Rádio: Entenda Como Ele Funciona e Como Surgiu Sua Fantástica Estrutura

Tempo de leitura: 24 minutos

O rádio foi o primeiro dispositivo a permitir a comunicação em massa não apenas nacionalmente como também internacionalmente.

O rádio é uma tecnologia que usa ondas de rádio para transportar informações como som, modulando sistematicamente às propriedades das ondas de energia eletromagnéticas transmitidas através do espaço, como sua amplitude, frequência, fase ou largura de pulso.

Por serem de comprimento diferente são classificadas em ondas curtas de alta frequência ou ondas longas de baixa frequência; utilizadas para diversos fins como televisão, rádio e avião.

É um recurso de telecomunicação que proporciona uma comunicação bidirecional por meio da transcepção de dados e informações previamente codificadas em sinal eletromagnético, propagando se através do espaço físico material e imaterial.

Neste artigo falarei sobre o rádio e suas ondas, continue lendo para saber mais sobre:

Conheça a História

Como Ele Funciona?

Processos e Tecnologias

Usos das Ondas Eletromagnéticas

Conheça a História

Em 1864, James Clerk Maxwell mostrou matematicamente que as ondas eletromagnéticas podiam se propagar através do espaço livre. Os efeitos das ondas eletromagnéticas foram observados antes e depois do trabalho de Maxwell.

Thomas Edison deu o efeito do nome “força elétrica” e David Edward Hughes detectou um impulso de centelha de até 460 metros com um receptor portátil, mas nenhum deles soube identificar a causa do fenômeno que geralmente era chamado de indução eletromagnética.

Em 1886, Heinrich Rudolf Hertz notou o mesmo fenômeno de provocação, demonstrando por meio de experiências a existência das ondas eletromagnéticas e confirmando a teoria do eletromagnetismo de Maxwell.

Em uma conferência de agosto de 1894, o físico britânico Oliver Lodge transmitiu e recebeu ondas hartzianas a distâncias de até 50 metros. No mesmo ano o indiano Jagadish Chandra Bose fez experiências em óptica de microondas de rádio a alta frequência. Um ano depois o russo Alexander Stepanovich Popov construiu um detector de relâmpagos baseado em rádio.

No final de 1894, Guglielmo Marconi teve a ideia de construir um sistema de telegrafia sem fio baseado em ondas hartzianas. Ele ganhou uma patente para o sistema em 1896, desenvolvendo o num sistema de comunicação comercial nos anos seguintes.

No inicio do século XX, os sistemas de rádio transmitiam as mensagens apenas por código de onda continua. As primeiras tentativas de desenvolver um sistema de modulação de amplitude para voz e música foram demonstradas em 1900 e 1906, obtendo pouco sucesso.

O desenvolvimento do rádio para telecomunicações militares foi acelerado pela primeira guerra mundial; quando os primeiros tubos de vácuo foram aplicados a transmissores e receptores de rádio.

A transmissão de rádio comercial começou na década de 1920 e tronou-se um meio importante para entretenimento e notícias.

As Primeiras Transmissões

Rádio Antigo

As primeiras transmissões regulares para entretenimento ocorreram em 1920, na Argentina e nos Estados Unidos.

No Brasil inicialmente apenas os militares podiam usar o rádio. A primeira transmissão civil foi realizada no dia 6 de abril de 1919, a partir de um estúdio improvisado na Ponte d’Uchoa do Recife; pela PRA 8, Rádio Clube de Pernambuco, tendo a frente o radiotelegrafista Antônio Joaquim pereira.

No dia 7 de setembro de 1922, foi transmitida as comemorações do centenário da independência. A westinghouse Eletric International instalou uma estação de 500 wats no alto do corcovado no Rio de Janeiro, inaugurada com o discurso do presidente Epitácio Pessoa.

No mesmo dia, à noite, a ópera O Guarani, de Carlos Gomes foi transmitida do teatro municipal, para alto falantes instalados na exposição, assombrando a população ali presente. Seguem-se emissões de música lírica e conferências, captadas nos 80 aparelhos de rádio espalhados pela cidade. No fim das festividades, a rádio saiu do ar e outra transmissão só acontece no ano seguinte.

