Đài phát thanh

Radio, ra-đi-ô hay vô tuyến điện là công nghệ dùng sóng radio để truyền tải tín hiệu hoặc giao tiếp. Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30 Hz đến 300 GHz. Chúng được phát ra từ một thiết bị điện tử gọi là máy phát, kết nối với ăng-ten phát sóng và thu được bởi máy thu radio qua ăng-ten khác. Radio được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ hiện đại, bao gồm thông tin vô tuyến, radar, điều hướng, điều khiển từ xa, viễn thám và nhiều ứng dụng khác. Trong truyền thông vô tuyến như phát thanh, truyền hình, điện thoại di động, radio hai chiều, mạng không dây và liên lạc vệ tinh, sóng radio được dùng để truyền tải thông tin từ máy phát đến máy thu, qua việc điều chỉnh tín hiệu radio để gộp thông tin với sóng. Trong radar, sóng radio giúp định vị và theo dõi các vật thể như máy bay, tàu thuyền, tàu vũ trụ và tên lửa. Sóng phản xạ từ các vật thể mục tiêu cho biết vị trí của chúng. Hệ thống định vị vô tuyến như GPS và VOR sử dụng tín hiệu vô tuyến từ các đèn hiệu điều hướng để xác định vị trí. Trong các thiết bị điều khiển từ xa không dây như máy bay không người lái và hệ thống ra vào không cần chìa khóa, sóng vô tuyến từ điều khiển sẽ điều khiển thiết bị từ xa.

Các ứng dụng của sóng vô tuyến không phải lúc nào cũng liên quan đến truyền sóng ở khoảng cách xa, chẳng hạn như sưởi RF trong công nghiệp và lò vi sóng, hoặc trong y tế như máy đo nhiệt và máy chụp MRI. Những ứng dụng này thường không được gọi là radio. Từ 'radio' cũng có thể chỉ một thiết bị thu sóng radio.

Sóng radio lần đầu tiên được xác định và nghiên cứu bởi nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz vào năm 1886. Máy phát và máy thu vô tuyến đầu tiên được Nicola Tesla phát triển vào khoảng năm 1895-1896, và radio bắt đầu được sử dụng thương mại từ năm 1900. Để ngăn chặn sự can thiệp từ người dùng, việc phát sóng vô tuyến được quản lý chặt chẽ bởi Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), cơ quan quốc tế phụ trách phân bổ dải tần cho các mục đích khác nhau.

Tần số của sóng radio dao động từ 3Hz (dải tần ELF) đến 300GHz (dải tần EHF). Trong khoảng từ 3GHz đến 300GHz, sóng điện từ thường được gọi là sóng vi ba.

Thuật ngữ radio cũng chỉ thiết bị thu thanh, một thiết bị điện tử dùng để nhận các sóng âm đã được biến điệu qua ăng ten, sau đó khuếch đại và phục hồi âm thanh ban đầu để phát ra từ loa.

Lịch sử và phát minh

Nguồn gốc của radio, trong giai đoạn gọi là liên lạc không dây, vẫn đang là chủ đề tranh luận. Cuộc tranh luận về ai là người phát minh ra radio có thể được chia theo nhiều góc nhìn khác nhau.

1. Ai là người sáng chế 'truyền dữ liệu không dây dựa trên tần số' (spark-gap radio)?

   Nikola Tesla, Guglielmo Marconi và Alexander Popov.

2. Ai phát minh ra radio với công nghệ thay đổi biên độ (Radio AM), cho phép nhiều đài phát sóng (khác với spark-gap radio, chỉ có một máy phát duy nhất)?

   Reginald Fessenden và Lee de Forest.

3. Ai là người phát minh ra radio sử dụng biến thiên tần số (Radio FM), giúp sóng radio tránh được nhiễu từ thiết bị điện và môi trường?

   Edwin H. Armstrong và Lee de Forest.

Những chiếc radio đầu tiên sử dụng toàn bộ năng lượng của máy phát qua các microphone bằng carbon. Trong khi một số radio đầu tiên có sử dụng phóng đại bằng dòng điện hoặc pin, thì từ giữa thập niên 1920, máy thu radio tinh thể trở thành phổ biến nhất. Thập niên 1920 cũng chứng kiến sự ra đời của ống phóng đại chân không, đánh dấu bước tiến lớn trong cả đầu thu và đầu phát radio.

