Radio

La radio es la tecnología de comunicación mediante ondas de radio . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Las ondas de radio son ondas electromagnéticas con una frecuencia comprendida entre 3 hercios (Hz) y 300 gigahercios (GHz). Se generan mediante un dispositivo electrónico llamado transmisor, conectado a una antena que irradia las ondas. Pueden ser recibidas por otras antenas conectadas a un receptor de radio ; este es el principio fundamental de la radiocomunicación. Además de la comunicación, la radio se utiliza para radar , radionavegación , control remoto , teledetección y otras aplicaciones.  

En la radiocomunicación , utilizada en la radiodifusión y la televisión , teléfonos celulares, radios bidireccionales , redes inalámbricas y comunicaciones por satélite , entre muchos otros usos, las ondas de radio se utilizan para transportar información a través del espacio desde un transmisor a un receptor, modulando la señal de radio (imprimiendo una señal de información en la onda de radio al variar algún aspecto de la onda) en el transmisor. En el radar, utilizado para localizar y rastrear objetos como aeronaves, barcos, naves espaciales y misiles, un haz de ondas de radio emitido por un transmisor de radar se refleja en el objeto objetivo, y las ondas reflejadas revelan la ubicación del objeto a un receptor que generalmente se encuentra junto al transmisor. En los sistemas de radionavegación como el GPS y el VOR , un instrumento de navegación móvil recibe señales de radio de múltiples radiobalizas de navegación cuya posición se conoce, y al medir con precisión el tiempo de llegada de las ondas de radio, el receptor puede calcular su posición en la Tierra. En los dispositivos de control remoto inalámbrico por radio, como drones , abridores de puertas de garaje y sistemas de entrada sin llave , las señales de radio transmitidas desde un dispositivo controlador controlan las acciones de un dispositivo remoto.

La existencia de las ondas de radio fue probada por primera vez por el físico alemán Heinrich Hertz el 11 de noviembre de 1886. ^{[ 4 ]} A mediados de la década de 1890, basándose en las técnicas que los físicos utilizaban para estudiar las ondas electromagnéticas, el físico italiano Guglielmo Marconi desarrolló el primer aparato para la comunicación por radio de larga distancia, ^{[ 5 ]} enviando un mensaje inalámbrico en código Morse a un destinatario a más de un kilómetro de distancia en 1895, ^{[ 6 ]} y la primera señal transatlántica el 12 de diciembre de 1901. ^{[ 7 ]} La primera transmisión de radio comercial se realizó el 2 de noviembre de 1920, cuando Westinghouse Electric and Manufacturing Company en Pittsburgh transmitió en directo los resultados de las elecciones presidenciales de Estados Unidos de 1920 , bajo el indicativo KDKA . ^{[ 8 ]}

La emisión de ondas radioeléctricas está regulada por ley, coordinada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que asigna bandas de frecuencia en el espectro radioeléctrico para diversos usos.

La palabra radio deriva del latín radius , que significa «radio de una rueda, haz de luz, rayo». Se aplicó por primera vez a las comunicaciones en 1881 cuando, a sugerencia del científico francés Ernest Mercadier , Alexander Graham Bell adoptó radiophone (que significa «sonido radiado») como nombre alternativo para su sistema de transmisión óptica fotófono . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Tras el descubrimiento de Hertz de la existencia de ondas de radio en 1886, el término ondas hertzianas se utilizó inicialmente para referirse a esta radiación. ^{[ 11 ]} Los primeros sistemas prácticos de radiocomunicación, desarrollados por Marconi entre 1894 y 1895, transmitían señales telegráficas mediante ondas de radio, ^{[ 4 ]} por lo que la radiocomunicación se denominó inicialmente telegrafía inalámbrica . Hasta aproximadamente 1910, el término telegrafía inalámbrica también incluía una variedad de otros sistemas experimentales para transmitir señales telegráficas sin cables, como la inducción electrostática , la inducción electromagnética y la conducción acuática y terrestre , por lo que se necesitaba un término más preciso que se refiriera exclusivamente a la radiación electromagnética. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

El físico francés Édouard Branly , quien en 1890 desarrolló el cohesor detector de ondas de radio , lo llamó en francés radio-conducteur . ^{[ 14 ] [ 15 ]} El prefijo radio- se utilizó posteriormente para formar palabras compuestas descriptivas y palabras con guion, especialmente en Europa. Por ejemplo, a principios de 1898, la publicación británica The Practical Engineer incluyó una referencia al radiotelégrafo y la radiotelegrafía . ^{[ 14 ] [ 16 ]}

