Радио - это технология передачи сигналов и общения с использованием радиоволн. Радиоволны - это электромагнитные волны с частотой от 30 герц (Гц) до 300 гигагерц (ГГц). Они генерируются электронным устройством, называемым передатчиком, подключенным к антенне, которая излучает волны, и принимаются радиоприемником, подключенным к другой антенне. Радио очень широко используется в современных технологиях, в радиосвязи, радиолокации, радионавигации, дистанционном управлении, дистанционном зондировании и других применениях. В радиосвязи, используемой в радиовещании и телевидении, сотовых телефонах, двусторонней радиосвязи, беспроводных сетях и спутниковой связи, среди множества других применений радиоволны используются для передачи информации через пространство от передатчика к приемнику путем модуляции радиосигнала. (вывод информационного сигнала на радиоволну путем изменения некоторого аспекта волны) в передатчике. В радаре, используемом для определения местоположения и отслеживания таких объектов, как самолеты, корабли, космические корабли и ракеты, луч радиоволн, излучаемый радиолокационным передатчиком, отражается от объекта-цели, а отраженные волны показывают местоположение объекта. В радионавигационных системах, таких как GPS и VOR, мобильный приемник принимает радиосигналы от навигационных радиомаяков, положение которых известно, и, точно измеряя время прибытия радиоволн, приемник может рассчитать свое положение на Земле. В беспроводных устройствах дистанционного радиоуправления, таких как беспилотные летательные аппараты, устройства открывания гаражных ворот и системы безключевого доступа, радиосигналы, передаваемые с устройства контроллера, управляют действиями удаленного устройства.

Применения радиоволн, которые не включают передачу волн на значительные расстояния, такие как радиочастотное нагревание, используемое в промышленных процессах и микроволновых печах, и медицинские применения, такие как диатермия и МРТ, обычно не называют радио. Существительное радио также используется для обозначения радиоприемника.

Радиоволны были впервые идентифицированы и исследованы немецким физиком Генрихом Герцем в 1886 году. Первые практические радиопередатчики и приемники были разработаны итальянцем Гульельмо Маркони в 1895-6 гг., А коммерческое использование радио началось примерно в 1900 г. Для предотвращения помех между пользователями, излучение радиоволн строго регламентируется законодательством, координируемым международным органом, называемым Международным союзом электросвязи (МСЭ), который распределяет полосы частот в радиочастотном спектре для различных целей.

Радиоволны излучаются электрическими зарядами, проходящими ускорение. Они генерируются искусственно изменяющимися во времени электрическими токами, состоящими из электронов, протекающих взад и вперед в металлическом проводнике, называемом антенной, и таким образом ускоряются. При передаче передатчик генерирует переменный ток радиочастоты, который подается на антенну. Антенна излучает силу тока в виде радиоволн. Когда волны попадают на антенну радиоприемника, они толкают электроны в металле взад-вперед, вызывая крошечный переменный ток. Радиоприемник, подключенный к приемной антенне, обнаруживает этот колебательный ток и усиливает его.

По мере удаления от передающей антенны радиоволны распространяются так, что их мощность сигнала (интенсивность в ваттах на квадратный метр) уменьшается, поэтому радиопередачи могут приниматься только в пределах ограниченного диапазона передатчика, причем расстояние зависит от мощности передатчика, диаграмма направленности антенны, чувствительность приемника, уровень шума и наличие препятствий между передатчиком и приемником. Всенаправленная антенна передает или принимает радиоволны во всех направлениях, в то время как направленная антенна или антенна с высоким коэффициентом усиления передает радиоволны в луче в определенном направлении или принимает волны только в одном направлении.

Радиоволны движутся в вакууме со скоростью света, а в воздухе - очень близко к скорости света, поэтому длина радиоволны, расстояние в метрах между соседними гребнями волны, обратно пропорциональна ее частоте.

Другие типы электромагнитных волн, кроме радиоволн; инфракрасный, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновское излучение и гамма-излучение также способны нести информацию и использоваться для связи. Широкое использование радиоволн для телекоммуникаций в основном обусловлено их желательными свойствами распространения, обусловленными их большой длиной волны. Радиоволны обладают способностью проходить через атмосферу, листву и большинство строительных материалов и при помощи дифракции могут огибать препятствия, и в отличие от других электромагнитных волн они имеют тенденцию рассеиваться, а не поглощаться объектами, длина которых превышает их длину волны.

