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Rádio (comunicação)
Nota:
Para o aparelho de rádio, veja
Radiorreceptor
Para o elemento químico, veja
Rádio (elemento químico)
Para outros significados, veja
Rádio (desambiguação)
Várias
antenas de rádio
em Sandia Peak, perto de
Albuquerque, Novo México
, Estados Unidos
Rádio
é a tecnologia de
comunicação
por meio de
ondas de rádio
que são
ondas eletromagnéticas
de
frequência
entre 3
hertz
(Hz) e 300
giga-hertz
(GHz). Elas são geradas por um
dispositivo eletrônico
denominado
transmissor
conectado a uma
antena
que irradia energia elétrica oscilante, muitas vezes caracterizada como uma
onda
. Podem ser recebidas por outras antenas conectadas a um
receptor de rádio
, este é o princípio fundamental da comunicação por rádio. Além da comunicação, o rádio é usado para
radar
radionavegação
controle remoto
sensoriamento remoto
e outras aplicações.
Na
comunicação por rádio
ou
radiocomunicação
, usada em transmissão de rádio e
televisão
telefones celulares
, rádios bidirecionais,
redes sem fio
comunicação por satélite
, entre vários outros usos, as ondas de rádio são usadas para transportar informações através do espaço de um transmissor a um receptor,
modulando
o sinal de rádio (imprimindo um sinal de informação na onda de rádio, variando algum aspecto da onda) no transmissor. No radar, é usado para localizar e rastrear objetos como
aeronaves
navios
espaçonaves
mísseis
, um feixe de ondas de rádio emitido por um transmissor de radar reflete no objeto alvo e as ondas refletidas revelam a localização do objeto para um receptor que normalmente está colocado com o transmissor. Em sistemas de
radionavegação
como
GPS
VOR
, um instrumento de navegação móvel recebe sinais de rádio de múltiplos
radiofaróis de navegação
cuja posição é conhecida, e medindo com precisão o tempo de chegada das ondas de rádio o receptor pode calcular sua posição na Terra. Em dispositivos
de controle remoto por rádio
sem fio, como
drones
, abridores de portas de garagem e sistemas de entrada sem chave, os sinais de rádio transmitidos de um dispositivo controlador controlam as ações de um dispositivo remoto.
A existência de ondas de rádio foi comprovada pela primeira vez pelo físico alemão
Heinrich Hertz
em 11 de novembro de 1886.
Em meados da década de 1890, com base nas técnicas que os físicos usavam para estudar ondas eletromagnéticas,
Guglielmo Marconi
desenvolveu o primeiro aparelho para comunicação de rádio de longa distância,
enviando uma mensagem sem fio em
código Morse
para um destinatário a mais de um quilômetro de distância em 1895
e o primeiro sinal transatlântico em 12 de dezembro de 1901.
A primeira transmissão de rádio comercial foi transmitida em 2 de novembro de 1920, quando os resultados ao vivo da
eleição presidencial de Harding-Cox
foram transmitidos pela Westinghouse Electric and Manufacturing Company em Pittsburgh, sob o indicativo KDKA.
A emissão de ondas radioelétricas é regulamentada por lei e coordenada pela
União Internacional de Telecomunicações
(UIT), que atribui faixas de frequência do espectro radioelétrico para diversas utilizações.
Etimologia
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A palavra
rádio
é derivada da palavra
latina
raio
, que significa “raio de roda, feixe de luz, raio”. Foi aplicado pela primeira vez às comunicações em 1881, quando, por sugestão do cientista francês Ernest Mercadier,
Alexander Graham Bell
adotou
radiofone
(que significa "som irradiado") como um nome alternativo para seu sistema de transmissão óptica
fotofone
10
Após a descoberta da existência de
ondas de rádio
por Hertz em 1886, o termo
ondas hertzianas
foi inicialmente usado para esta
radiação
11
Os primeiros sistemas práticos de comunicação por rádio, desenvolvidos por Marconi em 1894-1895, transmitiam sinais
telegráficos
por ondas de rádio,
então a comunicação por rádio foi inicialmente chamada de
telegrafia sem fio
. Até cerca de 1910 o termo também incluía uma variedade de outros sistemas experimentais para transmissão de sinais telegráficos sem fios, incluindo
indução eletrostática
indução eletromagnética
condução aquática e terrestre
, portanto havia necessidade de um termo mais preciso referindo-se exclusivamente à radiação eletromagnética.
