Radioul si Undele radio

Radioul

Undele radio sunt o forma de radiatie care are efecte electrice si magnetice. Teoria care explica existenta unei asemenea radiatii electromagnetice a fost prima data expusa de omul de stiinta britanic James Clerk Maxwell, in 1864, iar teoria sa a fost mai tarziu confirmata de experimentele fizicianului german Heinrich Hertz din anii 1880.

In 1887, Hertz a demonstrat in public transmisia si receptia undelor radio. Emitatorul sau a produs un curent electric care, cand era descarcat sub forma unei scantei, alterna rapid sau isi schimba directia fluxului. Curentul care se schimba rapid a determinat o pereche de placi metalice sa emita unde radio, pe care Hertz le-a receptionat initial la o distanta de aproximativ 3 metri, utilizand cea mai simpla forma de receptor - o bucla de sarma. Intr-o camera obscura, se putea vedea clar o scanteie sarind peste spatiu buclei, de fiecare data cand se pornea emitatorul.

Munca lui Hertz a fost studiata si dezvoltata de oameni de stiinta si ingineri din multe tari, insa italianul Guglielmo Marconi este cel mai apreciat pentru munca de pionerat in radiodifuziune. In iunie 1896, Marconi a patentat primul sistem functional de telegrafie prin radio. Asemenea telegrafului electric, acesta putea transmite mesaje pe o anumita distanta, folosind impulsuri scurte si lungi - punctele si liniile semnalelor Morse. Avantajele transmiterii semnalelor prin radio a fost acela ca nu era nevoie de cabluri intre emitator si receptor, si din acest motiv primele sisteme si aparate de radiodifuziune au fost numite "fara fir".

Marconi si-a inceput experimentele in 1894, const ruind un emitator si receptor in Italia la vila de langa Bologna a tatalui sau. Asemenea lui  Hertz, Marconi a folosit un emitator cu scantei, dar receptorul sau avea incorporat un dispozitiv cunoscut sub numele de coeror , pentru detectarea undelor radio.

Coerorul s-a inventat in 1890 de Edouard Branley, la Universitatea Catolica de la Paris. El consta dintr-un tub de sticla ce continea pilitura de metal. In mod normal, rezistenta electrica dintre capetele tubului era mare, de aceea numai o cantitate mica de curent putea sa se deplaseze intre ele. Insa prezenta undelor radio determina scaderea rezistentei, astfel incat prin pilitura putea sa treaca curent electric, pentru a face un clopotel sa sune sau un receptor telegrafic, numit ecometru, sa pocneasca ca raspuns la semnale.

Dupa obtinerea unui sistem fiabil, Marconi s-a concentrat asupra extinderii razei de actiune. La inceput a transmis semnale pe distante de doar cativa metri, dar curand a putut acoperi mai multi kilometri. Aceasta a insemnat ca aparatura avea o utilitate practica pentru telegrafie si, din acest motiv, Marconi a apelat pentru ajutor financiar la guvernul Italiei, pentru a-si putea continua munca. Acesta nu a manifestat interes si astfel Marconi a plecat in Anglia unde Oficiul Postal Britanic era dispus sa ii asigure toate facilitatile de care avea nevoie. In 1896 Marconi a construit o legatura telegrafica radio intre mai multe cladiri din Londra, iar anul urmator a stabilit o legatura de 13 km peste Canalul Bristol. In 1897 a acoperit 29 km de la Poole, in Dorset, pana la Insula Wight.

Tot in 1897, fizicianul englez Oliver Lodge a introdus principiul "concordantei" - numit azi acordare. Un circuit care continea un condensator si o bobina era folosit pentru a regla viteza cu care alterna curentul electric din emitator si , prin aceasta, viteza cu care erau produse undele radio. Cu alte cuvinte, circuitul de acord pentru selectarea undelor dorite. Acest sistem a aratat ca puteau fi folosite mai multe sisteme de telegrafiere prin radio, in acelasi timp, fara ca ele sa se interfereze. Curand Marconi a inceput sa foloseasca acest principiu pentru propria sa aparatura.

Pana in 1899 Marconi transmisese deja la o distanta de 48 km, de acea nu a fost o problema acoperirea distantei dintre Canalul Manecii si Franta. Cel mai important eveniment a avut loc insa in decembrie 1901, cand undele sale radio au trecut Oceanul Atlantic . La St John's, in Newfoundland, el a receptionat un semnal transmis de postul sa de emisie de la Poldhu, din Cornwall, Anglia - de la o distanta mai mare de 3000 km. Ca rezultat, multe nave au fost curand dotate cu aparatura radio pentrua putea tine legatura cu porturile si a putea chema in ajutor in caz de urgenta.

In timp ce radioul a extins hotarele telegrafiei un fizician din Canada, Reginald Fessenden, a abordat o alta problema. Aceasta era dezvoltarea radiotelefoniei - sau a transmisiei de sunete adevarate, nu doar semnale, prin radio.

Conceptul de la baza radiotelefoniei era de a folosi un microfon pentru a modula, sau varia, undele radio emise. Fessenden a inceput sa faca transmisii pe distante mici deja in 1900. Unele receptoare aveau detectoare care produceau un sunet in castile radio, astfel incat radiotelegrafistii sa poata  asculta punctele si liniile semnalelor telegraficerecptionate. Imaginati-va uimirea lor cand in loc de puncte si linii au auzit vioara si colindele lui Fessenden. Apoi punand un disc de gramofon cu Largo a lui Handel, Fessenden a devenit primul disc jockey de radio. La cererea sa, radiotelegrafistii de pe nave i-au scris pentru a-i confirma receptionarea emisiei sale.