Era o começo da primeira estação de rádio brasileira: a rádio Sociedade do Rio de Janeiro. Fundada por Edgar Roquette Pinto, a emissora foi doada ao governo em 1936; existindo até hoje com o nome de rádio MEC. Essa transmissão é tida como pioneira no âmbito nacional.

Rádio AM

AM é um processo de transmissão que usa modulação de amplitude. É transmitido em várias bandas de frequência. A frequência AM se caracteriza pelo longo alcance dos sinais e está sujeita a interferências de outras fontes eletromagnéticas.

Esta frequência começou a ser utilizada em 1906, por Reginald Fessenden. Até a primeira guerra mundial era utilizada para transmissão de músicas e recados. Com o surgimento das rádios comerciais esta situação mudou dando inicio a era de ouro do rádio; que foi da década de 20 até os anos 50.

As frequências AM foram fundamentais na vida do brasileiro em meados de século XX. As rádios de longo alcance atingiam quase 100% do território nacional, ajudando a propagar os times cariocas e paulistas de futebol por todo o Brasil. Recentemente diversas rádios AM começaram a transmitir sua programação também em FM.

Rádio FM

FM é um processo que transmite informações utilizando modulação de frequência. É transmitido em várias bandas de frequência. Esta modalidade de rádio difusão iniciou nos Estados Unidos no inicio do século XX.

Uma rádio em FM apresenta uma ótima qualidade sonora, mas alcance limitado, chegando em média a um raio de 100 quilômetros. Em condições esporádicas de transmissão é possível sintonizar emissores a centenas de quilômetros. A potência dos sistemas de emissão pode variar entre poucos watts, para rádio locais até centenas de quilowatts; no caso de retransmissores de grande cobertura.

O americano Edwin Armstrong demonstrou o sistema FM para os executivos da rádio Corporation of America em 1933. Em 1942, foram produzidos nos Estados Unidos pela General Eletric os primeiros emissores em frequência modulada (FM).

Em 1968, entrou no ar em Manaus, Amazonas, a rádio tropical FM, a primeira rádio FM no Brasil e a segunda na América do Sul. A FM permite uma recepção em alta qualidade técnica, mas seu alcance é pequeno, quase o mesmo da TV.

Como Ele Funciona?

Ondas de Rádio

Quando as ondas de rádio atingem um condutor elétrico, os campos oscilantes induzem uma corrente alternada no condutor. A informação nestas ondas será então extraída e transformada novamente na sua forma original.

Um sistema de rádio precisa ter um transmissor para modular (mudar) alguma propriedade da energia produzida para imprimir o sinal nele. Também precisa uma antena para converter correntes elétricas em ondas de rádio e ondas de rádio em corrente elétrica. Uma antena pode ser usada para transmitir e receber. A ressonância elétrica dos circuitos sintonizados em rádios permite selecionar frequências individuais.

A onda eletromagnética é interceptada pela antena de recepção sintonizada. O receptor de rádio recebe sua entrada de uma antena convertendo-a em uma forma que possa ser utilizada pelo consumidor como; som, imagens, dados digitais, valores de medição e posições de navegação.

Onda de Rádio

As ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética com comprimento de onda maior e frequência menor do que a radiação infravermelha. Como todas as outras ondas eletromagnéticas, viajam a velocidade da luz no vácuo.

Tais ondas eletromagnéticas são também denominadas ondas hertzianas e popularmente conhecidas como ondas de radiofrequência ou simplesmente ondas de rádio. As ondas hertzianas podem ser produzidas por correntes elétricas que oscilam rapidamente (correntes elétricas de alta frequência) em um condutor como uma antena.

Frequência de Rádio

A frequência corresponde a um determinado número de ciclos por segundo. O nome de um pioneiro do rádio o alemão Heinrich Hertz serviu para batizar a unidade de medida da frequência; Hertz (Hz).