12
13
O físico francês
Édouard Branly
, que em 1890 desenvolveu o
coesor
detector de ondas de rádio, chamou-o em francês de
radio-conducteur
14
15
O prefixo
radio
foi mais tarde usado para formar palavras compostas descritivas adicionais e palavras hifenizadas, especialmente na Europa. Por exemplo, no início de 1898 a publicação britânica
The Practical Engineer
incluiu uma referência ao
radiotelégrafo
à radiotelegrafia
14
16
O uso do termo
rádio
como uma palavra autônoma remonta pelo menos a 30 de dezembro de 1904, quando as instruções emitidas pelos Correios Britânicos para a transmissão de telegramas especificavam que "A palavra 'Rádio'... é enviada nas Instruções de Serviço."
14
17
Esta prática foi adotada universalmente e a palavra "rádio" introduzida internacionalmente, pela Convenção Radiotelegráfica de Berlim de 1906, que incluía um Regulamento de Serviço especificando que "Os radiotelegramas devem indicar no preâmbulo que o serviço é 'Rádio
14
História
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As
ondas eletromagnéticas
foram previstas por
James Clerk Maxwell
em sua teoria do
eletromagnetismo
de 1873, agora chamada de
equações de Maxwell
, que propôs que um
campo elétrico
oscilante e um
campo magnético
acoplados poderiam viajar pelo espaço como uma
onda
e propôs que a luz consistia em ondas eletromagnéticas de
comprimento curto
. Em 11 de novembro de 1886, o físico alemão
Heinrich Hertz
, tentando confirmar a teoria de Maxwell, observou pela primeira vez ondas de rádio que ele gerou usando um
transmissor primitivo de centelhador
Experimentos de Hertz e dos físicos
Jagadish Chandra Bose
Oliver Lodge
Lord Rayleigh
Augusto Righi
, entre outros, mostraram que ondas de rádio como a luz demonstravam
reflexão
refração
difração
polarização
ondas estacionárias
, sendo que viajavam na mesma velocidade que a luz, confirmando que tanto a luz quanto as ondas de rádio eram ondas eletromagnéticas, diferindo apenas na frequência.
18
Em 1895,
Guglielmo Marconi
desenvolveu o primeiro sistema de comunicação por rádio, usando um transmissor centelhador para enviar
código Morse
por longas distâncias. Em dezembro de 1901, ele havia transmitido através do Oceano Atlântico.
Marconi e
Karl Ferdinand Braun
dividiram o
Prêmio Nobel de Física
de 1909 "por suas contribuições para o desenvolvimento da telegrafia sem fio".
19
Durante as primeiras duas décadas do rádio, chamadas de era da
radiotelegrafia
, os primitivos transmissores de rádio de
ondas amortecidas
só podiam transmitir pulsos de ondas de rádio, não as ondas contínuas que eram necessárias para a
modulação
de áudio, então o rádio era usado para comunicações de mensagens de texto comerciais, diplomáticas e militares de pessoais de pessoa para pessoa. Por volta de 1908, os
países industrializados
construíram redes mundiais de poderosos
transmissores de faíscas
transoceânicos para trocar tráfego de
telegramas
entre continentes e comunicar com as suas colônias e frotas navais. Durante a
Primeira Guerra Mundial
, o desenvolvimento de transmissores de rádio de
ondas contínuas
, detectores eletrolíticos
retificadores
e receptores de rádio de cristal permitiu que a
radiotelefonia
com
modulação de amplitude
(AM) fosse alcançada por
Reginald Fessenden
e outros, permitindo a transmissão de som (áudio). Em 2 de novembro de 1920, a primeira transmissão de rádio comercial foi transmitida pela Westinghouse Electric and Manufacturing Company em Pittsburgh, sob o indicativo KDKA apresentando cobertura ao vivo da
eleição presidencial de Harding-Cox
Tecnologia
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As ondas de rádio são irradiadas por
cargas elétricas
em
aceleração
20
21
Eles são gerados artificialmente por
correntes elétricas
que variam no tempo, consistindo de
elétrons
fluindo para frente e para trás em um condutor metálico chamado
antena
22
23
À medida que se afastam da antena transmissora, as ondas de rádio se espalham, de modo que a intensidade do sinal (
intensidade
em watts por metro quadrado) diminui, de modo que as transmissões de rádio só podem ser recebidas dentro de um alcance limitado do transmissor, a distância dependendo da potência do transmissor, do padrão de radiação da antena, da sensibilidade do receptor, do nível de ruído e da presença de obstruções entre o transmissor e o receptor. Uma
antena omnidirecional
transmite ou recebe ondas de rádio em todas as direções, enquanto uma
antena direcional
transmite ondas de rádio em um feixe em uma direção específica ou recebe ondas de apenas uma direção.
