Le onde radio sono un tipo di radiazione elettromagnetica nota per il loro uso nelle tecnologie di comunicazione come televisione, telefoni cellulari e radio. Questi dispositivi ricevono onde radio e li convertono in vibrazioni meccaniche nell'altoparlante per creare onde sonore.
Lo spettro delle radiofrequenze è una parte relativamente piccola dello spettro elettromagnetico (EM). Lo spettro EM è generalmente diviso in sette regioni in ordine decrescente di lunghezza d'onda e aumento di energia e frequenza, secondo l'Università di Rochester. Le denominazioni comuni sono onde radio, microonde, infrarossi (IR), luce visibile, ultravioletti (UV), raggi X e raggi gamma.
Le onde radio hanno le lunghezze d'onda più lunghe nello spettro EM, secondo la NASA, che vanno da circa 0,04 pollici (1 millimetro) a oltre 62 miglia (100 chilometri). Hanno anche le frequenze più basse, da circa 3.000 cicli al secondo, o 3 kilohertz, fino a circa 300 miliardi di hertz o 300 gigahertz.
Lo spettro radio è una risorsa limitata ed è spesso paragonato ai terreni agricoli. Proprio come gli agricoltori devono organizzare la propria terra per ottenere il miglior raccolto in termini di quantità e varietà, lo spettro radio deve essere suddiviso tra gli utenti nel modo più efficiente, secondo la British Broadcasting Corp. (BBC). Negli Stati Uniti, la National Telecommunications and Information Administration all'interno del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti gestisce le allocazioni di frequenza lungo lo spettro radio.
Scoperta
Il fisico scozzese James Clerk Maxwell, che sviluppò una teoria unificata dell'elettromagnetismo nel 1870, predisse l'esistenza delle onde radio, secondo la National Library of Scotland. Nel 1886, Heinrich Hertz, un fisico tedesco, applicò le teorie di Maxwell alla produzione e alla ricezione delle onde radio. Hertz utilizzava semplici strumenti fatti in casa, tra cui una bobina a induzione e un vaso Leyden (un tipo iniziale di condensatore costituito da un vaso di vetro con strati di fogli sia all'interno che all'esterno) per creare onde elettromagnetiche. Hertz divenne la prima persona a trasmettere e ricevere onde radio controllate. L'unità di frequenza di un'onda EM - un ciclo al secondo - è chiamata hertz, in suo onore, secondo l'American Association for the Advancement of Science.
Bande di onde radio
La National Telecommunications and Information Administration generalmente divide lo spettro radio in nove bande:
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| Gruppo musicale | Intervallo di frequenze | Gamma di lunghezze d'onda |
|---|---|---|
| Frequenza estremamente bassa (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Frequenza molto bassa (VLF) | Da 3 a 30 kHz | 10 a 100 km |
| Bassa frequenza (LF) | Da 30 a 300 kHz | 1 ma 10 km |
| Media frequenza (MF) | Da 300 kHz a 3 MHz | 100 ma 1 km |
| Alta frequenza (HF) | Da 3 a 30 MHz | 10 a 100 m |
| Altissima frequenza (VHF) | Da 30 a 300 MHz | Da 1 a 10 m |
| Ultra alta frequenza (UHF) | Da 300 MHz a 3 GHz | 10 cm a 1 m |
| Super alta frequenza (SHF) | Da 3 a 30 GHz | 1 a 1 cm |
| Estremamente alta frequenza (EHF) | Da 30 a 300 GHz | 1 mm a 1 cm |
Frequenze medio-basse
Le onde radio ELF, la più bassa di tutte le frequenze radio, hanno una lunga portata e sono utili per penetrare nell'acqua e nella roccia per la comunicazione con i sottomarini e all'interno di miniere e caverne. La fonte naturale più potente delle onde ELF / VLF è il fulmine, secondo il gruppo Stanford VLF. Le onde prodotte dai fulmini possono rimbalzare avanti e indietro tra la Terra e la ionosfera (lo strato di atmosfera con un'alta concentrazione di ioni ed elettroni liberi), secondo Phys.org. Questi disturbi da fulmine possono distorcere importanti segnali radio che viaggiano verso i satelliti.