Um siclo por segundo equivale a 1 Hz, 1 KHz é igual a 1000 Hz ou 1000 ciclos por segundo. As frequências das ondas de rádio ocupam um intervalo que vai de 3 KHz a 300 GHz, no entanto, os usos comercialmente importantes de rádio ocupam apenas uma pequena parte. As ondas de luz visíveis são muito mais curtas.

Radiodifusão

Estúdio de Rádio

Radiodifusão é a transmissão de ondas de radiofrequência que são moduladas e se propagam eletromagneticamente através do espaço. A maioria da população tem acesso a este meio de comunicação como ouvinte. O receptor de rádio, por ser um instrumento de baixo custo, pequeno porte e programações diversificadas; exerce uma grande influência na vida diária das pessoas, tanto em zonas urbanas quanto rurais.

A radiodifusão é a propagação de sinais de rádio, televisão, telex, entre outros, por ondas radioelétricas. Tanto aparelhos de TV como de rádio usam radiodifusão para receber sinais e transformá-los em vídeono caso da TV e áudio. A diferença está em como a informação é codificada.

A radiocomunicação começou com o telegrafo sem fio por volta de 1912. Com a invenção da modulação surgiram as primeiras experiências de radiocomunicação e radiodifusão, que a partir deste ponto ganhou espaço comercial.

Processos e Tecnologias

Com mais de um século de desenvolvimento cada processo é composto por uma ampla gama de métodos, especializados para diferentes fins de comunicação.

Transmissor e Modulador

O radiotransmissor converte sinais sonoros, analógicos ou digitais em ondas eletromagnéticas, enviando-os para o espaço através de uma antena transmissora para serem recebidos por um rádio receptor como emissoras de AM, FM ou de televisão.

Cada sistema contém um transmissor que consiste em uma fonte de energia elétrica, produzindo corrente alternada de uma frequência desejada de oscilação. O transmissor contém um sistema para modular algumas propriedades da energia produzida para imprimir um sinal nele. Essa modulação pode ser tão simples como ativar e desativar a energia ou alterar propriedades mais sutis, como amplitude, frequência, fase ou combinações dessas propriedades.

O transmissor envia a energia elétrica modulada para uma antena ressonante sintonizada. Esta estrutura converte a corrente elétrica alternada em rápida mudança em uma onda eletromagnética que pode se mover através do espaço livre.

A modulação de amplitude de uma onda portadora funciona variando a força do sinal transmitido proporcionalmente a informação que esta sendo enviada. Este foi o método utilizado para as primeiras transmissões de rádio e ainda permanece em uso.

A modulação de frequência vária a frequência do transportador. A frequência instantânea do suporte é diretamente proporcional ao valor instantâneo do sinal de entrada.

Atuação da Antena na Transmissão e Recepção

Uma antena é um dispositivo elétrico que converte correntes elétricas em ondas de rádio e vice-versa. Geralmente é usado com um transmissor ou receptor de rádio. Na transmissão; um transmissor de rádio fornece uma corrente elétrica que oscila em frequência de rádio para os terminais da antena e a antena irradia a energia da corrente, como ondas eletromagnéticas. Na recepção; a antena intercepta parte do poder de uma onda eletromagnética para produzir uma pequena tensão em seus terminais que é aplicada a um receptor para ser amplificado.

Propagação

As ondas eletromagnéticas viajam diretamente pelo espaço ao serem geradas ou tem seu caminho alterado por reflexão, refração ou difração. A intensidade das ondas diminui devido à dispersão geométrica; alguma energia também pode ser absorvida pelo meio intermediário em alguns casos.

O ruído geralmente altera o sinal desejado; essa interferência eletromagnética pode vir de fontes naturais e ou fontes artificiais como outros transmissores e radiadores acidentais. O ruído também é produzido em cada passo devido às propriedades inerentes aos dispositivos utilizados. Se a magnitude do ruído for grande o suficiente, o sinal desejado deixará de ser discernível; a relação sinal-ruído é o limite fundamental para o alcance das comunicações de rádio.

Receptor e Demodulador

Receptor de Rádio
By Duncan Rawlinson (Flickr.com – image description page) [CC BY 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons
A função do receptor é a decodificação dos sinais eletromagnéticos recebidos do espaço e captados pela antena, transformando os em ondas sonoras, sinais digitais ou analógicos. A televisão é um exemplo de receptor.