24
25
26
As ondas de rádio viajam à
velocidade da luz
no
vácuo
27
28
Os outros tipos de
ondas eletromagnéticas
além das ondas de rádio -
infravermelho
luz visível
ultravioleta
raios X
raios gama
- também podem transportar informações e ser usadas para comunicação. A ampla utilização de ondas de rádio para telecomunicações se deve principalmente às suas propriedades desejáveis de
propagação
decorrentes de seu grande comprimento de onda.
23
Comunicação via rádio
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Comunicação via rádio. Informações como o som são convertidas por um transdutor como um
microfone
em um sinal elétrico, que modula uma
onda de rádio
produzida pelo
transmissor
. Um receptor intercepta a onda de rádio e extrai o sinal de
modulação
que contém informações, que é convertido de volta para uma forma utilizável por humanos com outro transdutor, como um
alto-falante
Comparação de ondas de rádio moduladas
AM
FM
Nos sistemas de comunicação por rádio, a informação é transportada através do espaço por meio de
ondas de rádio
. No final do envio, a informação a ser enviada é convertida por algum tipo de
transdutor
em um
sinal elétrico
variável no tempo denominado sinal de modulação.
23
29
O sinal de modulação pode ser um sinal de áudio que representa o som de um
microfone
, um
sinal de vídeo
que representa imagens em movimento de uma
câmera de vídeo
ou um
sinal digital
que consiste em uma sequência de
bits
que representa dados binários de um computador. O sinal de modulação é aplicado a um
transmissor de rádio
. No transmissor, um
oscilador eletrônico
gera uma
corrente alternada
oscilando em
radiofrequência
, chamada de
onda portadora
porque serve para “transportar” a informação pelo ar. O sinal de informação é utilizado para
modular
a portadora, variando algum aspecto dela e imprimindo a informação. Diferentes sistemas de rádio usam diferentes métodos de modulação:
30
AM (
modulação de amplitude
) – em um transmissor AM, a
amplitude
(força) da onda portadora de rádio é variada pelo sinal de modulação;
30
FM (
modulação de frequência
) – em um transmissor FM, a
frequência
da onda portadora de rádio é variada pelo sinal de modulação;
30
33
FSK (
modulação por chaveamento de frequência
) - usado em dispositivos digitais sem fio para transmitir
sinais digitais
, a frequência da onda portadora é deslocada entre as frequências.
30
58
OFDM (
multiplexação por divisão de frequência ortogonal
) - uma família de métodos
de modulação digital
amplamente utilizados em sistemas de alta largura de banda, como redes
Wi-Fi
, telefones celulares, transmissão de
televisão digital
transmissão de áudio digital
(DAB) para transmitir dados digitais usando um mínimo de rádio largura de banda do espectro. Possui maior
eficiência espectral
e mais resistência ao
desbotamento
do que AM ou FM. No OFDM, múltiplas ondas portadoras de rádio estreitamente espaçadas em frequência são transmitidas dentro do canal de rádio, com cada portadora modulada com bits do
fluxo de bits
de entrada, de modo que vários bits sejam enviados simultaneamente, em paralelo. No receptor, as portadoras são demoduladas e os bits são combinados na ordem correta em um fluxo de bits.
31
Muitos outros tipos de modulação também são usados. Em alguns tipos, uma onda portadora não é transmitida, mas apenas uma ou ambas as bandas laterais de modulação.
32
A onda portadora modulada é amplificada no transmissor e aplicada a uma
antena
transmissora que irradia a energia na forma de ondas de rádio que transportam as informações para o local do receptor.
33
No receptor, a onda de rádio induz uma pequena
tensão
oscilante na antena receptora, que é uma réplica mais fraca da corrente na antena transmissora.
23
29
Essa tensão é aplicada ao
receptor de rádio
, que amplifica o sinal de rádio fraco para que fique mais forte, e então o
desmodula
, extraindo o sinal de modulação original da onda portadora modulada. O sinal de modulação é convertido por um
transdutor
de volta para uma forma utilizável por humanos: um sinal de áudio é convertido em
ondas sonoras
por um alto-falante ou fones de ouvido, um
sinal de vídeo
é convertido em imagens por um
display
, enquanto um sinal digital é aplicado a um computador ou microprocessador, que interage com usuários humanos.
