Радио

Разнообразие радиоантенн на пике Сандия около Альбукерке, Нью-Мексико, США. Передающие антенны часто размещаются на высоких башнях или горных вершинах для максимальной дальности передачи

Ра́дио (лат. radiare, radio — испускать, облучать, излучать во все стороны; radius — луч) — способ передачи сообщений на расстояние посредством радиоволн, а также область науки и техники, связанная с изучением физических явлений, лежащих в основе этого способа, и с его использованием для связи, звукового вещания, передачи изображений, сигнализации, контроля и управления, обнаружения различных объектов и определения их местоположения и для других целей[1].

Термин «радио» впервые ввёл в обращение английский физик-химик Уильям Крукс приблизительно в 1873 году[2][* 1], то есть примерно за 20 лет до первых практических опытов по беспроводной телеграфной связи посредством электромагнитных волн и за 30 лет до появления международных рекомендаций по использованию этого термина в данной области науки и техники.

Звуковая информация преобразуется микрофоном в электрический сигнал, который модулирует радиоволны, создаваемые передатчиком. Приёмник принимает радиоволны, восстанавливает модулирующий сигнал и преобразует его обратно в удобную для человека форму громкоговорителем
Сравнение радиоволн, модулированных по амплитуде (АМ) и по частоте (FM)

На передающей стороне (в радиопередатчике) формируется высокочастотный сигнал определённой частоты (несущий сигнал, «несущая частота»). На него накладывается информационный сигнал, который нужно передать (звук, изображение и т. д.) — происходит модуляция несущей частоты информационным сигналом. Модулированный сигнал излучается передающей антенной в пространство, в виде радиоволн.

На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в приёмной антенне, откуда он поступает в радиоприёмник. Здесь система фильтров выделяет из множества наведённых в антенне токов от разных радиопередатчиков и от других источников радиоволн сигнал с определённой несущей частотой, а детектор восстанавливает из него модулирующий информационный (полезный) сигнал. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого радиопередатчиком, вследствие влияния разнообразных помех.

Первоначально радиоволны не применялись для передачи звука. Первым догадавшимся промодулировать радиосигнал звуковым сигналом был канадский изобретатель Реджинальд Фессенден, который включил угольный микрофон в разрыв провода антенны искрового передатчика. Таким способом 23 декабря 1900 года Фессенден осуществил передачу звукового сигнала на расстояние в 1 милю.

Хотя звук был сильно искажённым и непригодным для практического применения, этот эксперимент показал, что технические доработки могут улучшить передачу звукового сигнала. В дальнейших экспериментах в качестве источника радиосигнала Фессенден использовал электромашинный генератор переменного тока Эрнста Александерсона (альтернатор Александерсона) частотой около 50 кГц. Применив ранее построенную антенну высотой 128 м в Брант-Роке (небольшое поселение на берегу Атлантики чуть южнее Бостона в штате Массачусетс), 24 декабря 1906 года он осуществил первую в мире радиовещательную передачу звукового сигнала[3].

Современный мобильный телефон с внутренней антенной (слева). Башня сотовой связи с антеннами трёх различных сетей (справа)

В практике радиовещания и телевидения используется упрощённая классификация радиодиапазонов:

В зависимости от диапазона, радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

Радиоволны распространяются в вакууме и в атмосфере, земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако благодаря эффектам дифракции и отражения возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости, в частности, находящимися на большом расстоянии.

Распространение радиоволн от источника к приёмнику может происходить несколькими путями одновременно — такое распространение называется многолучёвостью. Вследствие многолучёвости и изменений параметров среды возникают замирания (англ. fading) — изменение уровня принимаемого сигнала во времени. При многолучёвости изменение уровня сигнала происходит вследствие интерференции, то есть в точке приёма электромагнитное поле представляет собой «сумму» радиоволн диапазона, смещённых во времени.

Термин «радиовещание» был введён И. Г. Фрейманом[4] и стал широко использоваться в Советской России с 1921 года, когда Радиотехническим советом Народного комиссариата почт и телеграфов была принята программа, предусматривавшая организацию радиовещания через громкоговорители в центральных городах, в 280 губернских и уездных центрах. Постоянные радиопередачи с применением уличного громкоговорителя были организованы в июне 1921 года в Москве, а 2 августа в подмосковных Люберцах начал работу первый радиоузел[5].

