duimnael|'n Lampradio uit die jare vyftigs. duimnael|'n Ou Noorse radio duimnael|In die Tweede Wêreldoorlog word radio's dikwels in boeke versteek.
Radio is draadlose telekommunikasie. Dit is 'n tegniek om met radiogolwe draadloos boodskappe vanaf die stuurder na die ontvanger oor te dra.
Die grootste ontwikkeling van radio het egter eers van ongeveer 1920 af plaasgevind, toe elektroniese versterkingstegnieke algemeen begin gebruik is. Sedertdien het radio 'n belangrike plek in die samelewing ingeneem, in sowel die vorm van radio- as televisie-uitsendings (televisie maak in wese ook van radiotegniek gebruik), en ook in die vorm van radiotelekommunikasie.
Hiertoe behoort die stelsels waarin verbinding onderhou word met vliegtuie, skepe, landvoertuie en selfs met ruimtetuie. Telegrafie, teleks en telefoonverbindings word gedeeltelik deur middel van radioverbindings met behulp van straalsenders en satelliete onderhou. Ander belangrike toepassings van radio is onder meer radar, radionavigasie en afstandbeheer.
'n Radiostelsel bestaan uit minstens een sender en een ontvanger waartussen golwe gestuur word. Vir spraak en musiek word hierdie golwe gemoduleer en daarvoor word AM en FM (amplitude- en frekwensiemodulasie) asook die moderne pulsmodulasie (PM) gebruik.
AM en FM Aanvanklik vind klankoordrag plaas deur die amplitude van die dragolf te varieer. Die variasie is eweredig ten opsigte van die amplitude van die draende klanksien. Hierdie modulasievorm word amplitudemodulasie, of kortweg AM genoem.
Edwin Armstrong ontdek 'n beter metode om die dragolf te moduleer: deur nie die amplitude nie, maar die frekwensie van die dragolf met die amplitude van die sein te varieer, ontstaan frekwensiemodulasie (FM).
FM is minder gevoelig vir steurings as AM en lewer hoëtrou-klank.
Digitale oorskakeling Hoewel meeste radiouitsendings steeds analoog plaasvind (AM of FM), sal dit in die toekoms slegs digitaal gestuur word. Dit sal die gehalte van die klank verder verbeter en meer radiospektrum vir ander gebruike beskikbaar maak.
Dit is ook moontlik om na radiostasies op die Internet te luister. Hierdie uitsendings maak nie van radiogolwe gebruik nie, maar van die internetverbinding tussen rekenaars, wat digitale inligting na mekaar stuur. Hierdie verbinding kan egter steeds draadloos wees, en dus van radiogolwe gebruik maak.
Ontwikkeling Die eerste, hoewel onbewuste, radio-uitsending het in 1787 plaasgevind toe Luigi Galvani (1737- 1798) met 'n soort elektrifiseerder en 'n antenne geëksperimenteer het. Met behulp van sy apparaat kon hy kort pootjies aan die antenne laat beweeg. Fisici was egter eers 'n eeu later goed genoeg toegerus om met doelgerigte eksperimente te begin. Een van die bekendste radio-eksperimenteerders was Heinrich Hertz (1857- 1894).
Hy het onder meer in 1888 met twee paraboliese weerkaatsers daarin geslaag om seine oor 'n kort afstand oor te dra. Om dit te doen, het hy 'n vonk in die brandpunt van een van die weerkaatsers opgewek, waardeur 'n vonk tussen twee elektrodes in die brandpunt van die ander weerkaatsers gespring het (vonksender). Met dergelike eksperimente kon Hertz die voorspellings bewaarheid van die persoon wat die elektromagnetiese golfteorie geformuleer het, naamlik James Clerk Maxwell (1831 - 1879).
Hertz se send- en ontvangstoestelle het egter 'n beperkte vermoë gehad en prakties georiënteerde fisici soos Nicola Tesla (1856-1943), Guglielmo Marconi (1874-1 937), Karl Ferdinand Braun (1850- 1918) en Aleksandr Popov (1859-1906) was die persone wat die ontwikkeling verder gevoer het. In 1897 het Marconi byvoorbeeld 'n radio-ontwikkelingsmaatskappy gestig, en in 1898 het Popov ʼn stelsel voltooi waardeur verbinding tussen oorlogskepe en die land bewerkstellig is.
Inmiddels is die koherer uitgevind, 'n glasbuis met ystervylsels waarvan die elektriese weerstand verander het by die ontvangs van 'n sein (golf). Met behulp van 'n koherer en 'n vonksender het Marconi daarin geslaag om 'n morsekode 3 200 km ver te stuur en te ontvang. Hierdeur het ʼn wêreldwye belangstelling in radio ontstaan en verdere ontwikkeling het vinnig plaasgevind. Marconi het veral groot bevrediging gesmaak toe hy ʼn transatlantiese uitsending kon waarneem, strydig met die voorspellings dat golwe nie verder as ongeveer 300 km gesend kon word nie. Dit het tot die ontdekking van die ionosfeer gelei.