Le bande radio LF e MF includono radio marina e aeronautica, nonché radio commerciale AM (modulazione di ampiezza), secondo RF Page. Le bande di radiofrequenza AM cadono tra 535 kilohertz e 1,7 megahertz, secondo How Stuff Works. La radio AM ha un lungo raggio, in particolare di notte quando la ionosfera è migliore nel rifrangere le onde sulla terra, ma è soggetta a interferenze che influiscono sulla qualità del suono. Quando un segnale viene parzialmente bloccato, ad esempio da un edificio con pareti metalliche come un grattacielo, il volume del suono viene ridotto di conseguenza.
Frequenze più alte
Le bande HF, VHF e UHF includono radio FM, audio televisivo, radio di servizio pubblico, telefoni cellulari e GPS (sistema di posizionamento globale). Queste bande utilizzano in genere la "modulazione di frequenza" (FM) per codificare o impressionare un segnale audio o dati sull'onda portante. Nella modulazione di frequenza, l'ampiezza (massima estensione) del segnale rimane costante mentre la frequenza viene variata più in alto o più in basso con una frequenza e una magnitudine corrispondenti al segnale audio o dati.
FM produce una qualità del segnale migliore di AM perché i fattori ambientali non influenzano la frequenza nel modo in cui influiscono sull'ampiezza e il ricevitore ignora le variazioni di ampiezza fintanto che il segnale rimane al di sopra di una soglia minima. Le frequenze radio FM sono comprese tra 88 megahertz e 108 megahertz, secondo How Stuff Works.
Radio ad onde corte
La radio a onde corte utilizza frequenze nella banda HF, da circa 1,7 megahertz a 30 megahertz, secondo la National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). All'interno di tale intervallo, lo spettro delle onde corte è diviso in diversi segmenti, alcuni dei quali sono dedicati alle stazioni di trasmissione regolari, come Voice of America, British Broadcasting Corp. e Voice of Russia. In tutto il mondo, ci sono centinaia di stazioni ad onde corte, secondo il NASB. Le stazioni ad onde corte possono essere ascoltate per migliaia di miglia perché i segnali rimbalzano sulla ionosfera e rimbalzano indietro di centinaia o migliaia di miglia dal loro punto di origine.
Frequenze più alte
SHF ed EHF rappresentano le frequenze più alte nella banda radio e talvolta sono considerate parte della banda microonde. Le molecole nell'aria tendono ad assorbire queste frequenze, il che limita la loro portata e applicazioni. Tuttavia, le loro lunghezze d'onda corte consentono ai segnali di essere diretti in fasci stretti da antenne paraboliche (antenne paraboliche satellitari). Ciò consente comunicazioni a corto raggio e ad alta larghezza di banda tra posizioni fisse.
SHF, che è influenzato meno dall'aria rispetto a EHF, viene utilizzato per applicazioni a corto raggio come Wi-Fi, Bluetooth e USB wireless (bus seriale universale). SHF può funzionare solo in percorsi in linea di vista poiché le onde tendono a rimbalzare su oggetti come automobili, barche e aerei, secondo la pagina RF. E poiché le onde rimbalzano sugli oggetti, SHF può essere utilizzato anche per il radar.
Fonti astronomiche
Lo spazio esterno pullula di sorgenti di onde radio: pianeti, stelle, nuvole di gas e polvere, galassie, pulsar e persino buchi neri. Studiando questi, gli astronomi possono conoscere il movimento e la composizione chimica di queste fonti cosmiche nonché i processi che causano queste emissioni.
Un radiotelescopio "vede" il cielo in modo molto diverso da come appare alla luce visibile. Invece di vedere stelle simili a punti, un radiotelescopio raccoglie pulsar distanti, regioni che formano le stelle e resti di supernova. I radiotelescopi possono anche rilevare quasar, che è l'abbreviazione di una sorgente radio quasi stellare. Un quasar è un nucleo galattico incredibilmente luminoso alimentato da un buco nero supermassiccio. I quasar irradiano energia in generale nello spettro EM, ma il nome deriva dal fatto che i primi quasar identificati emettono principalmente energia radio. I quasar sono altamente energetici; alcuni emettono 1.000 volte più energia dell'intera Via Lattea.
I radioastronomi spesso combinano diversi telescopi più piccoli, o ricevono piatti, in un array per rendere un'immagine radio più chiara o ad alta risoluzione, secondo l'Università di Vienna. Ad esempio, il radiotelescopio Very Large Array (VLA) nel New Mexico è costituito da 27 antenne disposte in un enorme schema a "Y" largo 22 miglia (36 chilometri).
Questo articolo è stato aggiornato il 27 febbraio 2019 dal collaboratore di Live Science Traci Pedersen.
