale.

I sistemi radio hanno bisogno di un trasmettitore per modulare (modificare) alcune proprietà dell’energia prodotta per imprimere un segnale su di esso, ad esempio utilizzando la modulazione di ampiezza o la modulazione dell’angolo (che può essere modulazione di frequenza o modulazione di fase ). I sistemi radio hanno anche bisogno di un’antenna per convertire le correnti elettriche in onde radio e le onde radio in una corrente elettrica. Un’antenna può essere utilizzata sia per la trasmissione che per la ricezione. La risonanza elettricadei circuiti sintonizzati nelle radio consente di selezionare singole stazioni. L’onda elettromagnetica viene intercettata da una ricezione sintonizzataantenna . Un ricevitore radio riceve il suo ingresso da un’antenna e lo converte in una forma utilizzabile dall’utente, come suoni, immagini, dati digitali, valori di misurazione, posizioni di navigazione, ecc. [2] Le frequenze radio occupano il raggio da un 3 da kHz a 300 GHz, sebbene gli usi commerciali importanti della radio utilizzino solo una piccola parte di questo spettro. [3]

Un sistema di comunicazione radio richiede un trasmettitore e un ricevitore, ciascuno con un’antenna e un’apparecchiatura terminale appropriata come un microfono al trasmettitore e un altoparlante al ricevitore nel caso di un sistema di comunicazione vocale. [4]

Etimologia

Il termine “radio” deriva dalla parola latina “radius”, che significa “parlato di una ruota, raggio di luce, raggio”. E ‘stata applicata prima alle comunicazioni nel 1881, quando, su suggerimento di scienziato francese Ernest Mercadier, Alexander Graham Bell adottato “radiotelefono” (che significa “suono irradiato”) come un nome alternativo per il suo fotofono sistema di trasmissione ottica. [5] Tuttavia, questa invenzione non sarebbe stata ampiamente adottata.

A seguito della fondazione di Heinrich Hertz dell’esistenza di radiazioni elettromagnetiche alla fine degli anni 1880, inizialmente fu usata una varietà di termini per il fenomeno, con le prime descrizioni della radiazione stessa incluse “onde hertziane”, “onde elettriche” ed “onde eteree” “, mentre le frasi che descrivono il suo uso nelle comunicazioni includevano” scintilla telegrafia “,” telegrafia spaziale “,” aerografia “e, alla fine e più comunemente,” telegrafia senza fili “. Tuttavia, “wireless” incluso un’ampia varietà di tecnologie elettronici connessi, compreso induzione elettrostatica , induzione elettromagnetica e di conduzione acquatica e terraquindi c’era bisogno di un termine più preciso riferito esclusivamente alla radiazione elettromagnetica.

Il primo uso della radio – in congiunzione con la radiazione elettromagnetica sembra essere stato dal fisico francese Édouard Branly , che nel 1890 sviluppò una versione di un ricevitore coherer che chiamò radio-conduttrice . [6] Il prefisso radio è stato successivamente utilizzato per formare un composto descrittivo aggiuntivo e parole trattate, soprattutto in Europa. Ad esempio, all’inizio del 1898 la pubblicazione inglese The Practical Engineer includeva un riferimento al “radiotelegrafo” e alla “radiotelegrafia” [7], mentre il testo francese di entrambe le Convenzioni radiotelegrafiche di Berlino del 1903 e del 1906 comprende le frasi radiotélégraphique e radiotélégrammes..

L’uso di “radio” come parola autonoma risale almeno al 30 dicembre 1904, quando le istruzioni emesse dalla British Post Office per la trasmissione di telegrammi specificavano che “La parola ‘Radio’ … è stata inviata nelle Istruzioni per l’assistenza”. [8] Questa pratica fu universalmente adottata, e la parola “radio” fu introdotta a livello internazionale dalla Convenzione Radiotelegrafica di Berlino del 1906, che includeva un regolamento di servizio che specificava che “I radiotelegrammi mostreranno nel preambolo che il servizio è ‘Radio'”.

Il passaggio a “radio” al posto di “wireless” è avvenuto lentamente e in modo non uniforme nel mondo di lingua inglese. Lee de Forest contribuì a rendere popolare la nuova parola negli Stati Uniti: nei primi anni del 1907 fondò la DeForest Radio Telephone Company e la sua lettera nel 22 luglio 1907 Electrical World sulla necessità di restrizioni legali avvertì che “il caos della radio sarà certamente il risultato fino a quando viene applicata una regolamentazione così severa “. [9]Anche la Marina degli Stati Uniti avrebbe avuto un ruolo. Sebbene la sua traduzione della Convenzione di Berlino del 1906 usasse i termini “wireless telegraph” e “wireless telegram”, nel 1912 cominciò a promuovere l’uso della “radio”. Il termine cominciò a essere preferito dal grande pubblico negli anni ’20 con l’introduzione della trasmissione. (“Broadcasting” si basa su un termine agricolo che significa approssimativamente “disseminare ampiamente i semi”). I paesi del Commonwealth britannico continuarono a usare comunemente il termine “wireless” fino alla metà del 20 ° secolo, sebbene la rivista della British Broadcasting Corporation nel Regno Unito abbia è stato chiamato Radio Times dalla sua fondazione nei primi anni 1920.

Negli ultimi anni il termine più generale “wireless” ha acquisito una rinnovata popolarità, anche per i dispositivi che utilizzano radiazioni elettromagnetiche, attraverso la rapida crescita di reti di computer a corto raggio, ad esempio, Wireless Local Area Network (WLAN) , Wi-Fi e Bluetooth, così come la telefonia mobile, ad es . telefoni cellulari GSM e UMTS . Oggi il termine “radio” specifica il dispositivo o il chip del ricetrasmettitore, mentre “senza fili” si riferisce alla mancanza di connessioni fisiche; così dispositivo utilizza incorporati radiofonici ricetrasmettitori, ma funziona come wireless dispositivi oltre wireless reti di sensori.

