Как работает радио

Волны вместо проводов

Радио — способ передавать сообщения на расстояние с помощью радиоволн^[1]. Радиоволны — электромагнитные волны, такие же, как свет, только с гораздо большей длиной волны. Они летят со скоростью света в вакууме и чуть медленнее в воздухе^[2].

Радиоволны рождаются, когда электрический ток быстро меняется — электроны бегают туда-обратно по металлическому проводнику, антенне^[2]. Чем дальше от антенны, тем слабее сигнал, поэтому у каждой станции ограниченная дальность: она зависит от мощности передатчика, антенны, чувствительности приёмника и помех^[2].

Как голос садится на волну

Звук сам по себе по радио не летит. Его «сажают» на радиоволну^[1][2]:

1. Передатчик создаёт несущую волну — высокочастотный сигнал определённой частоты.
2. Звук из микрофона превращается в электрический сигнал.
3. Этот сигнал изменяет несущую волну — это называется модуляцией.
4. Модулированный сигнал излучает передающая антенна.

AM и FM

Два самых известных способа модуляции^[2]:

Частотную модуляцию для радиовещания предложил американский инженер Эдвин Армстронг в 1933 году ^[1]. В цифровых системах — Wi-Fi, мобильной связи, цифровом радио — используют более сложные способы, при которых данные передаются сразу на многих близких частотах^[2]. О Wi-Fi — в статье «Wi-Fi».

Как приёмник находит станцию

В антенне приёмника радиоволны наводят слабый высокочастотный ток — сразу от всех станций вокруг и от помех ^[1]. Дальше^[1]:

1. Фильтры выделяют из этой смеси сигнал с одной нужной несущей частотой — так мы «настраиваемся на станцию».
2. Детектор восстанавливает из модулированной волны исходный сигнал — звук.

Из-за помех принятый сигнал может немного отличаться от переданного^[1].

Длинные, средние, короткие

Радиоволны разной длины ведут себя по-разному^[1]:

• Длинные волны (ДВ) распространяются вдоль земли, огибая её, — но быстро слабеют с расстоянием.
• Средние волны (СВ) днём ионосфера сильно поглощает, а вечером они хорошо от неё отражаются — поэтому вечером на СВ слышно дальние станции.
• Короткие волны (КВ) уходят на дальние расстояния, отражаясь от ионосферы. Зато рядом с передатчиком бывает «зона молчания», где их не слышно.
• УКВ — волны короче 10 метров, по ним идёт FM-вещание.

Земля и вода для радиоволн непрозрачны, но благодаря дифракции и отражению связь возможна и без прямой видимости ^[1].

Кто изобрёл радио

Сам термин «радио» — от латинского radius, «луч», — ввёл в обращение английский учёный Уильям Крукс ещё около 1873 года, задолго до первых опытов^[1].

Существование электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, доказал опытами 1886–1888 годов немецкий физик Генрих Герц — долгое время их так и называли «волнами Герца». Но его приёмник ловил сигнал лишь на расстоянии 8–10 метров^[1].

Дальше в разных странах «изобретателем радио» называют разных людей^[1]:

• в России — Александра Попова. 25 апреля (7 мая) 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге он показал «прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве». Прибор Попова ловил волны на расстоянии до 60 метров. С 1945 года 7 мая в нашей стране отмечают День радио;
• на Западе — итальянского инженера Гульельмо Маркони (1895–1896). В 1909 году Маркони и Фердинанд Браун получили Нобелевскую премию по физике за развитие беспроволочной телеграфии;
• во Франции — Эдуарда Бранли, в Германии — Герца, в США — Николу Теслу и других.

От лампового приёмника до цифры

• 1920 — начало коммерческого радиовещания; 2 ноября в Питтсбурге станция KDKA передала новости о выборах президента США^[2][1].
• 1924 — начало радиовещания в СССР^[1].
• 1946 — начало УКВ-ЧМ вещания в СССР^[1].
• 1995 — первое в мире цифровое радиовещание, в норвежском Осло^[1].
• 2017 — Норвегия первой отключила последние FM-передатчики^[1].