30
As ondas de rádio de muitos transmissores passam pelo ar simultaneamente sem interferir umas nas outras porque as ondas de rádio de cada transmissor oscilam em taxas diferentes, ou seja, cada transmissor tem uma
frequência
diferente, medida em
hertz
(Hz),
quilohertz
(kHz),
megahertz
(MHz) ou
gigahertz
(GHz). A antena receptora normalmente capta os sinais de rádio de muitos transmissores. O receptor utiliza
circuitos sintonizados
para selecionar o sinal de rádio desejado dentre todos os sinais captados pela antena e rejeitar os demais. Um
circuito sintonizado
(também chamado de circuito ressonante) atua como um
ressonador
, semelhante a um
diapasão
29
Tem uma
frequência ressonante
natural na qual oscila. A frequência ressonante do circuito sintonizado do receptor é ajustada pelo usuário à frequência da estação de rádio desejada. O sinal de rádio oscilante da estação desejada faz com que o circuito sintonizado
ressoe
, oscile em simpatia e passe o sinal para o resto do receptor. Os sinais de rádio em outras frequências são bloqueados pelo circuito sintonizado e não são transmitidos.
34
Largura de banda
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Espectro de
frequência
de um sinal de rádio AM ou FM modulado típico. Consiste em um componente
na frequência da
onda portadora
{\displaystyle f_{c}}
com a informação (
modulação
) contida em duas bandas estreitas de frequências chamadas bandas laterais (
SB
) logo acima e abaixo da frequência portadora.
Uma onda de rádio modulada, transportando um sinal de informação, ocupa uma faixa de
frequências
. A informação (
modulação
) em um sinal de rádio geralmente está concentrada em bandas de frequência estreitas chamadas bandas laterais (
SB
) logo acima e abaixo da frequência
portadora
. A largura em
hertz
da faixa de frequência que o sinal de rádio ocupa, a frequência mais alta menos a frequência mais baixa, é chamada de
largura de banda
BW
).
30
35
Para qualquer
relação sinal-ruído
, uma quantidade de largura de banda pode transportar a mesma quantidade de informação (taxa de dados em
bits
por segundo), independentemente de onde ela esteja localizada no espectro de radiofrequência, portanto, a largura de banda é uma medida da capacidade de
transporte de informações. capacidade
. A largura de banda exigida por uma transmissão de rádio depende da taxa de dados da informação (sinal de modulação) enviada e da
eficiência espectral
do método de
modulação
utilizado; quantos dados ele pode transmitir em cada
quilohertz
de largura de banda. Diferentes tipos de sinais de informação transmitidos por rádio têm diferentes taxas de dados. Por exemplo, um sinal de
televisão
(vídeo) tem uma taxa de dados maior que um sinal de áudio.
30
36
O espectro de rádio, a gama total de frequências de rádio que podem ser utilizadas para comunicação numa determinada área, é um recurso limitado.
35
Cada transmissão de rádio ocupa uma parte da largura de banda total disponível. A largura de banda de rádio é considerada um
bem econômico
que tem um custo monetário e é cada vez mais procurado. Em algumas partes do espectro de rádio, o direito de utilização de uma banda de frequência ou mesmo de um único canal de rádio é comprado e vendido por milhões de dólares. Portanto, há um incentivo para empregar tecnologia para minimizar a largura de banda utilizada pelos serviços de rádio.
36
Uma lenta transição das tecnologias de transmissão de rádio
analógica
para
digital
começou no final da década de 1990.
37
38
Parte da razão para isso é que a modulação digital muitas vezes pode transmitir mais informações (uma taxa de dados maior) em uma determinada largura de banda do que a modulação analógica, através do uso de algoritmos de
compressão de dados
, que reduzem a redundância nos dados a serem enviados, e uma modulação mais eficiente. Outras razões para a transição são que a modulação digital tem maior imunidade a
ruído
do que a analógica, os chips
de processamento de sinal digital
têm mais potência e flexibilidade do que os circuitos analógicos e uma ampla variedade de tipos de informação pode ser transmitida usando a mesma modulação digital.
30
Por se tratar de um recurso fixo que é procurado por um número crescente de utilizadores, o espectro radioeléctrico tornou-se cada vez mais congestionado nas últimas décadas, e a necessidade de o utilizar de forma mais eficaz está a impulsionar muitas inovações adicionais de rádio, tais como sistemas de rádio troncalizados,
espectro espalhado
transmissão (banda ultralarga),
reutilização de frequência
, gerenciamento dinâmico de espectro, agrupamento de frequência e
rádio cognitivo
36
Bandas de frequência da UIT
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editar código
União Internacional de Telecomunicações
(UIT) divide arbitrariamente o espectro de rádio em 12 bandas, cada uma começando em um comprimento de onda que é uma potência de dez (10
) metros, com frequência correspondente de três vezes uma potência de dez e cada um cobrindo uma década de frequência ou comprimento de onda.