Processi

Comunicazione radio Informazioni come il suono vengono convertite da un trasduttore come un microfono a un segnale elettrico, che modula un’onda radio inviata da un trasmettitore . Un ricevitore intercetta l’onda radio ed estrae il segnale elettronico che porta informazioni, che viene riconvertito usando un altro trasduttore come un altoparlante .

I sistemi radio utilizzati per la comunicazione hanno i seguenti elementi. Con oltre 100 anni di sviluppo, ogni processo è implementato da una vasta gamma di metodi, specializzati per diversi scopi di comunicazione.

Trasmettitore e modulazione

Ogni sistema contiene un trasmettitore , che consiste in una fonte di energia elettrica, che produce corrente alternata di una frequenza di oscillazione desiderata . Il trasmettitore contiene un sistema per modulare (modificare) alcune proprietà dell’energia prodotta per imprimere un segnale su di esso. Questa modulazione potrebbe essere semplice come accendere e spegnere l’energia o alterare le proprietà più sottili come l’ampiezza, la frequenza, la fase o le combinazioni di queste proprietà. Il trasmettitore invia l’energia elettrica modulata ad un’antenna risonante sintonizzata ; questa struttura converte la corrente alternata che cambia rapidamente in un’onda elettromagnetica che può muoversi attraverso lo spazio libero (a volte con un particolarepolarizzazione ).

La modulazione di ampiezza di un’onda portante funziona variando la forza del segnale trasmesso in proporzione all’informazione che viene inviata. Ad esempio, i cambiamenti nella potenza del segnale possono essere utilizzati per riflettere i suoni che devono essere riprodotti da un altoparlante o per specificare l’intensità della luce dei pixel televisivi. Era il metodo utilizzato per le prime trasmissioni radio audio, e rimane in uso oggi. “AM” è spesso usato per riferirsi alla banda di trasmissione a onde medie (vedi radio AM ), ma è utilizzato in vari servizi di radiotelefonia come la Citizen Band , radio amatorialee specialmente nell’aviazione, grazie alla sua capacità di essere ricevuto in condizioni di segnale molto deboli e alla sua immunità per catturare l’effetto , consentendo di sentire più di un segnale simultaneamente.

La modulazione di frequenza varia la frequenza della portante. La frequenza istantanea della portante è direttamente proporzionale al valore istantaneo del segnale di ingresso. FM ha l’ effetto ” cattura ” in base al quale un ricevitore riceve solo il segnale più forte, anche quando sono presenti altri. I dati digitali possono essere inviati spostando la frequenza del vettore tra un insieme di valori discreti, una tecnica nota come key shift di frequenza . FM è comunemente utilizzato in altissima frequenza (VHF) frequenze radio per alta fedeltà trasmissioni di musica e parlato (vedi la trasmissione FM ). Anche l’audio della TV analogica viene trasmesso tramite FM.

La modulazione dell’angolo altera la fase istantanea dell’onda portante per trasmettere un segnale. Può essere FM o modulazione di fase (PM).

Antenna

Un’antenna (o antenna ) è un dispositivo elettrico che converte correnti elettriche in onde radio , e viceversa. Di solito viene utilizzato con un trasmettitore radio o un ricevitore radio . Nella trasmissione , un trasmettitore radio fornisce una corrente elettrica che oscilla a radiofrequenza (cioè AC ad alta frequenza) ai terminali dell’antenna e l’antenna irradia l’energia dalla corrente sotto forma di onde elettromagnetiche (onde radio). In ricezione, un’antenna intercetta parte della potenza di un’onda elettromagnetica per produrre una piccola tensione ai suoi terminali, che viene applicata a un ricevitore da amplificare. Alcune antenne possono essere utilizzate sia per la trasmissione che per la ricezione, anche simultaneamente, a seconda dell’apparecchiatura collegata.

Propagazione

Articolo principale: propagazione radio

Una volta generate, le onde elettromagnetiche viaggiano attraverso lo spazio direttamente o hanno il loro percorso alterato da riflessione , rifrazione o diffrazione . L’intensità delle onde diminuisce a causa della dispersione geometrica (la legge dell’inverso del quadrato ); un po ‘di energia può anche essere assorbita dal mezzo intermedio in alcuni casi. Il rumore generalmente altera il segnale desiderato; questa interferenza elettromagneticaproviene da fonti naturali, nonché da fonti artificiali come altri trasmettitori e radiatori accidentali. Il rumore viene prodotto anche in ogni fase a causa delle proprietà intrinseche dei dispositivi utilizzati. Se la grandezza del rumore è abbastanza grande, il segnale desiderato non sarà più distinguibile; il rapporto segnale-rumore è il limite fondamentale per la gamma di comunicazioni radio.

Risonanza

Articolo principale: Risonanza elettrica
Vedi anche: circuito LC

La risonanza elettrica dei circuiti sintonizzati nelle radio consente di selezionare singole stazioni. Un circuito risonante risponderà con forza a una frequenza particolare, e molto meno a frequenze diverse. Ciò consente al ricevitore radio di discriminare tra più segnali che differiscono in frequenza.

Ricevitore e demodulazione

L’onda elettromagnetica è intercettata da un’antenna ricevente sintonizzata ; questa struttura cattura parte dell’energia dell’onda e la restituisce sotto forma di correnti elettriche oscillanti. Al ricevitore, queste correnti sono demodulate , che è la conversione in una forma di segnale utilizzabile da un sottosistema di rivelatori . Il ricevitore è ” sintonizzato ” per rispondere preferenzialmente ai segnali desiderati e rifiutare i segnali indesiderati.

I primi sistemi radio si basavano interamente sull’energia raccolta da un’antenna per produrre segnali per l’operatore. La radio è diventata più utile dopo l’invenzione di dispositivi elettronici come il tubo a vuoto e in seguito il transistor , che ha permesso di amplificare i segnali deboli. Oggi i sistemi radio vengono utilizzati per applicazioni dai giocattoli per bambini walkie-talkie al controllo di veicoli spaziali , nonché per la trasmissione e molte altre applicazioni.

