Truyền thanh radio

Bài này viết về một công nghệ. Về các cách sử dụng khác, xem Radio

Một loạt antenna radio trên đỉnh Sandia gần Albuquerque, New Mexico, Hoa Kỳ. Anten phắt thường được đặt trên các đỉnh núi, để có được phạm vi truyền sóng tối đa.

Biểu đồ chiếu radio và sóng điện từ

Radio, ra-đi-ô hay máy phát thanh là kỹ nghệ truyền thanh, truyền tín hiệu hoặc liên lạc bằng sóng vô tuyến . Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số trong khoảng từ 30 Hz và 300 GHz. Chúng được cấu tạo bởi một thiết bị điện tử gọi là máy phát được kết nối với ăng-ten phát ra sóng và được thu bởi máy thu radio đã được kết nối với ăng-ten khác. Radio được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ nghệ hiện đại, trong thông tin vô tuyến, radar, điều hướng vô tuyến, điều khiển từ xa, viễn thám và các loại ứng dụng khác. Trong truyền thông vô tuyến như được sử dụng trong phát thanh và phát sóng truyền hình, điện thoại di động, radio hai chiều, mạng không dây và liên lạc vệ tinh trong nhiều mục đích sử dụng khác, sóng radio được sử dụng để truyền thông tin từ không gian từ máy phát đến máy thu, bằng cách điều chỉnh tín hiệu radio (gộp thông tin với tín hiệu thông tin trên sóng radio bằng cách thay đổi một số khía cạnh của sóng) trong máy phát. Trong radar, radio được sử dụng để định vị và theo dõi các vật thể như máy bay, tàu, phi thuyền và tên lửa, một chùm sóng vô tuyến phát ra từ một máy phát radar phản xạ lại vật thể mục tiêu và sóng phản xạ tiết lộ vị trí của vật thể đó. Trong các hệ thống định vị vô tuyến như GPS và VOR, một máy thu di động nhận tín hiệu vô tuyến từ các đèn hiệu vô tuyến điều hướng có vị trí được biết và bằng cách đo chính xác thời gian đến của sóng vô tuyến mà máy thu có thể tính toán vị trí của nó trên Trái Đất. Trong các thiết bị điều khiển từ xa không dây như máy bay không người lái, máy mở cửa nhà để xe và hệ thống ra vào không cần chìa khóa, tín hiệu vô tuyến được truyền từ thiết bị điều khiển sẽ điều khiển hoạt động của thiết bị từ xa.

Các ứng dụng của sóng vô tuyến không liên quan đến việc truyền sóng ở khoảng cách đáng kể, chẳng hạn như sưởi RF được sử dụng trong các quy trình công nghiệp và lò vi sóng, và sử dụng y tế như máy thu nhiệt và máy chụp MRI, thường không được gọi là radio. Danh từ radio cũng được sử dụng để có nghĩa là một máy thu radio phát sóng.

Sóng radio lần đầu tiên được nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz xác định và nghiên cứu bởi vào năm 1886. Các máy phát và máy thu vô tuyến thực tế đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1895-6 bởi Nicola Tesla của Ý và radio bắt đầu được sử dụng thương mại vào khoảng năm 1900. Để ngăn chặn sự can thiệp của người dùng, việc phát ra sóng vô tuyến được quy định chặt chẽ bởi luật pháp, được điều phối bởi một cơ quan quốc tế có tên là Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), nơi phân bổ các dải tần trong phổ radio cho các mục đích sử dụng khác nhau.

Sóng dùng trong radio có tần số trong khoảng từ 3Hz (dải tần ELF) đến 300 GHz (dải tần EHF). Tuy nhiên, từ dải tần SHF đến EHF, tức là từ tần số 3GHZ đến 300 GHz, bức xạ điện từ này thường gọi là sóng vi ba.

Từ radio còn được dùng để chỉ máy thu thanh - một thiết bị điện tử dùng để nhận về các sóng âm đã được biến điệu qua ăng ten để khuếch đại, phục hồi lại dạng âm thanh ban đầu, và cho phát ra ở loa.

Lịch sử và phát minh

Bài chi tiết: Lịch sử của radio

Xác định nguồn gốc của radio, trong thời kì được gọi là liên lạc không dây, vẫn còn đang tranh cãi. Cuộc tranh luận về người phát minh ra radio có thể được chia ra theo các giải thích sau:

1. Ai là người phát minh ra "sự truyền dữ liệu không dây dựa trên tần phổ" (spark-gap radio)?

   Nikola Tesla, Guglielmo Marconi và Alexander Popov.

2. Ai là người phát minh radio dựa trên sự thay đổi biên độ (Radio AM), vì thế có trên 1 đài có thể truyền sóng (khác với spark-gap radio, chỉ có một máy truyền phủ toàn bộ tần sóng)?

   Reginald Fessenden [1] và Lee de Forest.

3. Ai là người phát minh radio dựa trên sự biến thiên tần số (Radio FM), sóng radio có thể tránh sự tĩnh điện, bị nhiễu từ các thiết bị điện và môi trường?

   Edwin H. Armstrong và Lee de Forest.

Các radio ban đầu sử dụng toàn bộ năng lượng của máy truyền thông qua các microphone bằng carbon. Trong khi một số radio ban đầu sử dụng một số sự phóng đại bằng dòng điện hay pin, suốt từ giữa thập niên 1920 loại đầu thu phổ biến nhất là các máy thu radio tinh thể. Trong thập niên 1920, ống phóng đại chân không làm một bước tiến mới trong cả đầu thu và đầu phát.