Английский термин «broadcasting» ввёл основатель и преподаватель колледжа беспроводной телеграфии и техники в Сан-Хосе Ч. Херолд. Он построил искровой передатчик(когда?), через который начал транслировать речевые и музыкальные программы, которые принимали в основном бывшие и действующие ученики колледжа. Херолд родился и вырос в фермерской среде, где посев семян на поле в разброс назывался «broadcasting» — широкий разброс. Антенна передатчика имела круговую диаграмму направленности, то есть излучала радиоволны во все стороны, и по аналогии с сельскохозяйственным определением, Херолд стал именовать так свои трансляции.

Решениями ГКРЧ России (Государственной комиссии по радиочастотам), для гражданской связи физическими и юридическими лицами, на территории Российской Федерации выделены 3 группы частот:
Любительская коротковолновая радиостанция. Внизу — приёмопередатчик (трансивер), на нём — согласующее устройство с измерителем КСВ

Радиолюбительская связь — многогранное техническое хобби, выражающееся в проведении радиосвязей в отведённых для этой цели диапазонах радиочастот. Данное хобби может иметь направленность в сторону той или иной составляющей; например:

В компьютерных сетях AMPRNet соединение обеспечивается любительскими радиостанциями.

Н. Тесла демонстрирует беспроводную передачу электрической энергии, 1891 г.

Уильям Крукс, хотя и не проводил экспериментов по технике передачи и приёма электромагнитных волн, но был писателем-фантастом, допускавшим «бесконтактную биологическую связь между головами людей» и публиковал свои статьи в журналах. В 1892 году в статье «Некоторые возможности применения электричества» в английском журнале общего профиля, описывая воображаемую приёмо-передающую установку, он широко использовал понятие «радио». Его другие заявленные по тексту термины, такие как «генерирование», «диапазон», «чувствительность», «избирательность» и прочие, стали впоследствии общеупотребительными[2].

Первый патент на беспроводную передачу электрического сигнала получил в 1872 году американский исследователь, стоматолог по профессии Малон Лумис, заявивший в 1866 году об изобретении способа беспроводной связи. В США изобретателем беспроводной связи считают Дэвида Хьюза (1878), а также Томаса Эдисона (1876) и Николу Теслу (патент на передающее устройство с резонанс-трансформатором в 1891 году[6]). В Германии — Генриха Герца (1888); во Франции — Эдуарда Бранли (1890); в ряде балканских стран — Николу Теслу (1891); в Бразилии — Ланделя де Муру (1893—1894); в Англии — Оливера Джозефа Лоджа (1894); в Индии — Джагадиша Чандру Боше (1894—1895); в России — А. С. Попова (1895) и Якова Наркевича-Иодко (1890).

В западных странах создателем первой успешной системы беспроводной передачи телеграфного сигнала считается итальянский инженер Гульельмо Маркони (1895—1896)[7][8][9].

В СССР и в бывших союзных республиках одним из изобретателей беспроволочного телеграфа считается А. С. Попов[8][10]. В опытах, проведённых в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, прибор Попова обнаруживал излучение электромагнитных волн на расстоянии до 60 м от передатчика. На заседании Русского физико-химического общества в Петербурге 25 апреля (7 мая) 1895 года Попов продемонстрировал, как указано в протоколе заседания, [11]. В СССР с 1945 года 7 мая стали отмечать как День радио.

«прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве»

Во Франции изобретателем беспроволочной телеграфии долгое время считался создатель когерера (трубки Бранли) Эдуард Бранли (1890)[12][13].

В Индии беспроводную передачу электромагнитных волн в 1894 году демонстрирует Джагадиш Чандра Боше[14][15].

В Великобритании в 1894 году первым демонстрирует беспроводную передачу и приём электромагнитных волн на расстояние 40 метров изобретатель когерера (трубка Бранли со встряхивателем) Оливер Лодж. Одним из изобретателей способа передачи и приёма электромагнитных волн (которые длительное время назывались «волнами Герца — Hertzian Waves») ряд исследователей называют немецкого учёного Генриха Герца (1888).

Основные этапы истории изобретения радио, с точки зрения развития теории и практики радиосвязи, выглядят следующим образом:

Изобретение радиосвязи дало начало таким научно-техническим направлениям, как радиоастрономия, радиометрология, радионавигация, радиолокация, радиоразведка, радиопротиводействие[38], послужило стимулом в исследовании и развитии электричества, и стало основой электроники.