Un ricevitore radio riceve il suo ingresso da un’antenna , utilizza filtri elettronici per separare un segnale radio desiderato da tutti gli altri segnali rilevati da questa antenna, lo amplifica a un livello adatto per ulteriori elaborazioni e infine converte tramite demodulazione e decodifica il segnale in un forma utilizzabile per il consumatore, come suoni, immagini, dati digitali, valori di misurazione, posizioni di navigazione, ecc. [10]

Radio band

Articolo principale: Frequenza radio
Confronto luce
Nome Frequenza (Hz) (lunghezza d’onda) Energia fotonica (eV)
Raggi gamma > 30 EHz (0,01 nm) 124 keV – 300+ GeV
Raggi X 30 EHz – 30 PHz (0,01 nm – 10 nm) 124 eV a 120 keV
ultravioletto 30 PHz – 750 THz (10 nm – 400 nm) 3.1 eV a 124 eV
Visibile 750 THz – 428,5 THz (400 nm – 700 nm) 1.7 eV – 3.1 eV
infrarosso 428,5 THz – 300 GHz (700 nm – 1 mm) 1,24 meV – 1,7 eV
Microonde 300 GHz – 300 MHz (1 mm – 1 m) 1,24 μeV – 1,24 meV
Radio 300 MHz – 3 kHz (1 m – 100 km) 12,4 febbraio – 1,24 meV

Le frequenze radio occupano il range da 3 kHz a 300 GHz, sebbene gli usi commerciali importanti della radio utilizzino solo una piccola parte di questo spettro. [11] Altri tipi di radiazioni elettromagnetiche, con frequenze superiori all’intervallo RF, sono raggi infrarossi , luce visibile, raggi ultravioletti , raggi X e raggi gamma . Poiché l’energia di un singolo fotone di radiofrequenza è troppo bassa per rimuovere un elettrone da un atomo , le onde radio sono classificate come radiazioni non ionizzanti .

Sistemi di comunicazione

Un sistema di comunicazione radio invia segnali via radio. [12] I tipi di sistemi di comunicazione radio utilizzati dipendono dalla tecnologia, dagli standard , dalle normative, dall’allocazione dello spettro radio , dai requisiti degli utenti, dal posizionamento del servizio e dagli investimenti. [13]

L’ apparecchiatura radio coinvolta nei sistemi di comunicazione include un trasmettitore e un ricevitore, ciascuno avente un’antenna e un’apparecchiatura terminale appropriata come un microfono al trasmettitore e un altoparlanteal ricevitore nel caso di un sistema di comunicazione vocale. [14] La potenza consumata in una stazione trasmittente varia in base alla distanza di comunicazione e alle condizioni di trasmissione. La potenza ricevuta alla stazione ricevente è di solito solo una piccola parte dell’uscita del trasmettitore, poiché la comunicazione dipende dalla ricezione delle informazioni, non dall’energia, che è stata trasmessa.

I sistemi di comunicazione radio classici utilizzano il multiplexing a divisione di frequenza (FDM) come strategia per suddividere e condividere la larghezza di banda della radiofrequenza disponibile per l’uso simultaneo di comunicazioni di parti diverse. I moderni sistemi di comunicazione radio includono quelli che dividono una banda di radiofrequenza mediante multiplazione a divisione di tempo (TDM) e multiplex a divisione di codice (CDM) come alternative alla strategia FDM classica. Questi sistemi offrono diversi compromessi nel supportare più utenti, oltre alla strategia FDM ideale per le trasmissioni radio ma meno per applicazioni come la telefonia mobile .

Un sistema di comunicazione radio può inviare informazioni solo in un modo. Ad esempio, nella trasmissione di un singolo trasmettitore invia segnali a molti ricevitori. Due stazioni possono alternativamente inviare e ricevere, usando una singola radiofrequenza; questo è chiamato “simplex”. Utilizzando due frequenze radio, due stazioni possono inviare e ricevere segnali contemporaneamente e in modo continuo – questa operazione viene definita ” duplex “.

Storia

Nel 1864 James Clerk Maxwell mostrò matematicamente che le onde elettromagnetiche potevano propagarsi attraverso lo spazio libero. [15] Gli effetti delle onde elettromagnetiche ( comportamento inspiegabile di ” azione a distanza ” che scintilla) furono effettivamente osservati prima e dopo il lavoro di Maxwell da molti inventori e sperimentatori tra cui George Adams (1780-1784), Luigi Galvani (1791), Peter Samuel Munk (1835), Joseph Henry(1842), Samuel Alfred Varley (1852), Edwin Houston , Elihu Thomson , Thomas Edison (1875) e David Edward Hughes (1878). [16] [17] [18][19] Edison diede all’effetto il nome ” forza eterica “ [20] e Hughes rilevò un impulso scintillante fino a 500 iarde (460 m) con un ricevitore portatile, ma nessuno riuscì a identificare ciò che causava il fenomeno e di solito veniva cancellato come induzione elettromagnetica . [21] Nel 1886 Heinrich Rudolf Hertz notò lo stesso fenomeno scintillante e, in esperimenti pubblicati (1887-1888), fu in grado di dimostrare l’esistenza di onde elettromagnetiche in un esperimento che confermava la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell .

La scoperta di queste “onde hertziane” (onde radio) ha stimolato molti esperimenti da parte dei fisici. Un agosto 1894 conferenza dal fisico britannico Oliver Lodge , dove ha trasmessi e ricevuti “onde hertziane” a distanze fino a 50 metri, è stato seguito lo stesso anno con gli esperimenti di fisico indiano Jagadish Chandra Bose in altissima frequenza della radio a microonde ottica e un anno dopo con la costruzione di un rilevatore di fulmini basato sulla radio dal fisico russo Alexander Stepanovich Popov . A partire dalla fine del 1894, Guglielmo Marconi iniziò a perseguire l’idea di costruire una telegrafia senza filisistema basato su onde hertziane (radio). Marconi ottenne un brevetto sul sistema nel 1896 e lo sviluppò in un sistema di comunicazione commerciale nel corso dei prossimi anni. [22]