El uso de la palabra «radio» como término independiente se remonta al menos al 30 de diciembre de 1904, cuando las instrucciones emitidas por el Servicio Postal Británico para la transmisión de telegramas especificaban que «La palabra "Radio"... se envía en las Instrucciones de Servicio». ^{[ 14 ] [ 17 ]} Esta práctica fue adoptada universalmente, y la palabra «radio» se introdujo internacionalmente, mediante el Convenio Radiotelegráfico de Berlín de 1906, que incluía un Reglamento de Servicio que especificaba que «Los radiotelegramas deberán indicar en el preámbulo que el servicio es "Radio " » . ^{[ 14 ]}

El cambio de la radio a la comunicación inalámbrica se produjo de forma lenta y desigual en el mundo angloparlante. Lee de Forest contribuyó a popularizar el nuevo término en Estados Unidos: a principios de 1907 fundó la DeForest Radio Telephone Company, y su carta del 22 de junio de 1907 en Electrical World sobre la necesidad de restricciones legales advertía que «el caos radiofónico será sin duda el resultado hasta que se aplique una regulación tan estricta». ^{[ 18 ]} La Armada de los Estados Unidos también desempeñaría un papel importante. Si bien su traducción del Convenio de Berlín de 1906 utilizó los términos telégrafo inalámbrico y telegrama inalámbrico , en 1912 comenzó a promover el uso de la radio . El término empezó a ser el preferido por el público en general en la década de 1920 con la introducción de la radiodifusión.

Las ondas electromagnéticas fueron predichas por James Clerk Maxwell en su teoría del electromagnetismo de 1873 , ahora llamada ecuaciones de Maxwell , quien propuso que un campo eléctrico y un campo magnético oscilantes acoplados podían viajar por el espacio como una onda, y propuso que la luz consistía en ondas electromagnéticas de longitud de onda corta . El 11 de noviembre de 1886, el físico alemán Heinrich Hertz , tratando de confirmar la teoría de Maxwell, observó por primera vez ondas de radio que generó utilizando un transmisor de chispa primitivo . ^{[ 4 ]} Los experimentos de Hertz y los físicos Jagadish Chandra Bose , Oliver Lodge , Lord Rayleigh y Augusto Righi , entre otros, mostraron que las ondas de radio, al igual que la luz, demostraban reflexión, refracción , difracción , polarización , ondas estacionarias y viajaban a la misma velocidad que la luz, confirmando que tanto la luz como las ondas de radio eran ondas electromagnéticas, diferenciándose solo en la frecuencia . ^{[ 19 ]} En 1895, Guglielmo Marconi desarrolló el primer sistema de radiocomunicación, utilizando un transmisor de chispa para enviar código Morse a largas distancias. En diciembre de 1901, había transmitido a través del Océano Atlántico. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Marconi y Karl Ferdinand Braun compartieron el Premio Nobel de Física de 1909 "por sus contribuciones al desarrollo de la telegrafía inalámbrica". ^{[ 20 ]}

Durante las dos primeras décadas de la radio, conocidas como la era de la radiotelegrafía , los transmisores de radio primitivos solo podían transmitir pulsos de ondas de radio, no las ondas continuas necesarias para la modulación de audio , por lo que la radio se utilizaba para la mensajería de texto comercial, diplomática y militar entre personas. A partir de 1908, los países industrializados construyeron redes mundiales de potentes transmisores transoceánicos para intercambiar telegramas entre continentes y comunicarse con sus colonias y flotas navales. Durante la Primera Guerra Mundial, el desarrollo de transmisores de radio de onda continua , rectificadores electrolíticos y detectores de receptores de radio de cristal permitió a Reginald Fessenden y otros lograr la radiotelefonía por modulación de amplitud (AM) , lo que posibilitó la transmisión de audio . El 2 de noviembre de 1920, la primera transmisión de radio comercial fue realizada por Westinghouse Electric and Manufacturing Company en Pittsburgh, bajo el indicativo KDKA . La transmisión ofreció cobertura en directo de las elecciones presidenciales de Estados Unidos de 1920. ^{[ 8 ]}

Las ondas de radio son radiadas por cargas eléctricas que experimentan aceleración . ^{[ 21 ] [ 22 ]} Se generan artificialmente mediante corrientes eléctricas variables en el tiempo , que consisten en electrones que fluyen de un lado a otro en un conductor metálico llamado antena . ^{[ 23 ] [ 24 ]}

