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La radio è la tecnologia di segnalazione e comunicazione che utilizza le onde radio. Le onde radio sono onde elettromagnetiche di frequenza tra 30 hertz (Hz) e 300 gigahertz (GHz). Sono generati da un dispositivo elettronico chiamato trasmettitore collegato a un'antenna che irradia le onde e ricevuto da un ricevitore radio collegato a un'altra antenna. La radio è ampiamente utilizzata nella tecnologia moderna, nelle comunicazioni radio, radar, radio-navigazione, telecomando, telerilevamento e altre applicazioni. Nella comunicazione radio, utilizzata nelle trasmissioni radiofoniche e televisive, telefoni cellulari, radio bidirezionali, reti wireless e comunicazioni satellitari tra numerosi altri usi, le onde radio sono utilizzate per trasportare informazioni attraverso lo spazio da un trasmettitore a un ricevitore, modulando il segnale radio (impressionare un segnale informativo sull'onda radio variando alcuni aspetti dell'onda) nel trasmettitore. Nel radar, utilizzato per localizzare e tracciare oggetti come aerei, navi, veicoli spaziali e missili, un raggio di onde radio emesse da un trasmettitore radar si riflette sull'oggetto bersaglio e le onde riflesse rivelano la posizione dell'oggetto. Nei sistemi di navigazione radio come GPS e VOR, un ricevitore mobile riceve segnali radio da radiofari di navigazione di cui è nota la posizione e misurando con precisione il tempo di arrivo delle onde radio il ricevitore può calcolare la sua posizione sulla Terra. Nei dispositivi radiocomandati senza fili come droni, apriporta per garage e sistemi di accesso senza chiave, i segnali radio trasmessi da un dispositivo di controllo controllano le azioni di un dispositivo remoto.
Le applicazioni di onde radio che non comportano la trasmissione di onde distanze significative, come il riscaldamento a radiofrequenza utilizzato nei processi industriali e forni a microonde, e usi medici come diatermia e macchine per la risonanza magnetica, di solito non sono chiamate radio. La radio sostantivo è anche usata per indicare un ricevitore radio broadcast.
Le onde radio furono identificate e studiate per la prima volta dal fisico tedesco Heinrich Hertz nel 1886. I primi pratici trasmettitori e ricevitori radio furono sviluppati intorno al 1895-6 dall'italiano Guglielmo Marconi e la radio iniziò ad essere usata commercialmente intorno al 1900. Per prevenire le interferenze tra gli utenti, il l'emissione di onde radio è rigorosamente regolata dalla legge, coordinata da un organismo internazionale chiamato International Telecommunications Union (ITU), che assegna le bande di frequenza nello spettro radio per usi diversi.
Le onde radio sono irradiate da cariche elettriche in fase di accelerazione. Sono generati artificialmente da correnti elettriche variabili nel tempo, costituite da elettroni che fluiscono avanti e indietro in un conduttore metallico chiamato antenna, accelerando così. Nella trasmissione, un trasmettitore genera una corrente alternata di radiofrequenza che viene applicata a un'antenna. L'antenna irradia energia nella corrente sotto forma di onde radio. Quando le onde colpiscono l'antenna di un ricevitore radio, spingono gli elettroni nel metallo avanti e indietro, inducendo una piccola corrente alternata. Il ricevitore radio collegato all'antenna ricevente rileva questa corrente oscillante e la amplifica.
Man mano che viaggiano più lontano dall'antenna trasmittente, le onde radio si diffondono in modo che la loro potenza del segnale (intensità in watt per metro quadrato) diminuisca, quindi le trasmissioni radio possono essere ricevute solo entro un raggio limitato del trasmettitore, la distanza dipende dalla potenza del trasmettitore, modello di radiazione dell'antenna, sensibilità del ricevitore, livello di rumore e presenza di ostacoli tra trasmettitore e ricevitore. Un'antenna omnidirezionale trasmette o riceve onde radio in tutte le direzioni, mentre un'antenna direzionale o un'antenna ad alto guadagno trasmette onde radio in un raggio in una particolare direzione o riceve onde da una sola direzione.
Le onde radio viaggiano attraverso un vuoto alla velocità della luce e in aria molto vicino alla velocità della luce, quindi la lunghezza d'onda di un'onda radio, la distanza in metri tra le creste adiacenti dell'onda, è inversamente proporzionale alla sua frequenza.
Gli altri tipi di onde elettromagnetiche oltre alle onde radio; infrarossi, luce visibile, ultravioletti, raggi X e raggi gamma, sono anche in grado di trasportare informazioni ed essere utilizzati per la comunicazione. L'ampio uso delle onde radio per le telecomunicazioni è principalmente dovuto alle loro desiderabili proprietà di propagazione derivanti dalla loro grande lunghezza d'onda. Le onde radio hanno la capacità di passare attraverso l'atmosfera, il fogliame e la maggior parte dei materiali da costruzione e, per diffrazione, possono piegarsi attorno agli ostacoli e, a differenza di altre onde elettromagnetiche, tendono ad essere disperse piuttosto che assorbite da oggetti più grandi della loro lunghezza d'onda.