I sistemi radio dei primi del 20 ° secolo trasmettevano i messaggi solo con codice di onde continue . I primi tentativi di sviluppare un sistema di modulazione dell’ampiezza per voce e musica furono dimostrati nel 1900 e nel 1906, ma avevano scarso successo. La prima guerra mondiale accelerò lo sviluppo della radio per le comunicazioni militari , e in questa era le prime valvole a vuoto furono applicate a trasmettitori e ricevitori radio. L’amplificazione elettronica è stata uno sviluppo chiave nel cambiare la radio da una pratica sperimentale di esperti in un elettrodomestico. Dopo la guerra, la trasmissione radiofonica commerciale iniziò negli anni ’20 e divenne un importante mezzo di massa per l’intrattenimento e le notizie. David Sarnoff, uno dei primi esponenti della trasmissione radiofonica, [23] persuase la Radio Corporation of America ad avviare un servizio di trasmissione AM che divenne rapidamente popolare. La seconda guerra mondiale accelerò di nuovo lo sviluppo della radio per gli scopi bellici della comunicazione aerea, terrestre, della radionavigazione e dei radar. [24] Dopo la guerra, furono ripresi gli esperimenti in televisione che erano stati interrotti e divenne anche un importante mezzo di trasmissione per l’home entertainment. La trasmissione FM stereo della radio si è svolta negli anni ’30 in poi negli Stati Uniti e ha spostato AM come standard commerciale dominante negli anni ’60 e negli anni ’70 nel Regno Unito. [25]

Usi di radio

Per una copertura più ampia relativa a questo argomento, vedere Applicazioni dello spettro radio § .

I primi usi erano marittimi, per l’invio di messaggi telegrafici usando il codice Morse tra navi e terra. I primi utenti includevano la Marina giapponese che esplorava la flotta russa durante la battaglia di Tsushima nel 1905. Uno degli usi più memorabili della telegrafia marina fu durante l’affondamento del Titanic RMS nel 1912, comprese le comunicazioni tra gli operatori sulla nave che affondava e le navi vicine e comunicazioni alle stazioni di terra che elencano i sopravvissuti.

La radio fu usata per trasmettere ordini e comunicazioni tra eserciti e flotte da entrambe le parti durante la prima guerra mondiale; La Germania ha usato le comunicazioni radio per i messaggi diplomatici una volta scoperto che i suoi cavi sottomarini erano stati sfruttati dagli inglesi. Gli Stati Uniti trasmisero i quattordici punti del presidente Woodrow Wilson alla Germania via radio durante la guerra. La trasmissione iniziò da San Jose , California nel 1909, [26]e divenne fattibile negli anni Venti, con la diffusa introduzione di ricevitori radio, in particolare in Europa e negli Stati Uniti. Oltre alla trasmissione, la trasmissione punto-punto, compresi i messaggi telefonici e i relè dei programmi radiofonici, si diffuse negli anni ’20 e ’30. Un altro uso della radio negli anni pre-bellici fu lo sviluppo di rilevamento e localizzazione di aerei e navi mediante l’uso di radar ( RA dio D etection A nd R anging).

Oggi la radio assume molte forme, comprese le reti wireless e le comunicazioni mobili di tutti i tipi, così come le trasmissioni radiofoniche. Prima dell’avvento della televisione, le trasmissioni radiofoniche commerciali includevano non solo notizie e musica, ma anche drammi, commedie, spettacoli di varietà e molte altre forme di intrattenimento (l’era dalla fine degli anni ’20 alla metà degli anni ’50 viene comunemente chiamata “l’età dell’oro” della radio ). La radio era unica tra i metodi di presentazione drammatica in quanto utilizzava solo il suono. Per ulteriori informazioni, consultare la programmazione della radio .

Audio

A senso unico

La radio AM utilizza la modulazione di ampiezza, in cui l’ampiezza del segnale trasmesso è resa proporzionale all’ampiezza del suono acquisita (trasdotta) dal microfono, mentre la frequenza trasmessa rimane invariata. Le trasmissioni sono influenzate da interferenze statiche e interferenze poiché i fulmini e altre fonti di emissioni radio sulla stessa frequenza aggiungono le loro ampiezze all’ampiezza trasmessa originale.

All’inizio del 20 ° secolo, le stazioni radio AM americane trasmettevano potenze fino a 500 kW e alcune potevano essere ascoltate in tutto il mondo; i trasmettitori di queste stazioni furono requisiti per uso militare dal governo degli Stati Uniti durante la seconda guerra mondiale. Attualmente, la potenza massima di trasmissione per una stazione radio AM civile negli Stati Uniti e in Canada è di 50 kW, e la maggior parte delle stazioni che emettono segnali così potenti erano in grandfathering (vedi Elenco delle stazioni radio AM da 50 kW negli Stati Uniti ). Nel 1986 KTNN ricevette l’ultima licenza di classe A da 50.000 watt. Queste stazioni da 50 kW sono generalmente chiamate stazioni ” clear channel ” (da non confondere con Clear Channel Communications), perché all’interno del Nord America ciascuna di queste stazioni ha l’uso esclusivo della sua frequenza di trasmissione per tutto il giorno della trasmissione.

La radio di trasmissione FM invia musica e voce con meno rumore della radio AM. Spesso si pensa erroneamente che FM sia più fedele di AM, ma non è vero. AM è in grado di utilizzare la stessa larghezza di banda audio utilizzata da FM. I ricevitori AM utilizzano in genere filtri più stretti nel ricevitore per recuperare il segnale con meno rumore. I ricevitori stereo AM possono riprodurre la stessa larghezza di banda audio che FM fa grazie al filtro più ampio utilizzato in un ricevitore stereo AM, ma oggi le radio AM limitano il passaggio audio a 3-5 kHz. In modulazione di frequenza, variazione di ampiezza al microfonofa fluttuare la frequenza del trasmettitore. Poiché il segnale audio modula la frequenza e non l’ampiezza, un segnale FM non è soggetto a interferenze statiche e allo stesso modo dei segnali AM. A causa della sua necessità di una larghezza di banda più ampia, FM viene trasmessa nello spettro radio ad altissima frequenza (VHF, da 30 MHz a 300 MHz).