A medida que se alejan de la antena transmisora, las ondas de radio se dispersan, por lo que su intensidad ( en vatios por metro cuadrado) disminuye (véase la ley del inverso del cuadrado ). Por lo tanto, las transmisiones de radio solo pueden recibirse dentro de un rango limitado del transmisor, cuya distancia depende de la potencia del transmisor, el patrón de radiación de la antena , la sensibilidad del receptor, el nivel de ruido de fondo y la presencia de obstáculos entre el transmisor y el receptor . Una antena omnidireccional transmite o recibe ondas de radio en todas las direcciones, mientras que una antena direccional transmite ondas de radio en un haz en una dirección particular o recibe ondas de una sola dirección. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz en el vacío ^{[ 29 ]} y a una velocidad ligeramente menor en el aire. ^{[ 30 ]}

Además de las ondas de radio, los otros tipos de ondas electromagnéticas ( infrarrojas , luz visible , ultravioleta , rayos X y rayos gamma ) también pueden transportar información y utilizarse para la comunicación. El amplio uso de las ondas de radio en las telecomunicaciones se debe principalmente a sus deseables propiedades de propagación , derivadas de su mayor longitud de onda. ^{[ 24 ]} Las ondas de radio tienen la capacidad de atravesar la atmósfera en cualquier condición climática, la vegetación y, en longitudes de onda más largas, la mayoría de los materiales de construcción. Por difracción , las longitudes de onda más largas pueden desviarse alrededor de obstáculos y, a diferencia de otras ondas electromagnéticas, tienden a dispersarse en lugar de ser absorbidas por objetos de mayor tamaño que su longitud de onda.

En los sistemas de radiocomunicación, la información se transmite a través del espacio mediante ondas de radio. En el extremo emisor, la información que se va a enviar se convierte, mediante algún tipo de transductor , en una señal eléctrica variable en el tiempo llamada señal de modulación. ^{[ 24 ] [ 31 ]} La señal de modulación puede ser una señal de audio que representa el sonido de un micrófono , una señal de vídeo que representa imágenes en movimiento de una cámara de vídeo o una señal digital que consiste en una secuencia de bits que representan datos binarios de un ordenador. La señal de modulación se aplica a un transmisor de radio . En el transmisor, un oscilador electrónico genera una corriente alterna que oscila a una radiofrecuencia , llamada onda portadora porque sirve para generar las ondas de radio que transportan la información por el aire. La señal de modulación se utiliza para modular la portadora, variando algún aspecto de la onda portadora, imprimiendo la información de la señal de modulación en la portadora. Los diferentes sistemas de radio utilizan diferentes métodos de modulación: ^{[ 32 ]}

• Modulación de amplitud (AM): en un transmisor AM, la amplitud (intensidad) de la onda portadora de radio se varía mediante la señal de modulación; ^{[ 32 ] : 3}
• Modulación de frecuencia (FM): en un transmisor FM, la frecuencia de la onda portadora de radio se varía mediante la señal de modulación; ^{[ 32 ] : 33}
• Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK): se utiliza en dispositivos digitales inalámbricos para transmitir señales digitales ; la frecuencia de la onda portadora se desplaza entre frecuencias. ^{[ 32 ] : 58}
• La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una familia de métodos de modulación digital ampliamente utilizados en sistemas de alto ancho de banda, como redes Wi-Fi , teléfonos móviles, radiodifusión de televisión digital y radiodifusión de audio digital (DAB), para transmitir datos digitales utilizando un mínimo de ancho de banda del espectro radioeléctrico . Presenta una mayor eficiencia espectral y una mayor resistencia al desvanecimiento que la AM o la FM. En OFDM, se transmiten múltiples ondas portadoras de radio con frecuencias muy próximas dentro del canal de radio, moduladas cada portadora con bits del flujo de bits entrante , de modo que se envían varios bits simultáneamente, en paralelo. En el receptor, las portadoras se demodulan y los bits se combinan en el orden correcto para formar un único flujo de bits. ^{[ 33 ]}

También se utilizan muchos otros tipos de modulación. En algunos tipos, se suprime la onda portadora y solo se transmiten una o ambas bandas laterales de modulación. ^{[ 34 ]}