A onda eletromagnética é interceptada por uma antena receptora sintonizada; esta estrutura capta parte da energia da onda e retorna a em forma de correntes elétricas oscilantes. No receptor essas correntes são desmoduladas, convertendo-as para uma forma de sinal utilizável por um subsistema detector. O receptor é sintonizado para responder perfeitamente aos sinais desejados e rejeitar sinais indesejados.

Os primeiros sistemas de rádio baseavam se inteiramente na energia coletada por uma antena para produzir sinais para o operador. Com a invenção de dispositivos eletrônicos como o tubo a vácuo e mais tarde o transistor, o rádio tornou-se mais útil.

Um receptor de rádio recebe sua entrada de uma antena, usando filtros eletrônicos para separar um sinal de rádio desejado de todos os outros sinais captados por esta antena. Então ele é amplificado para um nível adequado para processamento posterior e finalmente converte-se através da desmodulação, decodificando o sinal em algo utilizável pelo consumidor, como som, imagens, dados digitais, valores de medição, posição de navegação, entre outros.

Usos das Ondas Eletromagnéticas

Seus primeiros usos foram marítimos para envio de mensagens telegráficas usando o código Morse entre navios e terras.

O rádio era usado para transmitir ordens e comunicações entre exércitos e marinhas de ambos os lados na primeira guerra mundial. Outro uso do rádio nos anos da pré-guerra foi o desenvolvimento da detecção e localização de aeronaves e navios pelo uso do radar.

Hoje o rádio tem várias formas, incluindo redes sem fio e comunicações móveis de todos os tipos, além de radiodifusão. Antes do advento da televisão as transmissões de rádio comerciais incluíam não só notícias e música, mas dramas, comédias, shows de variedades e muitas outras formas de entretenimento. A chamada “Era de Ouro” do rádio durou do final da década de 1920 até meados da década de 1950.

Radiocomunicação

Rádio

Apesar de se empregar a palavra rádio, as transmissões de televisão, rádio e telefonia móvel estão incluídas nesta classe de emissões de radiofrequência.

De modo a receber sinais de rádio, como de estações de rádio AM ou FM, uma antena deve ser utilizada. No entanto, como a antena ira sintonizar centenas de sinais ao mesmo tempo um sintonizador de rádio é necessário para sintonizar em uma frequência em particular ou em uma faixa de frequência.

Isso é feito através de um ressonador, que em sua forma mais simples é um circuito com um capacitor e um indutor. O ressonador é configurado para ressonar em uma frequência em particular ou em uma banda de frequência; amplificando os sinais de rádio em tal frequência e ignorando os demais sinais.

Nesse contexto é comum dividir as ondas hertzianas em faixas de frequência, que variam entre as frequências de 30 quilohertz, muito baixas a 300 mil megahertz extremamente altas. Essas bandas de frequências são classificadas em grupos e estes grupos são chamados por: onda curta, onda média e onda longa. Dentro destes segmentos, encontram se as estações de radiodifusão, serviços de comunicação aérea, marítima etc.

Radioastronomia

Muitos dos objetos astronômicos emitem ondas de rádio. Em alguns casos; em várias bandas e em outros casos em uma frequência bem definida que corresponde a uma linha espectral.

Áudio de Via Única

O rádio AM usa modulação de amplitude, na qual a amplitude do sinal transmitido é proporcional a amplitude de som capturada pelo microfone, enquanto a frequência transmitida permanece inalterada. As transmissões são afetadas por estática e interferência, pois o raio e outras fontes de emissões de rádio na mesma frequência aumentam suas amplitudes para a amplitude transmitida original.

A transmissão de rádio FM manda música e voz com menos ruído do que o rádio AM. Existe um pensamento equivocado de que a fidelidade FM é maior que AM o que não é verdade. AM alcança a mesma largura de banda de áudio que FM emprega. Os receptores AM normalmente usam filtros mais estreitos no receptor recuperando o sinal com menos ruído.