Le onde radio VHF si comportano più come la luce, viaggiando in linea retta; quindi il raggio di ricezione è generalmente limitato a circa 50-200 miglia (80-322 km). Durante insolite condizioni atmosferiche superiori, i segnali FM vengono occasionalmente riflessi verso la Terra dalla ionosfera , con conseguente ricezione FM a lunga distanza . I ricevitori FM sono soggetti all’effetto di cattura , che fa sì che la radio riceva solo il segnale più forte quando più segnali appaiono sulla stessa frequenza. I ricevitori FM sono relativamente immuni alle interferenze di fulmini e scintille.

L’alta potenza è utile per penetrare negli edifici, diffrattandosi intorno alle colline e rifrangendosi nell’atmosfera densa vicino all’orizzonte per una certa distanza oltre l’orizzonte. Di conseguenza, le stazioni FM da 100.000 watt possono essere ascoltate regolarmente fino a 100 miglia (160 km) e più lontano, a 150 miglia (240 km), se non ci sono segnali concorrenti. Alcune vecchie stazioni “grandfathered” non sono conformi a queste regole di alimentazione. WBCT-FM (93.7) a Grand Rapids, Michigan , USA, gestisce un ERP di 320.000 watt, e può aumentare fino a 500.000 watt ERP secondo i termini della sua licenza originale. Un livello di potenza così elevato di solito non aiuta ad aumentare la portata quanto ci si potrebbe aspettare, perché le frequenze VHF viaggiano in linea retta oltre l’orizzonte e nello spazio. [27]

I servizi di sottoportanti FM sono segnali secondari trasmessi in modo “a cavalletto” insieme al programma principale. Destinatari speciali sono tenuti ad utilizzare questi servizi. I canali analogici possono contenere programmi alternativi, come servizi di lettura per non vedenti, musica di sottofondo o segnali audio stereo. In alcune aree metropolitane estremamente affollate, il programma di sottocanali potrebbe essere un programma radio alternativo in lingua straniera per vari gruppi etnici. Le portanti secondarie possono anche trasmettere dati digitali, come l’identificazione della stazione, il nome del brano corrente, gli indirizzi web o le quotazioni azionarie. In alcuni paesi, le radio FM si sintonizzano automaticamente sullo stesso canale in un altro distretto utilizzando le sottobande.

A due vie

Le radio vocali per l’aviazione utilizzano la banda aeronautica VHF AM. AM è usato in modo che possano essere ricevute più stazioni sullo stesso canale. (L’utilizzo di FM comporterebbe il blocco di stazioni più forti per la ricezione di stazioni più deboli a causa dell’effetto di cattura FM ). Gli aerei volano abbastanza in alto che i loro trasmettitori possono essere ricevuti a centinaia di chilometri di distanza, anche se usano VHF.

Le radio vocali marine possono utilizzare la singola banda laterale (SSB) nello spettro radio ad onde corte ad alta frequenza (HF-3 MHz a 30 MHz) per gamme molto lunghe o radio VHF marina / banda stretta FM nello spettro VHF per intervalli molto più brevi. Narrowband FM sacrifica la fedeltà per rendere disponibili più canali all’interno dello spettro radio, utilizzando una gamma più piccola di frequenze radio, solitamente con cinque kHz di deviazione, rispetto ai 75 kHz utilizzati dalle trasmissioni commerciali FM e 25 kHz utilizzati per l’audio TV.

I servizi di pubblica amministrazione, polizia, vigili del fuoco e commerciali utilizzano anche la banda stretta FM su frequenze speciali. Le prime radio della polizia utilizzavano ricevitori AM per ricevere spedizioni a senso unico. I servizi vocali civili e militari (ad alta frequenza) utilizzano la radio ad onde corte per contattare le navi in ​​mare, aerei e insediamenti isolati. La maggior parte utilizza la Single Sideband Voice (SSB), che utilizza meno larghezza di banda di AM. [28] Su una radio AM SSB suona come le anatre quacking, o gli adulti in un Charlie Browncartone animato. Visto come un grafico della frequenza rispetto alla potenza, un segnale AM ​​mostra potenza in cui le frequenze della voce si sommano e si sottraggono alla frequenza radio principale. SSB taglia la larghezza di banda a metà sopprimendo la portante e una delle bande laterali. Questo rende anche il trasmettitore circa tre volte più potente, perché non ha bisogno di trasmettere il carrier e la banda laterale inutilizzati.

TETRA, Terrestrial Trunked Radio è un sistema di telefonia cellulare digitale per militari, polizia e ambulanze. Servizi commerciali come XM , WorldSpace e Sirius offrono radio digitale satellitare criptata .

Telefonia

I telefoni cellulari trasmettono a un sito di celle locali (trasmettitore / ricevitore) che alla fine si connette alla rete telefonica pubblica commutata ( PSTN ) attraverso una fibra ottica o una radio a microonde e altri elementi di rete. Quando il telefono cellulare si avvicina al limite dell’area di copertura radio del sito cellulare, il computer centrale cambia il telefono in una nuova cella. I telefoni cellulari utilizzavano in origine FM, ma ora la maggior parte utilizza schemi di modulazione digitale GSM o CDMA . [29] I telefoni satellitari usano i satelliti piuttosto che le torri cellulari per comunicare.

Video

La televisione analogica invia l’immagine come AM e il suono come AM o FM, con la portante del suono una frequenza fissa (4,5 MHz nel sistema NTSC ) lontano dal supporto video. La televisione analogica utilizza anche una banda laterale rudimentale sul supporto video per ridurre la larghezza di banda richiesta.

La televisione digitale utilizza la modulazione 8VSB in Nord America (secondo lo standard della televisione digitale ATSC ) e la modulazione COFDM in altre parti del mondo (utilizzando lo standard DVB-T ). Un codice di correzione degli errori Reed-Solomon aggiunge codici di correzione ridondanti e consente una ricezione affidabile durante una moderata perdita di dati. Sebbene molti codec attuali e futuri possano essere inviati nel formato contenitore del flusso di trasporto MPEG , dal 2006 la maggior parte dei sistemi utilizza un formato a definizione standard quasi identico al DVD: video MPEG-2 in formato widescreen Anamorphic e audio MPEG layer 2 ( MP2 ).La televisione ad alta definizione è possibile semplicemente utilizzando un’immagine ad alta risoluzione, ma H.264 / AVC è considerato un codec video sostitutivo in alcune regioni per la sua compressione migliorata. Con la compressione e la modulazione migliorata, un singolo “canale” può contenere un programma ad alta definizione e diversi programmi a definizione standard.