'n Werklike groot sprong vorentoe is geneem met die ontwikkeling van vakuumelektronbuise deur sir Ambrose Fleming (1849-1945) en Leede Forest (1873-1961). Daarmee het die elektroniese versterking van seine en die bou van ossillators moontlik geword. Ossillators het vonksenders heeltemal verdring aangesien dit golwe van 'n spesifieke frekwensiegebied kon uitsend en selektiwiteit daardeur bevorder is.
Deur sendantennes te gebruik wat by die golflengtes aangepas is, kon sterk gekonsentreerde golwe gestuur en uiters selektief ontvang word. Die belangrikste ontwikkeling wat buise egter meegebring het, was die sogenaamde modulasie van golwe, waarmee byvoorbeel spraak gesend kon word. In 1915 is die eerste spraakseine versend en dieselfde beginsels wat toe vir die modulasietegniek opgestel is, geld vandag nog. Spraakgolwe (geluidsgolwe) kan nie regstreeks gestuur word nie.
Om spraak oor te dra, word konstante, hoëfrekwensiegolwe (dragolwe) uitgesend en dan gemoduleer. Modulasie vind plaas deur middel van geluidsgolwe wat met behulp van 'n mikrofoon in elektriese spanningsveranderings omgesit word. Die spanningsvariasies word dan by die hoëfrekwensie-spanningsvariasies van die dragolf gevoeg, wat meebring dat die amplitude (golfgrootte of seinsterkte) van die dragolf in ooreenstemming met die oudiogolwe varieer.
By die ontvanger word die dragolf dan gedemoduleer (gelykgerig en gefiltreer) en die oudiogolf deur 'n klankversterker versterk. Spoedig het radio-omroep tot stand gekom en sendstasies is oor die hele wêreld opgerig. Afgesien van militêre en navigasiekommunikasie is radio vir vermaaklikheidsprogramme gebruik en die "kommunikasie-ontploffing" het begin. Na 1930 is die beroemde super-heterodienontvangers in gebruik geneem waarmee 'n uitstekende selektiwiteit sowel as 'n sensitiwiteit moontlik gemaak is.
Dit het die kommersiële gebruik van lang-, medium- en kortgolfbande geweldig gestimuleer. Nog voor die Tweede Wêreldoorlog is die eerste mikrogolwe (frekwensie 1,7 GHz, golflengte 18 cm) opgewek en het radar en radiosterrekunde 'n werklikheid geword. Veral radarontwikkeling is gedurende die Tweede Wêreldoorlog gestimuleer en ironies genoeg het radio-ontwikkeling oor die algemeen heelwat aan die oorlog te danke. Afgesien van die bestaande AM-netwerke is FM-netwerke na die Tweede Wêreldoorlog opgerig en feitlik steuringsvrye kommunikasie het moontlik geword.
FM- en UHF (ultrahoëfrekwensie-) uitsendings het dan ook die kommunikasieontploffing aan die hand gewerk, waarby ook satelliete ingespan is.
Moderne apparatuur Met 'n radiosender word kragtige elektromagnetiese golwe (sinusgolwe) met 'n konstante frekwensie (dragolwe) opgewek, wat as "draer" van die eintlike informasie, soos morsekode, spraak of musiek, dien. Die inligtings - of oudiosein word in die sender se mengtrap (menger) tot die dragolf toegevoer en dit staan bekend as modulasie. Modulasie kan amplitudemodulasie (AM), frekwensiemodulasie (FM) of pulsmodulasie (PM) omvat.
Tipiese AM-dragolffrekwensies wissel van 100 kHz tot ongeveer 1 500 kHz. (1 Hz = 1 hertz en dit is gelyk aan een trillingsperiode of siklus per sekonde. Verder is 1 000 Hz = 1 kHz, 1 000 kHz = 1 MHz en 1 000 MHz = GHz, waar k = kilo, M = mega en G = giga.) Oudiofrekwensies wissel tussen 20 Hz en 20 kHz. Dit blyk dat wanneer 'n dragolf met 'n oudiogolf gemoduleer word, 'n frekwensie verkry word wat gelyk is aan die saamgestelde frekwensie van die dragolf en die modulasiegolf.