Os receptores estéreo AM podem reproduzir a mesma largura de banda de áudio que o FM, devido ao filtro mais largo usado em um receptor estéreo AM, mas hoje os rádios AM limitam a faixa de áudio a 3-5 kHz. Na modulação de frequência, a variação de amplitude no microfone faz com que a frequência do transmissor flutue. Como o sinal de áudio modula a frequência e não a amplitude, um sinal de FM não esta sujeito a estática e interferências como os sinais AM.

As ondas de rádio VHF agem de forma semelhante à luz, viajando em linhas retas, portanto, o intervalo de recepção geralmente é limitado a cerca de 80 a 322 quilômetros. Durante condições atmosféricas superiores incomuns, os sinais de FM são ocasionalmente refletidos de volta a Terra pela ionosfera, resultando em uma recepção FM de longa distância.

Áudio de Via Dupla

Os rádios de voz da aviação usam a banda de aeronaves VHF AM. AM é usado para que seja possível receber várias estações no mesmo canal. As aeronaves voam alto o suficiente para que seus transmissores possam ser recebidos a centenas de quilômetros de distância, mesmo em VHF.

Os rádios de voz marinhos podem usar voz única de banda lateral no espectro radioelétrico de alta frequência de ondas curtas para faixas muito longas ou FM VHF marinho / banda estreita FM para intervalos muito mais curtos.

Os serviços de voz governamentais, policiais, bombeiros e comerciais também utilizam FM de banda estreita em frequências especiais. Os serviços de voz HF (alta frequência) civis e militares utilizam rádio de ondas curtas para contatar navios no mar, aeronaves e assentamentos isolados. A maioria usa voz de banda lateral única (SSB) que usa menos largura de banda do que AM.

TETRA Terrestrial Trunked Radio é um sistema de telefone celular digital, para militares, policiais e ambulâncias.

Telefonia Celular

Torre de Celular e as Ondas de Rádio

Os telefones celulares transmitem para uma torre celular local (transmissor / receptor) que, em última instância, se conecta a rede telefônica pública comutada (PSTN) através de um rádio de fibra óptica ou de microondas e outros elementos da rede. Quando o celular se aproxima da borda da área de cobertura do rádio da torre da célula, o computador central alterna o telefone para uma nova célula.

Os primeiros celulares usavam FM, mas agora a maioria usa esquemas de modulação digital GSM ou CDMA. Os telefones por satélite usam satélites em vez de torres para se comunicar.

Vídeo

A televisão analógica envia a imagem como AM e o som como AM ou FM; com o suporte de som uma frequência fixa (4,5 MHz no sistema NTSC) longe do suporte de vídeo. A televisão analógica também usa uma banda lateral persistente no suporte de vídeo para produzir a largura de banda necessária.

A televisão digital no Brasil usa modulação COFDM, usando o padrão ISDB-TB. Uma adaptação do ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial); padrão japonês acrescida de tecnologias desenvolvidas nas pesquisas das universidades brasileiras.

O padrão japonês foi escolhido, por atender melhor as necessidades de energia nos receptores, mobilidade e portabilidade sem custo para o consumidor; diferente do padrão europeu (DVB-T), onde esta operação é tarifada pelas empresas telefônicas.

O formato ISDB-TB também permite, além da transmissão em alta definição, a transmissão em multiprogramação; onde é possível transmitir no lugar de um único programa, oito programas diferentes simultaneamente em definição padrão (720 x 480 pixels, a mesma do DVD).

Navegação

Todos os sistemas de navegação por satélite usam satélites com relógios de precisão. O satélite transmite sua posição e o tempo de transmissão. O receptor escuta quatro satélites, podendo encontrar sua posição como sendo em uma linha que é tangente a uma concha esférica ao redor de cada satélite, determinada pelo tempo de voo dos sinais de rádio do satélite. Um computador no receptor faz a matemática.

O rastreamento de rotas é a forma mais antiga de navegação por rádio. Antes de 1960, os navegadores usavam antenas de loop móvel para localizar as estações AM comerciais perto das cidades.