La portadora modulada se amplifica en el transmisor y se aplica a una antena transmisora ​​que irradia la energía en forma de ondas de radio. Estas ondas transportan la información al receptor. ^{[ 35 ]} En el receptor, la onda de radio induce una pequeña tensión oscilante en la antena receptora , una réplica más débil de la corriente en la antena transmisora. ^{[ 24 ] [ 31 ]} Esta tensión se aplica al receptor de radio , que amplifica la señal de radio débil para hacerla más fuerte y luego la demodula , extrayendo la señal de modulación original de la onda portadora modulada. La señal de modulación es convertida por un transductor a un formato utilizable por el ser humano: una señal de audio se convierte en ondas sonoras mediante un altavoz o auriculares, una señal de vídeo se convierte en imágenes mediante una pantalla , mientras que una señal digital se aplica a un ordenador o microprocesador, que interactúa con los usuarios. ^{[ 32 ]} 

Las ondas de radio de muchos transmisores viajan por el aire simultáneamente sin interferir entre sí, ya que las ondas de radio de cada transmisor oscilan a una frecuencia diferente, medida en hercios (Hz), kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). La antena receptora normalmente capta las señales de radio de muchos transmisores. El receptor utiliza circuitos sintonizados para seleccionar la señal de radio deseada entre todas las señales captadas por la antena y rechazar las demás. Un circuito sintonizado actúa como un resonador , similar a un diapasón . ^{[ 31 ]} Tiene una frecuencia de resonancia natural a la que oscila. El usuario ajusta la frecuencia de resonancia del circuito sintonizado del receptor a la frecuencia de la emisora ​​de radio deseada; esto se denomina sintonización . La señal de radio oscilante de la emisora ​​deseada hace que el circuito sintonizado oscile en simpatía, y este transmite la señal al resto del receptor. Las señales de radio de otras frecuencias son bloqueadas por el circuito sintonizado y no se transmiten. ^{[ 36 ]}

Ancho de banda

Una onda de radio modulada, que transporta una señal de información, ocupa un rango de frecuencias. La información en una señal de radio generalmente se concentra en bandas de frecuencia estrechas llamadas bandas laterales ( SB ) justo por encima y por debajo de la frecuencia portadora . El ancho en hercios del rango de frecuencia que ocupa la señal de radio, la frecuencia más alta menos la frecuencia más baja, se llama ancho de banda ( BW ). ^{[ 32 ] [ 37 ]} Para cualquier relación señal-ruido dada , un ancho de banda dado puede transportar la misma cantidad de información independientemente de dónde se encuentre en el espectro de radiofrecuencia; el ancho de banda es una medida de la capacidad de transmisión de información . El ancho de banda requerido por una transmisión de radio depende de la tasa de datos de la información que se envía y de la eficiencia espectral del método de modulación utilizado; cuántos datos puede transmitir en cada unidad de ancho de banda. Los diferentes tipos de señales de información transportadas por radio tienen diferentes tasas de datos. Por ejemplo, una señal de televisión tiene una tasa de datos mayor que una señal de audio . ^{[ 32 ] [ 38 ]}

El espectro radioeléctrico , el rango total de radiofrecuencias que pueden utilizarse para la comunicación en un área determinada, es un recurso limitado. ^{[ 37 ] [ 3 ]} Cada transmisión de radio ocupa una porción del espectro total disponible. El espectro radioeléctrico se considera un bien económico con un costo monetario y una demanda creciente. En algunas partes del espectro radioeléctrico, el derecho a utilizar una banda de frecuencia o incluso un solo canal de radio se compra y se vende por millones de dólares. Por lo tanto, existe un incentivo para emplear tecnología que minimice el espectro utilizado por los servicios de radio. ^{[ 38 ]}

Una transición gradual de las tecnologías de transmisión de radio analógicas a digitales comenzó a finales de la década de 1990. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Parte de la razón de esto es que la modulación digital puede transmitir más información en un ancho de banda determinado que la modulación analógica ; la modulación en sí es más eficiente y la compresión de pérdidas mejora aún más la eficiencia. La modulación digital también tiene mayor inmunidad al ruido que la analógica, los procesadores de señal digital asociados tienen más potencia y flexibilidad que los circuitos analógicos, y se puede transmitir una amplia variedad de información utilizando la misma modulación digital. ^{[ 32 ]}