Navigazione

Articolo principale: Radio navigation

Tutti i sistemi di navigazione satellitare utilizzano i satelliti con orologi di precisione. Il satellite trasmette la sua posizione e l’ora della trasmissione. Il ricevitore ascolta quattro satelliti e può calcolare la sua posizione come su una linea tangente a un guscio sferico attorno a ciascun satellite, determinata dal tempo di volo dei segnali radio provenienti dal satellite. Un computer nel ricevitore fa i conti.

Il rilevamento della direzione radio è la più antica forma di navigazione radio. Prima del 1960 i navigatori usavano antenne mobili a loop per localizzare le stazioni commerciali AM vicino alle città. In alcuni casi hanno usato radiofari di radiolocalizzazione, che condividono una gamma di frequenze appena sopra la radio AM con i radioamatori. I sistemi LORAN usavano anche i segnali radio del tempo di volo, ma dalle stazioni radio a terra.

Gamma omnidirezionale ad altissima frequenza (VOR), i sistemi (utilizzati dagli aerei), hanno una schiera di antenne che trasmette due segnali simultaneamente. Un segnale direzionale ruota come un faro a una velocità fissa. Quando il segnale direzionale è rivolto a nord, un segnale omnidirezionale pulsa. Misurando la differenza di fase di questi due segnali, un aereo può determinare il suo rilevamento o radiale dalla stazione, stabilendo così una linea di posizione. Un velivolo può ottenere letture da due VOR e localizzarne la posizione all’intersezione delle due radiali, nota come ” fix “.

Quando la stazione VOR è collocata con DME ( Distance Measuring Equipment ), l’aeromobile può determinare il suo rilevamento e la sua distanza dalla stazione, fornendo così una soluzione solo da una stazione di terra. Tali stazioni sono chiamate VOR / DME. L’esercito gestisce un simile sistema di navaid, chiamato TACAN , che sono spesso costruiti nelle stazioni VOR. Tali stazioni sono chiamate VORTAC . Poiché i TACAN includono apparecchiature di misurazione della distanza, le stazioni VOR / DME e VORTAC sono identiche nel potenziale di navigazione agli aeromobili civili.

Radar

Articolo principale: Radar

Radar (Radio Detection And Ranging) rileva gli oggetti a distanza rimbalzando via le onde radio. Il ritardo causato dall’eco misura la distanza. La direzione del raggio determina la direzione del riflesso. La polarizzazione e la frequenza del ritorno possono percepire il tipo di superficie. I radar di navigazione scansionano una vasta area da due a quattro volte al minuto. Usano onde molto corte che riflettono dalla terra e dalla pietra. Sono comuni sulle navi commerciali e sugli aerei commerciali a lunga distanza.

Generalmente i radar usano generalmente le frequenze del radar di navigazione, ma modulano e polarizzano l’impulso in modo che il ricevitore possa determinare il tipo di superficie del riflettore. I migliori radar generici distinguono la pioggia di forti tempeste, oltre a terra e veicoli. Alcuni possono sovrapporre i dati del sonar e mappare i dati dalla posizione GPS .

I radar di ricerca esplorano un’ampia area con impulsi di brevi onde radio. Di solito scansionano l’area due o quattro volte al minuto. A volte i radar di ricerca utilizzano l’ effetto Doppler per separare i veicoli in movimento dal disordine. I radar bersaglio utilizzano lo stesso principio del radar di ricerca, ma scansionano un’area molto più piccola molto più spesso, di solito più volte al secondo o più. I radar meteorologici assomigliano ai radar di ricerca, ma usano le onde radio con polarizzazione circolare e una lunghezza d’onda per riflettere dalle gocce d’acqua. Alcuni radar meteorologici utilizzano l’effetto Doppler per misurare la velocità del vento.

Dati (radio digitale)

La maggior parte dei nuovi sistemi radio sono digitali, tra cui TV digitale , radio satellitare e Digital Audio Broadcasting . La più antica forma di trasmissione digitale era la telegrafia a scintilla , usata da pionieri come Marconi. Premendo il tasto, l’operatore può inviare messaggi in codice Morse attivando uno spinterometro di commutazione rotante. Il commutatore rotante produceva un tono nel ricevitore, dove un semplice spinterometro produceva un sibilo , indistinguibile dalla statica. I trasmettitori Spark-gap ora sono illegali, perché le loro trasmissioni coprono diverse centinaia di megahertz. Questo è molto dispendioso sia delle frequenze radio che della potenza.

Il prossimo passo avanti fu la telegrafia a onde continue , o CW ( Continuous Wave ), in cui una pura frequenza radio, prodotta da un oscillatore elettronico a tubo a vuoto, veniva accesa e spenta da una chiave. Un ricevitore con un oscillatore locale sarebbe ” eterodina ” con la pura frequenza radio, creando un suono simile a un fischio. CW utilizza meno di 100 Hz di larghezza di banda. CW è ancora usato, in questi giorni principalmente da radioamatori (prosciutti). Rigorosamente, la codifica on-off di una portante dovrebbe essere conosciuta come “Interruzione dell’onda continua” o ICW o chiave on-off (OOK).

Le apparecchiature radiotelefoniche di solito operano su onde corte (HF) ed è molto amata dai militari perché creano informazioni scritte senza un operatore esperto. Mandano un po ‘come uno dei due toni usando il key shift di frequenza . Gruppi di cinque o sette bit diventano un personaggio stampato da una teleprinter. Dal 1925 al 1975 circa, il radioteletype fu il modo in cui la maggior parte dei messaggi commerciali furono inviati ai paesi meno sviluppati. Questi sono ancora usati dai militari e dai servizi meteorologici.