Модулированная радиоволна, несущая информационный сигнал, занимает диапазон частот. Смотрите схему. Информация (модуляция) в радиосигнале обычно концентрируется в узких полосах частот, называемых боковыми полосами (SB), чуть выше и ниже несущей частоты. Ширина в герцах частотного диапазона, который занимает радиосигнал, самая высокая частота минус самая низкая частота, называется его шириной полосы (BW). Для любого данного отношения сигнал / шум величина полосы пропускания может нести одинаковое количество информации (скорость передачи данных в битах в секунду) независимо от того, где в радиочастотном спектре она расположена, поэтому полоса пропускания является мерой переноса информации. вместимость. Ширина полосы, необходимая для радиопередачи, зависит от скорости передачи передаваемой информации (сигнала модуляции) и спектральной эффективности используемого метода модуляции; сколько данных он может передавать в каждом килогерце полосы пропускания. Различные типы информационных сигналов, передаваемых по радио, имеют разные скорости передачи данных. Например, телевизионный (видео) сигнал имеет большую скорость передачи данных, чем аудиосигнал.

Радиоспектр, общий диапазон радиочастот, который может использоваться для связи в данной области, является ограниченным ресурсом. Каждая радиопередача занимает часть общей доступной полосы пропускания. Пропускная способность радиосвязи рассматривается как экономический товар, который имеет денежные затраты и пользуется растущим спросом. В некоторых частях радиоспектра право на использование полосы частот или даже одного радиоканала покупается и продается за миллионы долларов. Таким образом, существует стимул использовать технологию для минимизации полосы пропускания, используемой радиослужбами.

В последние годы произошел переход от аналоговых технологий к цифровой радиопередаче. Одна из причин этого заключается в том, что цифровая модуляция часто может передавать больше информации (с большей скоростью передачи данных) в данной полосе пропускания, чем аналоговая модуляция, используя алгоритмы сжатия данных, которые уменьшают избыточность данных, подлежащих отправке, и более эффективную модуляцию. Другими причинами перехода является то, что цифровая модуляция обладает большей помехоустойчивостью, чем аналоговые, микросхемы цифровой обработки сигналов имеют большую мощность и гибкость, чем аналоговые схемы, и широкий спектр типов информации может передаваться с использованием одной и той же цифровой модуляции.

Поскольку этот фиксированный ресурс востребован все большим числом пользователей, спектр радиочастот в последние десятилетия становится все более перегруженным, и необходимость более эффективного его использования приводит к появлению многих дополнительных инноваций в области радиосвязи, таких как транкинговые радиосистемы, расширенный спектр. (сверхширокополосная) передача, повторное использование частот, динамическое управление использованием спектра, объединение частот и когнитивное радио.

Вещание - это односторонняя передача информации от радиопередатчика к приемникам, принадлежащим публичной аудитории. Поскольку радиоволны становятся слабее с расстоянием, радиовещательную станцию ​​можно принимать только на ограниченном расстоянии от ее передатчика. Системы, которые вещают со спутников, обычно можно принимать по всей стране или континенту. Старое наземное радио и телевидение оплачивается коммерческой рекламой или правительством. В системах подписки, таких как спутниковое телевидение и спутниковое радио, клиент платит ежемесячную плату. В этих системах радиосигнал шифруется и может быть расшифрован только получателем, который контролируется компанией и может быть деактивирован, если клиент не оплатит свой счет.

Вещание использует несколько частей радиоспектра, в зависимости от типа передаваемых сигналов и желаемой целевой аудитории. Длинноволновые и средневолновые сигналы могут обеспечить надежное покрытие областей шириной в несколько сотен километров, но обладают более ограниченной пропускной способностью информации и поэтому лучше всего работают с аудиосигналами (речью и музыкой), а качество звука может ухудшаться из-за радиошума от естественных и искусственных источники. Коротковолновые полосы имеют больший потенциальный диапазон, но больше подвержены помехам от удаленных станций и изменяющимся атмосферным условиям, которые влияют на прием.

В очень высокой полосе частот, превышающей 30 мегагерц, атмосфера Земли оказывает меньшее влияние на диапазон сигналов, и распространение в пределах прямой видимости становится основным режимом. Эти более высокие частоты позволяют большую полосу пропускания, необходимую для телевизионного вещания. Поскольку источники естественного и искусственного шума на этих частотах меньше присутствуют, возможна высококачественная передача звука с использованием частотной модуляции.