Gama Unidirecional de Alta frequência (VOR), sistemas usados pela aeronave, possuem uma antena que transmite dois sinais simultaneamente. O sinal direcional gira como um farol a uma taxa fixa. Quando o sinal direcional esta virado para o norte, um sinal unidirecional pulsa.

Medindo a diferença na fase desses dois sinais a aeronave pode determinar o seu rolamento ou radial da estação; estabelecendo uma linha de posição. Uma aeronave pode obter leituras de dois VORs e localizar sua posição na interseção dos dois radiais, conhecida como correção.

Radar

Radar Via Ondas de Rádio

O radar (detecção e varredura de rádio) é um sistema que usa ondas eletromagnéticas para medir distâncias, altitudes, direções e velocidades de objetos estáticos ou móveis como aeronaves, barcos, veículos motorizados formações meteorológicas e o próprio terreno. Baseia se em emitir um sinal de rádio, que quando refletido por um corpo, sabe-se a sua posição exata, entre outras propriedades através de cálculos relacionados com a velocidade de propagação da luz.

A partir deste eco pode se conhecer informações do corpo em causa. Este aparelho tem inúmeras aplicações, tais como; meteorologia, controle de tráfego aéreo, terrestre e marítimo e uma grande variedade de usos militares.

Os radares de navegação varrem uma grande área duas a quatro vezes por minuto. Usam ondas muito curtas que refletem da terra e da pedra. Comuns em navios comerciais e aeronaves comerciais de longa distância.

Os radares de uso geral usam frequências de radar de navegação, mas modulam e polarizam o pulso, para que o receptor possa determinar o tipo de superfície do refletor. Os melhores radares de propósito geral distinguem a chuva de fortes tempestades, bem como a terra e os veículos. Alguns podem sobrepor dados do sonar e mapear dados da posição do GPS.

Aquecimento

A energia de radiofrequência gerada para o aquecimento de objetos não se destina a irradiar fora do equipamento radiador, para evitar interferências com outros sinais de rádio. Os fornos microondas usam ondas de rádio intensas para aquecer alimentos. Na medicina o equipamento de diatermia é usado para selar vasos sanguíneos.

Serviço de Rádio Amador

Estação de Rádio Amadora
By NX1Z at English Wikipedia [Public domain], via Wikimedia Commons
O rádio amador é um hobby em que os entusiastas são licenciados para se comunicarem em várias bandas no espectro de radiofrequência não comerciais para suas próprias experiências. Eles também podem fornecer assistência de emergência e assistência em circunstâncias excepcionais.

Serviço de Rádio Não Licenciado

Os serviços de rádio pessoal licenciado e não licenciado, existem para oferecer uma comunicação simples; geralmente de curto alcance, para indivíduos e pequenos grupos, sem a sobrecarga de licenciamento.

O wi-fi também opera em bandas de rádio sem licença, amplamente utilizado para rede de computadores.

As estações de rádio clandestinas também chamadas de rádio pirata são estações de transmissão ilegais não autorizadas, sem licença. São frequentemente transmissores de baixa potência, operando em horários esporádicos.

Controles de Rádio RC

Os controles remotos de rádio usam ondas de rádio para transmitir dados de controle para um objeto remoto; como em algumas formas iniciais de míssil guiado, alguns controles remotos de TV e vários modelos de barcos, automóveis e aviões. As técnicas de rádio digital garantem mais segurança e confiabilidade, por isso, são utilizados para controlar remotamente grandes equipamentos industriais como guindastes e locomotivas de comutação.

Referências:

  1. Wikipédia, Radio, disponível Neste link.
  2. Wikipédia, Rádio (telecomunicações), disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Rádio_(telecomunicações)>.
  3. Wikipédia, Rádio AM, disponível neste link.
  4. Wikipédia, Rádio FM, disponível neste link.
  5. Wikipédia, Transição para a Televisão Digital no Brasil, disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Transição_para_a_televisão_digital_no_Brasil>.
  6. Wikipédia, Radiodifusão, disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Radiodifusão>.
  7. Wikipédia, Onda de Rádio, disponível neste link.
  8. Portal São Francisco, História do Rádio, disponível neste link.

Imagens Pixabay e Wikimedia Commons.

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