Gli aeromobili utilizzano un servizio di radioteletype da 1200 Baud su VHF per inviare il loro ID, altitudine e posizione e ottenere i dati di gate e di volo di collegamento. I piatti a microonde su satelliti, centrali telefoniche e stazioni TV utilizzano solitamente la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM). QAM invia dati modificando sia la fase che l’ampiezza del segnale radio. Ingegneri come QAM perché impacchettano la maggior parte dei bit in un segnale radio quando vengono forniti un intervallo di frequenza a banda stretta fissa esclusivo (non condiviso). Di solito i bit vengono inviati in “frame” che si ripetono. Un modello di bit speciale viene utilizzato per individuare l’inizio di un fotogramma.

I sistemi di comunicazione che si limitano a un intervallo di frequenza a banda stretta fissa sono vulnerabili alle interferenze . Una varietà di tecniche a spettro esteso resistenti al jamming sono state inizialmente sviluppate per uso militare, in particolare per le trasmissioni satellitari del sistema di posizionamento globale . L’uso commerciale dello spettro esteso è iniziato negli anni ’80. Bluetooth , la maggior parte dei telefoni cellulari e la versione 802.11b del Wi-Fi utilizzano ciascuno varie forme di spettro diffuso.

I sistemi che necessitano di affidabilità, o che condividono la loro frequenza con altri servizi, possono utilizzare “multiplexing a divisione di frequenza ortogonale codificata” o COFDM . COFDM interrompe un segnale digitale in centinaia di sottocanali più lenti. Il segnale digitale viene spesso inviato come QAM sui sottocanali. I moderni sistemi COFDM utilizzano un piccolo computer per realizzare e decodificare il segnale con l’elaborazione del segnale digitale , che è più flessibile e molto meno costoso rispetto ai vecchi sistemi che implementavano canali elettronici separati.

COFDM resiste a fading e ghosting perché i segnali QAM a canale stretto possono essere inviati lentamente. Un sistema adattivo o che invia codici di correzione degli errori può anche resistere alle interferenze, poiché la maggior parte delle interferenze può influire solo su alcuni dei canali QAM. COFDM è utilizzato per Wi-Fi, alcuni telefoni cellulari, Digital Radio Mondiale , Eureka 147 e molti altri standard di rete locale, TV digitale e radio.

Riscaldamento

Articolo principale: riscaldamento a radiofrequenza

Generalmente l’energia a radiofrequenza generata per il riscaldamento di oggetti non è destinata ad irradiarsi all’esterno dell’apparecchiatura di generazione, per evitare interferenze con altri segnali radio. I forni a microondeutilizzano intense onde radio per riscaldare il cibo. L’ attrezzatura per diatermia è utilizzata in chirurgia per sigillare i vasi sanguigni.

Servizio radio amatoriale

La radio amatoriale , nota anche come “ham radio”, è un hobby in cui gli appassionati sono autorizzati a comunicare su un certo numero di bande nello spettro delle radiofrequenze non commercialmente e per i propri esperimenti. Possono anche fornire assistenza di emergenza e di assistenza in circostanze eccezionali. Questo contributo è stato molto utile per salvare vite umane in molti casi. [30]

I radioamatori usano una varietà di modi, compresi quelli efficienti come il codice Morse e quelli sperimentali come la radio sperimentale a bassa frequenza . Diverse forme di radio sono state sperimentate dai radioamatori e successivamente sono diventate commercialmente importanti, tra cui FM, banda singola (SSB), AM, radio digitale a pacchetti e ripetitori satellitari . Alcune frequenze amatoriali possono essere interrotte illegalmente dal servizio di rete elettrica .

Servizi radiofonici senza licenza

I servizi radiofonici personali non autorizzati, autorizzati dal governo come la radio band dei cittadini in Australia, la maggior parte delle Americhe e dell’Europa, e il servizio di Radio per Famiglie e Radio multiuso nel Nord America esistono per fornire comunicazioni semplici, di solito a corto raggio per individui e piccoli gruppi, senza il sovraccarico delle licenze. Servizi simili esistono in altre parti del mondo. Questi servizi radio prevedono l’uso di unità portatili.

Il Wi-Fi funziona anche in bande radio senza licenza ed è ampiamente utilizzato per i computer in rete.

Le stazioni radio gratuite, a volte chiamate radio pirata o “clandestine”, sono stazioni di trasmissione illegali, prive di licenza, non autorizzate. Questi sono spesso trasmettitori a bassa potenza operati su programmi sporadici da parte di hobbisti, attivisti della comunità o dissidenti politici e culturali. Alcune stazioni pirata che operavano in mare aperto in alcune parti dell’Europa e del Regno Unito assomigliavano più strettamente a stazioni legali, mantenevano scadenze regolari, utilizzavano un’alta potenza e vendevano tempo per la pubblicità commerciale. [31] [32]

Radio control (RC)

I radiocomandi utilizzano le onde radio per trasmettere i dati di controllo a un oggetto remoto come in alcune prime forme di missili guidati , alcuni telecomandi TV precedenti e una serie di modellini di barche, automobili e aeroplani. Le grandi apparecchiature industriali controllate a distanza come gru e locomotive di commutazione ora usano di solito le tecniche della radio digitale per garantire sicurezza e affidabilità.

Nel Madison Square Garden , all’Esposizione Elettrica del 1898, Nikola Tesla dimostrò con successo una barca radiocomandata. [33] Gli è stato conferito il brevetto US n. 613,809 per un “Metodo e apparato per il controllo del meccanismo dei vasi o dei veicoli in movimento”. [34]

Vedi anche

  • Schema della radio
  • Trasmissioni radiofoniche
  • Zona silenziosa radio

Note

  1. Salta su^ Mentre il termine ‘radio-‘ è in realtà laforma combinantediradiante(ad esempioradioattiva,radioterapia), il processo che era originariamente chiamatoradiotelegrafiaè diventato così comune che viene quasi sempre chiamato solo ‘radio’ e l’elettromagnetico associato le onde sono chiamate onde radio . In pratica,le frequenze radiosono significativamente inferiori a quelle dellaluce visibileda circa3  kHz a 300 GHz. [1]