39
Cada uma dessas bandas tem um nome tradicional:
40
Nome
Abreviação
Frequência
Comprimento
Frequência
extremamente baixa
ELF
3–30
Hz
100.000–
10.000
km
Frequência
superbaixa
SLF
30–300
Hz
10.000 –
1,000
km
Frequência
ultrabaixa
ULF
300–
3,000
Hz
1.000–
100
km
Frequência
muito baixa
VLF
3–30
kHz
100–10
km
Frequência
baixa
LF
30–300
kHz
10–1
km
Frequência
média
MF
300–
3.000
kHz
1.000–
100
Nome
Abreviação
Frequência
Comprimento
Frequência
alta
HF
3–30
MHz
100–10
Frequência
muito alta
VHF
30–300
MHz
10–1
Frequência
ultra-alta
UHF
300–
3,000
MHz
100–10
cm
Frequência
super alta
SHF
3–30
GHz
10–1
cm
Frequência
extremamente alta
EHF
30–300
GHz
10–1
mm
Frequência
tremendamente alta
THF
300–3.000
GHz
(0,3–3,0
THz)
1,0–0,1
mm
Pode-se observar que a
largura de banda
, a faixa de frequências, contida em cada banda não é igual, mas aumenta exponencialmente à medida que a frequência aumenta; cada banda contém dez vezes a largura de banda da banda anterior.
41
O termo "frequência tremendamente baixa" (TLF, sigla em inglês) tem sido usado para comprimentos de onda de 1–3 Hz (300.000–100.000 km),
42
embora o termo não tenha sido definido pela UIT.
40
Regulação
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editar código
As ondas aéreas são um recurso compartilhado por muitos usuários. Dois transmissores de rádio na mesma área que tentem transmitir na mesma frequência interferirão um no outro, causando distorção na recepção, de modo que nenhuma transmissão poderá ser recebida com clareza.
35
interferência
com transmissões de rádio pode não só ter um grande custo econômico, mas também pode ser fatal (por exemplo, no caso de interferência com comunicações de emergência ou
controlo de tráfego aéreo
).
43
44
Para evitar interferências entre diferentes utilizadores, a emissão de ondas radioelétricas é estritamente regulada por leis nacionais, coordenadas por um organismo internacional, a
União Internacional de Telecomunicações
(UIT), que atribui faixas do espectro radioeléctrico para diferentes utilizações.
35
Os transmissores de rádio devem ser licenciados pelos governos, sob diversas classes de licença, dependendo do uso e estão restritos a determinadas frequências e níveis de potência. Em algumas classes, como estações de transmissão de rádio e televisão, o transmissor recebe um identificador único composto por uma sequência de letras e números chamado
indicativo de chamada
, que deve ser usado em todas as transmissões.
45
Para ajustar, manter ou reparar internamente transmissores de radiotelefonia, os indivíduos devem possuir uma licença governamental obtida através de um teste que demonstre conhecimento técnico e jurídico adequado de operação segura de rádio.
46
Exceções às regras acima permitem a operação não licenciada pelo público de transmissores de baixa potência e curto alcance em produtos de consumo, como telefones celulares,
telefones sem fio
dispositivos sem fio
walkie-talkies
rádios de banda do cidadão
microfones sem fio
abridores de portas de garagem
babás eletrônicas
. Nos Estados Unidos, estes são abrangidos pela Parte 15 dos regulamentos da
Comissão Federal de Comunicações
(FCC, sigla em inglês). Muitos destes dispositivos utilizam as bandas ISM, uma série de faixas de frequência em todo o espectro de rádio reservadas para uso não licenciado. Embora possam ser operados sem licença, como todos os equipamentos de rádio, esses dispositivos geralmente devem ser homologados antes da venda.
47
Ver também
editar
editar código
DX
Edgar Roquette-Pinto
Indicativo de chamada
Lista de rádios de Portugal
Onda curta
Onda tropical (radiodifusão)
Propagação de radiofrequência
Rádio AM
Rádio FM
Radioamadorismo
Radiodifusão
Roberto Landell de Moura
Referências
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