Emitatoarele cu scantei da deau un semnal impur, cu pocnituri zgomotoase de fond. Din acest motiv, in experimentele ulterioare ale lui Fessenden s-a utilizat un alternator (generator de curent electric alternativ), special conceput pentru a produce curentul electric cu alternare rapida cerut de emitator. La acea vreme aparusera primele lampi electronice, sau tuburi electronice cu vid. Curand acestea au condus la introducerea de tehnici noi de emisie si receptie prin radio si la dezvoltarea generala a ceea ce se numea electronica.

Trioda (trei electrozi) a fost inventata de americanul Lee de Forest, in 1906-1907. Asemenea lampi electronice puteau fi folosite intr-un emitator pentru a genera un semnal de radiofrecventa pur, sau purtator, pentru a-l modula cu un semnal sonor si a amplifica (intari) frecventa purtatoare modulata, inainte de a fi emisa de la antena de emisie.

Lampile electronice puteau fi folosite si in receptor, pentru a intari semnalul receptionat de antena, pentru a separa semnalul sonor de unda purtatoare si a o amplifica inainte de a fi reprodusa in casti sau in difuzor.

Dezvoltarea si punerea in practica a tehnicilor lectronice necesitau timp, iar primele triode erau scumpe. De aceea, cand a inceput radiodifuziunea publica, in anii 1920, oamenii ascultau la casti radio conectate la radiouri simple cu galena. In interiorul castilor radio , un electromagnet actiona asupra unei placi metalice subtiri, numita diafragma. Semnalele electrice treceau prin casti, excitau electromagnetul si determinau metalul sa vibreze si sa emita sunete corespunzatoare.

Majoritatea radiourilor cu galena detectau componenta sonora a semnalului receptionat folosind un cristal de galena (sulfura de plumb) si o sarma cu varf ascutit, numita "mustata" . Cand sarma facea contact cu un punct sensibil de pe cristal, jonctiunea dintre ele actiona ca un redresor, sau o dioda. Ea permitea curentului sa se deplaseze intr-o singura directie. Trecerea semnalului receptionat direct prin castile radio nu producea sunet, pentru ca diafragma pur si simplu nu se putea misca destul de repede pentru a tine pasul cu curentul electric de la undele radio, care se inversa rapid. O data ce a inceput sa se miste intr-o directie , ea era impinsa inapoi in directia cealalta, ca urmare abia se misca. Dar cu o dioda in circuit impulsurile unidirectionale de curent curgeau intr-o succesiune rapida si ele determinau diafragma sa urmaresca schimbarile relativ lente de intensitate ale semnalului sonor transmis.

Aceste radiouri cu galena confereau o receptie remarcabil de clara si erau convenabile pentru ca nu necesitau baterii sau alte forme de alimentare cu curent electric. Energia care producea sunetele venea direct de la undele radio receptionate de o antena de sarma. Totusi, acest lucru insemna ce aera nevoie de o sarma foarte lunga pentru a auzi semnalele slabe de la posturile indepartate.

Un alt dezavantaj al radiourilor cu galena era selectivitatea slaba. Postul era selectat prin reglarea unei bobine sau al unui condensator electric din circuitul de acord. Insa circuitul simplu nu putea separa complet semnalele frecventelor similare. Aceasta devenise o problema odata cu cresterea numarului posturilor de radio. Transformarile pentru cresterea selectivitatii au avut ca rezultat si o sensibilitate redusa - volum mai mic. Dar introducerea receptoarelor cu lampi electronice de amplificare a depasit aceste dificultati. Acum radiourile aveau sensibilitate si selectivitate buna. Aceasta a permis un volum adecvat pentru difuzoare, astfel putea fi auzit bine intr-o incapere.

Posturile radio de pe benzile de unde medii si lungi ale unui radio emit prin utilizarea modularii in amplitudine (AM). Aceasta inseamna ca semnalele sonore moduleaza sau variaza amplitudinea sau intensitatea undelor purtatoare de radiofrecventa. Aceste semnale pot fi bruiate de furtuni si diferite aparate electrocasnice. Aceasta se intampla deoarece impulsurile care se interfereaza se suprapun peste semnalele radio. Schimbarile de amplitudine rezultate sunt detectate alaturi de semnalele sonore, si produc sasaituri sau pocnete de fond nedorite. Problema poate fi depasita prin modulatiade frecventa (FM), in care semnalul sonor este folosit pentru a varia frecventa undei purtatoare. Receptorul FM este conceput pentru a detecta schimbari de frecventa, nu schimbari de amplitudine, si astfel orice interferenta de fond trece neobservata. UN post radio care foloseste modulatia de frecventa ocupa o banda de frecvente larga. Astfel acest tip de emisie trebuie adaptat in banda larga FIF (de foarte inalta frecventa), sau in benzi de unde de frecvente chiar mai mari.

De-a lungul anilor, multe receptoare populare au devenit mai compacte. Marimea lampilor electronice s-a redus treptat si, in cele din urma au fost inlocuite cu micii tranzistori. In multe radiouri portabile moderne majoritatea partilor electronice sunt continute intr-un singur cip.

In prezent, in multe tari sunt atat de multe posturi de radio, incat selectarea celui dorit poate fi dificila. Cand calatorim intr-un loc strain, nici macar nu putem sti unde sigur sa cautam, deoarece diferitele regiuni utilizeaza frecvente diferite. Sistemul de Informare Radio solutioneaza aceasta problema. Emisiile poarta un semnal suplimentar inaudibil, care contine informatii despre post. Un microcip din receptor sorteaza aceste informatii si le afiseaza pe un panou de semnalizare. Daca mai multe emitatoare transmit programul selectat, receptorul se conecteaza automat la semnalul cel mai puternic. Astfel, un ascultator dintr-o masina in deplasare este asigurat de o foarte buna receptie.