Khám phá và phát triển

Lý thuyết cơ bản sự truyền sóng điện từ được trình bày đầu tiên năm 1873 bởi James Clerk Maxwell trong giấy chứng nhận của ông cho Hội Khoa học Hoàng Gia Anh thuyết động học về điện từ trường, là thành quả từ năm 1861 đến 1865. Năm 1878 David E. Hughes là người đầu tiên truyền và nhận sóng radio khi ông nhận thấy cân cảm ứng tạo ra âm thanh trong đầu thu của diện thoại tự chế của ông. Ông trình bày khám phá của mình trước Hội Khoa học Hoàng gia năm 1880 nhưng chỉ được xem là sự cảm ứng đơn thuần. Chính Heinrich Rudolf Hertz, giữa năm 1886 và 1888, là người đưa ra thuyết Maxwell thông qua thực nghiệm, chứng minh rằng bức xạ radio có tất cả tính chất của sóng (giờ đây được gọi là sóng Hert), và khám phá rằng công thức điện từ có thể định nghĩa lại là công thức chênh lệch bán phần gọi là công thức sóng.

William Henry Ward đưa ra bằng sáng chế Mỹ 126356 vào ngày 30 tháng 8 năm 1872. Mahlon Loomis đưa ra bằng sáng chế Mỹ 129971 vào ngày 30 tháng 7 năm 1872. Landell de Moura, một nhà truyền giáo và khoa học Brasil, tiến hành thí nghiệm sau năm 1893 (nhưng trước 1894). Ông đã không công bố thành tựu mãi cho đến khi 1900. Tuyên bố cho rằng Nathan Stubblefield phát minh ra radio trước cả Tesla lẫn Marconi, nhưng các dụng cụ của ông cho thấy chỉ làm việc với sự truyền cảm ứng hơn là truyền sóng radio.

Các công ty "không dây" và ống chân không

Marconi mở nhà máy không dây đầu tiên trên thế giới ở phố Hall, Chelmsford, Anh năm 1898, gồm khoảng 50 nhân viên. Vào năm 1900, Tesla mở tháp dịch vụ quảng cáo và tiện nghi Wardenclyffe. Vào năm 1903, tháp gần như hoàn thành. Nhiều thuyết tồn tại bằng cách nào mà Tesla ý định hoàn thành mục đích của hệ thống không dây (cho là hê thống 200 kW). Telsa tuyên bố rằng Wardenclyffe, là một phần của hệ thống truyền tin thế giới, sẽ cho phép sự thu phát thông tin đa hệ an toàn, định vị toàn vũ trụ, sự đồng bộ hóa thời gian, và hệ thống định vị toàn cầu.

Phát minh lớn tiếp theo là ống dò chân không, phát minh bởi một đội kĩ sư Westinghouse. Vào đêm Giáng sinh, năm 1906, Reginald Fessenden (sử dụng thuyết heterodin) truyền sóng radio âm thanh đầu tiên trong lịch sử từ Brant Rock, Massachusetts Hoa Kỳ. Thuyền trên biển nhận được sóng phát, trong đó cả Fessenfen chơi bản "O Holy Night" trên đàn violin và đọc một đoạn trong Kinh thánh. Tin tức radio đầu tiên trên thế giới được phát vào ngày 31 tháng 8 năm 1920 bởi đài 8MK ở Detroit, Michigan, Hoa Kỳ và đài phát sóng giải trí đầu tiên bắt đầu năm 1922 từ trung tâm nghiên cứu Marconi ở Writtle gần Chelmsford, Anh.

Radar

• Radar phát hiện vật ở một khoảng cách bằng sự phản hồi các sóng radio. Khoảng thời gian của sự phản hồi để xác định khoảng cách. Phương hướng của tia xác định hướng của sự phản hồi. Sự phân cực và tần số của sóng phản hồi có thể cho biết bề mặt của vật.
• Radar định vị quét một vùng không gian rộng từ 2 đến 4 lần trong 1 phút. Dùng sóng ngắn phản hồi từ đất hay đá. Radar sử dụng phổ biến trên tàu thương mại hay máy bay thương mại đường dài.
• Radar dùng cho mục đích thông thường dùng tần số radar định vị, nhưng không phải các tia điều biến và phân cực để các máy thu để xác định bề mặt của vật phản hồi. Radar thông thường tốt nhất có thể định dạng mưa trong cơn bão, cũng như mặt đất hay các phương tiện di chuyển. Một số có thể để lên cùng dữ liệu âm thanh và dữ liệu bản đồ từ định vị GPS.
• Radar tìm kiếm quét một vùng rộng lớn với xung tia radio ngắn. Chúng thường quét một vùng không gian từ 2 đến 4 lần 1 phút. Thỉnh thoảng radar dùng hiệu ứng Doppler để tách phương tiện vận chuyển với môi trường.
• Radar dò tìm mục tiêu sử dụng cùng nguyên lý như radar tìm kiếm nhưng quét vùng không gian nhỏ hơn nhiều, thường là vài lần 1 giây hay hơn nữa.
• Radar thời tiết tương tự radar dò tìm, nhưng sử dụng tia radio với sự phân cực tròn và có bước sóng phản hồi từ các giọt nước. Vài radar sử dụng Doppler để đo tốc độ gió.

Liên kết ngoài

Tần số radio
ELF	SLF	ULF	VLF	LF	MF	HF	VHF	UHF	SHF	EHF
3 Hz	30 Hz	300 Hz	3 kHz	30 kHz	300 kHz	3 MHz	30 MHz	300 MHz	3 GHz	30 GHz
30 Hz	300 Hz	3 kHz	30 kHz	300 kHz	3 MHz	30 MHz	300 MHz	3 GHz	30 GHz	300 GHz