Khám phá và phát triển

Lý thuyết cơ bản về sự truyền sóng điện từ lần đầu tiên được James Clerk Maxwell trình bày vào năm 1873, dựa trên nghiên cứu của ông từ năm 1861 đến 1865. David E. Hughes là người đầu tiên truyền và nhận sóng radio vào năm 1878 khi ông nhận thấy âm thanh phát ra từ đầu thu của điện thoại tự chế. Mặc dù ông trình bày khám phá của mình vào năm 1880, nhưng chỉ được xem là cảm ứng đơn thuần. Heinrich Rudolf Hertz, trong khoảng thời gian 1886-1888, đã chứng minh thuyết Maxwell qua thực nghiệm, xác nhận rằng bức xạ radio có tất cả các đặc tính của sóng (hiện gọi là sóng Hertz) và đã định nghĩa lại công thức điện từ thành công thức sóng.

William Henry Ward đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế số 126356 vào ngày 30 tháng 8 năm 1872. Mahlon Loomis đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế số 129971 vào ngày 30 tháng 7 năm 1872. Landell de Moura, một nhà truyền giáo và nhà khoa học người Brazil, đã thực hiện thí nghiệm sau năm 1893 (nhưng trước 1894), nhưng mãi đến năm 1900 ông mới công bố thành tựu của mình. Có những tuyên bố rằng Nathan Stubblefield phát minh ra radio trước cả Tesla và Marconi, nhưng các dụng cụ của ông chỉ cho thấy khả năng truyền cảm ứng chứ không phải truyền sóng radio.

Các công ty 'không dây' và ống chân không

Marconi đã thành lập nhà máy không dây đầu tiên trên thế giới tại phố Hall, Chelmsford, Anh vào năm 1898, với khoảng 50 nhân viên. Đến năm 1900, Tesla đã khởi công xây dựng tháp Wardenclyffe để phục vụ quảng cáo và tiện ích. Tháp này gần như hoàn thành vào năm 1903. Tesla dự định rằng hệ thống không dây của mình (công suất 200 kW) sẽ cho phép truyền thông tin toàn cầu an toàn, định vị vũ trụ, đồng bộ hóa thời gian và định vị toàn cầu.

Một bước tiến lớn tiếp theo là phát minh ống dò chân không, do đội ngũ kỹ sư của Westinghouse thực hiện. Vào đêm Giáng sinh năm 1906, Reginald Fessenden đã sử dụng thuyết heterodin để truyền sóng radio âm thanh đầu tiên trong lịch sử từ Brant Rock, Massachusetts, Hoa Kỳ. Sóng phát sóng đến các tàu trên biển, trong đó Fessenden đã chơi bản 'O Holy Night' trên đàn violin và đọc một đoạn Kinh thánh. Tin tức radio đầu tiên được phát sóng 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 vào năm 1922 từ trung tâm nghiên cứu Marconi ở Writtle, gần Chelmsford, Anh.

Radar

• Radar phát hiện vật thể bằng cách phản hồi sóng radio. Thời gian phản hồi được dùng để xác định khoảng cách. Hướng của tia sóng xác định hướng phản hồi. Sự phân cực và tần số của sóng phản hồi cung cấp thông tin về bề mặt của vật thể.
• Radar quét một vùng không gian rộng từ 2 đến 4 lần mỗi phút. Nó sử dụng sóng ngắn phản hồi từ mặt đất hoặc đá. Radar được sử dụng rộng rãi trên tàu thương mại và máy bay đường dài.
• Radar thông thường dùng tần số radar định vị, nhưng không sử dụng tia điều biến và phân cực để các máy thu có thể xác định bề mặt của vật thể phản hồi. Radar thường được dùng để xác định mưa trong cơn bão, mặt đất, và các phương tiện di chuyển. Một số radar có thể kết hợp dữ liệu âm thanh và bản đồ từ định vị GPS.
• Radar tìm kiếm quét một khu vực rộng lớn bằng xung tia radio ngắn, thường từ 2 đến 4 lần mỗi phút. Đôi khi radar sử dụng hiệu ứng Doppler để phân tách phương tiện vận chuyển khỏi môi trường xung quanh.
• Radar dò tìm mục tiêu hoạt động theo nguyên lý giống như radar tìm kiếm nhưng quét khu vực nhỏ hơn nhiều, thường từ vài lần mỗi giây trở lên.
• Radar thời tiết hoạt động tương tự radar dò tìm nhưng sử dụng tia radio với phân cực tròn và sóng phản hồi từ giọt nước. Một số radar thời tiết còn sử dụng Doppler để đo tốc độ gió.

Chú giải

Liên kết tham khảo