Riferimenti

  1. Salta su^ Dizionario dell’elettronica di Rudolf F. Graf (1974). Pagina 467.
  2. Salta su^ “Radio-Electronics, ” Radio Receiver Technology ”” . Radio-elettronica.com . Estratto il 2014-08-02 .
  3. Salta su^ The Electromagnetic Spectrum, Università del Tennessee, Dipartimento di Fisica e Astronomia
  4. Salta su^ RK Puri (2004). Fisica dello stato solido ed elettronica . S. Chand. ISBN  81-219-1475-2 .
  5. Salta su^ “Produzione del suono da energia radiante” di Alexander Graham Bell,mensile popolare di scienza, luglio 1881, pagine 329-330: “[W] e hanno denominato l’apparecchio per la produzione e la riproduzione del suono in questo modo il” fotofono “,perché un raggio di luce ordinario contiene i raggi che sono operativi.Perevitare in futuro qualsiasi malinteso su questo punto, abbiamo deciso di adottare il termine”radiotelefono“, proposto da M. Mercadier, come termine generale che indica la produzione del suono da qualsiasi forma di energia radiante … “
  6. Salta su^ “La genesi di Wireless Telegraphy” diA. Frederick Collins,Electrical World and Engineer, 10 maggio 1902, pagina 811.
  7. Salta su^ “Wireless Telegraphy”,The Practical Engineer, 25 febbraio 1898, pagina 174. “Dr. OJ Lodge, che ha preceduto Marconi nel fare esperimenti in quella che potrebbe essere chiamata telegrafia a raggi o radiotelegrafia di un anno o due, ha ha escogitato un nuovo metodo per inviare e ricevere i messaggi.Il lettore capirà che nel radiotelegrafo le onde elettriche che formano i segnali del messaggio iniziano dallo strumento di invio e viaggiano in tutte le direzioni come i raggi di luce di una lampada, solo che sono invisibili. “
  8. Salta su^ “Wireless Telegraphy”,The Electrical Review(Londra), 20 gennaio 1905, pagina 108, citando dall’ufficio postale britannico 30 dicembre 1904Post Office Circular.
  9. Salta su^ “Interferenza con i messaggi senza fili”,Electrical World, 22 giugno 1907, pagina 1270.
  10. Salta su^ “Radio-Electronics, ” Radio Receiver Technology ”” . Radio-elettronica.com . Estratto il 2014-08-02 .
  11. Salta su^ The Electromagnetic Spectrum, Università del Tennessee, Dipartimento di Fisica e Astronomia
  12. Salta su^ Clint Smith, Curt Gervelis (2003). Manuale delle prestazioni della rete wireless . McGraw-Hill Professional. ISBN  0-07-140655-7 .
  13. Salta su^ Macario, RCV (1996). Moderni sistemi radio personali. Serie di telecomunicazioni IEE, 33. Londra: Istituzione di ingegneri elettrici. Pagina 3.
  14. Salta su^ RK Puri (2004). Fisica dello stato solido ed elettronica . S. Chand. ISBN  81-219-1475-2 .
  15. Salta su^ web.pdx.edu/~bseipel/Lecture%20notes%206-%20203%20EMwaves.pdf
  16. Salta su^ “EM Wave Detectors”. Revisione tecnica IETE . 5 : 329-331. doi :10,1080 / 02564602,1988,11438340 .
  17. Salta in alto^ TK Sarkar, Robert Mailloux, Arthur A. Oliner, M. Salazar-Palma, Dipak L. Sengupta, Storia del wireless, John Wiley & Sons – 2006, pagine 258-261
  18. Salta su^ Christopher H. Sterling, Enciclopedia di Radio 3-Volume, Routledge – 2004, pagina 831
  19. Salta su^ Anand Kumar Sethi, Il business dell’elettronica: una storia concisa, Palgrave Macmillan – 2013, pagina 22
  20. Salta su^ ieeeghn.org, IEEE Global History Network, Etheric Force
  21. Salta in alto^ W. Bernard Carlson, Innovazione come processo sociale: Elihu Thomson e The Rise of General Electric, Cambridge University Press – 2003, pagine 57-58
  22. Salta su^ “Corte suprema degli Stati Uniti” . Estratto il 23-04-2012 .
  23. Salta su^ Bilby, K. (1986). Il generale: David Sarnoff e l’ascesa dell’industria delle comunicazioni. New York: Harper & Row.
  24. Salta su^ Thompson, Jr., RJ (2011). Crystal Clear: The Struggle for Reliable Communications Technology nella seconda guerra mondiale, Hoboken, NJ: Wiley.
  25. Salta su^ Théberge, P., Devine, K. e Everrett, T. (2015). Stereo vivente: storie e culture del suono multicanale. New York: Bloomsbury Publishing USA.
  26. Salta su^ “La storia di KQW Radio – KCBS” . Bayarearadio.org . Estratto il 22/07/2009 .
  27. Salta su^ “Le stazioni FM più potenti” . jeff560.tripod.com . Estratto il 18-01-2016 .
  28. Salta su^ “Esempio audio di SSB” . Estratto il 2014-08-02 .
  29. Salta su^ “GSM Global system for Mobile Communications” . 4G Americas. Archiviato dall’originale l’8 febbraio 2014 . Estratto 2014-03-22 .
  30. Salta su^ ” Radio amatoriale” vite salvate “in Asia Meridionale ” . Arrl.org. 2004/12/29. Archiviato dall’originale in data 2007-10-13.
  31. Salta su^ Radio libera: disobbedienza civile elettronicadi Lawrence C. Soley. Pubblicato da Westview Press, 1998.ISBN 0-8133-9064-8,ISBN 978-0-8133-9064-2
  32. Salta su^ Radio ribelle: la storia completa di British Pirate Radiodi John Hind, Stephen Mosco. Pubblicato da Pluto Press, 1985.ISBN 0-7453-0055-3,ISBN 978-0-7453-0055-9
  33. Salta su^ “Tesla – Master of Lightning: Remote Control” . PBS . Estratto il 22/07/2009 .
  34. Salta su^ “Tesla – Master of Lightning: Selected Tesla Patents” . PBS . Estratto il 22/07/2009 .

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