Un'onda radio modulata, che trasporta un segnale di informazione, occupa una gamma di frequenze. Vedi diagramma Le informazioni (modulazione) in un segnale radio sono solitamente concentrate in bande di frequenza strette chiamate bande laterali (SB) appena sopra e sotto la frequenza portante. La larghezza in hertz della gamma di frequenza occupata dal segnale radio, la frequenza più alta meno la frequenza più bassa, è chiamata larghezza di banda (BW). Per ogni dato rapporto segnale-rumore, una quantità di larghezza di banda può trasportare la stessa quantità di informazioni (velocità dati in bit al secondo) indipendentemente da dove si trova nello spettro delle radiofrequenze, quindi la larghezza di banda è una misura di informazione che trasporta capacità. La larghezza di banda richiesta da una trasmissione radio dipende dalla velocità dei dati delle informazioni (segnale di modulazione) inviati e dall'efficienza spettrale del metodo di modulazione utilizzato; quanti dati può trasmettere in ogni kilohertz di larghezza di banda. Diversi tipi di segnali di informazione trasportati dalla radio hanno velocità di trasmissione dati diverse. Ad esempio, un segnale televisivo (video) ha una velocità dati maggiore di un segnale audio.
Lo spettro radio, la gamma totale di frequenze radio che possono essere utilizzate per la comunicazione in una determinata area, è una risorsa limitata. Ogni trasmissione radio occupa una parte della larghezza di banda totale disponibile. La larghezza di banda radio è considerata un bene economico che ha un costo monetario ed è in forte domanda. In alcune parti dello spettro radio il diritto di utilizzare una banda di frequenza o persino un singolo canale radio viene acquistato e venduto per milioni di dollari. Quindi c'è un incentivo a impiegare la tecnologia per ridurre al minimo la larghezza di banda utilizzata dai servizi radio.
Negli ultimi anni c'è stata una transizione dalle tecnologie di trasmissione radio analogica a quella digitale. Parte della ragione di ciò è che la modulazione digitale può spesso trasmettere più informazioni (una maggiore velocità di dati) in una data larghezza di banda rispetto alla modulazione analogica, utilizzando algoritmi di compressione dei dati, che riducono la ridondanza dei dati da inviare e una modulazione più efficiente. Altre ragioni per la transizione sono che la modulazione digitale ha una maggiore immunità al rumore rispetto a quella analogica, i chip di elaborazione del segnale digitale hanno più potenza e flessibilità rispetto ai circuiti analogici e un'ampia varietà di tipi di informazioni può essere trasmessa utilizzando la stessa modulazione digitale.
Poiché si tratta di una risorsa fissa richiesta da un numero crescente di utenti, lo spettro radio è diventato sempre più congestionato negli ultimi decenni e la necessità di utilizzarlo in modo più efficace sta guidando molte ulteriori innovazioni radio come i sistemi radio trunked, spettro diffuso (banda ultra larga) trasmissione, riutilizzo delle frequenze, gestione dinamica dello spettro, pool di frequenza e radio cognitiva.
La trasmissione è la trasmissione unidirezionale di informazioni da un trasmettitore radio a ricevitori appartenenti a un pubblico pubblico. Poiché le onde radio si indeboliscono con la distanza, una stazione di trasmissione può essere ricevuta solo a una distanza limitata dal suo trasmettitore. I sistemi che trasmettono dai satelliti possono generalmente essere ricevuti su un intero paese o continente. La radio e la televisione terrestre precedenti sono pagate dalla pubblicità commerciale o dai governi. Nei sistemi di abbonamento come la televisione satellitare e la radio satellitare il cliente paga una tariffa mensile. In questi sistemi il segnale radio è crittografato e può essere decifrato solo dal ricevitore, che è controllato dalla società e può essere disattivato se il cliente non paga la sua fattura.
La trasmissione utilizza diverse parti dello spettro radio, a seconda del tipo di segnali trasmessi e del pubblico target desiderato. I segnali a onde lunghe e onde medie possono fornire una copertura affidabile di aree di diverse centinaia di chilometri, ma hanno una capacità di trasporto di informazioni più limitata e quindi funzionano meglio con segnali audio (voce e musica) e la qualità del suono può essere degradata dal rumore radio naturale e artificiale fonti. Le bande di onde corte hanno una portata maggiore, ma sono maggiormente soggette a interferenze da parte di stazioni distanti e condizioni atmosferiche variabili che influiscono sulla ricezione.
Nella banda di frequenze molto alte, maggiore di 30 megahertz, l'atmosfera terrestre ha un effetto minore sulla gamma dei segnali e la propagazione della linea di vista diventa la modalità principale. Queste frequenze più elevate consentono la grande larghezza di banda richiesta per le trasmissioni televisive. Poiché le sorgenti di rumore naturale e artificiale sono meno presenti a queste frequenze, è possibile una trasmissione audio di alta qualità, usando la modulazione di frequenza.
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