Debido a que es un recurso fijo demandado por un número creciente de usuarios, el espectro radioeléctrico se ha congestionado cada vez más en las últimas décadas, y la necesidad de utilizarlo de manera más eficaz está impulsando muchas innovaciones radioeléctricas adicionales, como sistemas de radio troncalizados , transmisión de espectro ensanchado (banda ultraancha), reutilización de frecuencias , gestión dinámica del espectro , agrupación de frecuencias y radio cognitiva . ^{[ 38 ]}

El espectro radioeléctrico es un recurso compartido por muchos usuarios. Dos transmisores de radio en la misma área que intentan transmitir en la misma frecuencia interferirán entre sí, causando una recepción distorsionada, a menudo hasta el punto de que ninguna transmisión se recibe con claridad. ^{[ 37 ]} La interferencia con las transmisiones de radio no solo puede tener un alto costo económico, sino que también puede ser mortal (por ejemplo, en el caso de interferencia con las comunicaciones de emergencia o el control del tráfico aéreo ). ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Para evitar interferencias entre diferentes usuarios, la emisión de ondas de radio está estrictamente regulada por leyes nacionales y coordinada por un organismo internacional, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que asigna bandas en el espectro radioeléctrico para diferentes usos. ^{[ 37 ] [ 3 ]} Los transmisores de radio deben ser autorizados por los gobiernos, bajo diversas clases de licencia según su uso, y están restringidos a ciertas frecuencias y niveles de potencia. En algunas clases, como las estaciones de radiodifusión y televisión, al transmisor se le asigna un identificador único que consiste en una cadena de letras y números llamado indicativo de llamada , que debe usarse en todas las transmisiones. ^{[ 47 ]} Para ajustar, mantener o reparar internamente los transmisores de radio, las personas deben poseer una licencia gubernamental, como la licencia general de operador de radiotelefonía en los EE. UU., que se obtiene al aprobar un examen que demuestra un conocimiento técnico y legal adecuado sobre la operación segura de la radio. ^{[ 48 ]}

Las excepciones a las reglas anteriores permiten el uso sin licencia por parte del público de transmisores de baja potencia y corto alcance en productos de consumo como teléfonos celulares, teléfonos inalámbricos , dispositivos inalámbricos , walkie-talkies , radios de banda ciudadana , micrófonos inalámbricos , abridores de puertas de garaje y monitores para bebés . En los EE. UU., estos se rigen por la Parte 15 de las regulaciones de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Muchos de estos dispositivos utilizan las bandas ISM , una serie de bandas de frecuencia en todo el espectro radioeléctrico reservadas para uso sin licencia. Si bien pueden operarse sin licencia, como todos los equipos de radio, estos dispositivos generalmente deben estar homologados antes de su venta. ^{[ 49 ]}

La interferencia radioeléctrica consiste en la emisión deliberada de señales de radio diseñadas para interferir con la recepción de otras señales de radio. Los dispositivos de interferencia se denominan supresores de señal , generadores de interferencia o simplemente inhibidores . ^{[ 9 ]} En tiempos de guerra, los ejércitos utilizan la interferencia para interferir con las comunicaciones de radio tácticas del enemigo. Dado que las ondas de radio pueden traspasar las fronteras nacionales, algunos países totalitarios que practican la censura utilizan la interferencia para impedir que sus ciudadanos escuchen emisiones de emisoras de radio de otros países. La interferencia se suele lograr mediante un transmisor potente que genera ruido en la misma frecuencia que el transmisor objetivo. ^{[ 10 ] [ 11 ]} La ley federal de EE. UU. prohíbe el uso no militar o la venta de cualquier tipo de dispositivo de interferencia, incluidos aquellos que interfieren con el GPS, la telefonía móvil, el Wi-Fi y los radares policiales. ^{[ 15 ]}

La radio tiene muchas aplicaciones prácticas, entre las que se incluyen la radiodifusión, la comunicación de voz, la comunicación de datos, el radar, la radiolocalización y el control remoto.

• Radiación electromagnética y salud
• radio por Internet
• Lista de radios – Lista de modelos específicos de radios 
• Esquema de la radio
• Zona de silencio radioeléctrico

• Principios básicos y tecnología de la radio – Elsevier Science
• La electrónica de la radio – Cambridge University Press
• Ingeniería de sistemas de radio – Cambridge University Press
• Fundamentos de la transmisión radioelectrónica – Editorial SciTech
• Electrónica analógica, explicación de circuitos analógicos – Elsevier Science

• "Radio" . Diccionario Merriam-Webster.com . Merriam-Webster. OCLC 1032680871 .