Wanneer 'n dragolf van 1 000 kHz met byvoorbeeld 'n oudiogolf van 5 kHz gemoduleer word, bestaan die totale uitsending uit frekwensies tussen 995 kHz en 1 005 kHz. Die sogenaamde bandwydte van die 1 000-kHz-kanaal is dus 10 kHz. 'n Golfband tussen 100 kHz en 1 500 kHz kan dan uit 140 kanale bestaan wat elk 10 kHz "wyd" is. Die bandwydte van die totale radiospektrum, dit wil sê alle elektromagnetiese golwe wat vir radio gebruik kan word, wissel van ongeveer 1 kHz tot 300 GHz.
Die owerhede het dus 'n enorme taak om die ongeveer 300 000 miljoen frekwensies in kanale op te deel wat deur die samelewing benut kan word. 'n Bandwydte van 10 kHz beteken dat musiek byvoorbeeld geen hoër tone as vyf kHz moet bevat nie (hoë frekwensies lewer hoë tone en lae frekwensies lae tone). Musiek van hoë kwaliteit kan slegs deur middel van 'n FM-stelsel uitgesend word aangesien die dragolffrekwensie 100 MHz en die bandwydte ongeveer 200 kHz is.
Vir die uitsending van televisieseine is 'n baie wye band (ongeveer 4,2 MHz) nodig, terwyl dit vir spraak (telekommunikasie) slegs 3 kHz en vir teks so min as 120 Hz hoef te wees.
In die verskillende stelsels moet daar ook maatreëls teen die interferensie van dragolwe getref word. So kan twee dragolwe van 1 000 kHz en 2 001 kHz byvoorbeeld meng en 'n verskilfrekwensie van 1 001 kHz lewer, wat deur 'n ontvanger ontvang kan word wat op 1 000 kHz ingestem is. In so 'n geval ontstaan daar 'n steuring (fluittoon) in die ontvanger.
Senders 'n Radiosender het drie essensiële onderdele, naamlik 'n ossillator, waarmee die dragolf opgewek word, 'n menger vir die modulering van die dragolf, en ʼn versterker waarmee die gemoduleerde golf versterk word. Die versterkingsvermoë van senders wissel tussen 50 en 300 kW (kilowatt), hoewel daar ook senders met 'n vermoë van 1000 kW is. Hoewel radiobuise grootliks deur halfgeleiers vervang is (transistors, ensovoorts) word dit steeds by senders gebruik omdat dit baie betroubaar is (dit kan hoë strome en temperatuur goed weerstaan).
By radiostasies word buise gebruik wat selfs hoër as 'n meter is en deur middel van water afgekoel word. Die frekwensie waarteen 'n buis-ossillator ossilleer word bepaal deur 'n netwerk van induktors (spoele), kapasitors en resistors in ʼn sogenaamde LCA-kring. By AM-senders word die ossillator gestabiliseer met behulp van 'n piësoëlektriese kristal. By FM-senders kan die ossillator nie gestabiliseer word nie aangesien die modulasie by FM juis op die variëring van die frekwensie neerkom. Daar word egter tog maatreëls getref om die ongemoduleerde golf onregstreeks te stabiliseer.
Antennes Antennes word so ontwerp dat dit optimaal geskik is vir die send en ontvangs van 'n bepaalde frekwensies of frekwensiebande. Uitsending en ontvangs word byvoorbeeld beïnvloed deur die vorm en afmetings van antenne-elemente en dit moet eweredig aan die golflengte van die betrokke golwe wees. Die lengte van 'n golf word bepaal uit die vergelyking v = c/λ, waar v die frekwensie, λ die golflengte en c 'n konstante (die voortplantingsnelheid van elektromagnetiese golwe: 300 000 km/s) is.
Die golflengte van 'n 300-MHz-golf (300 000 000 Hz) is byvoorbeeld 1 m (onthou 300 000 km = 300 000 000 m). Antennes kan voorts eenrigting of alomgerigte antennes wees. AM-antennes is dikwels alomgerigte antennes, terwyl FM-antennes eenrigting antennes is en op 'n sender gerig moet word. Antennes word ook so opgestel dat dit golwe horisontaal of vertikaal laat voortplant (polariseer). In oop gebiede word golwe gewoonlik horisontaal gepolariseer terwyl dit tussen heuwels en geboue vertikaal gepolariseer word.
Ontvangers 'n Radio-ontvanger bestaan, net soos die sender, ook uit drie dele, naamlik 'n instemmer waarmee 'n bepaalde frekwensie of frekwensieband geselekteer word, 'n demodulator, waarmee die dra- en oudiogolwe geskei word, en ʼn klankversterker, waarmee 'n luidspreker aangedryf word. Die instemmer bestaan uit ʼn instemkring (kombinasie van ʼn induktor en 'n verstelbare kapasitor in 'n sogenaamde LC-kring) wat deur 'n AF- (radiofrekwensie-) versterker en 'n ossillator (lokale ossillator) ondersteun word.