Onda de rádio

ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética com as frequências mais baixas e os comprimentos de onda mais longos no espectro eletromagnético, normalmente com frequências abaixo de 300 gigahertz (GHz) e comprimentos de onda maiores que 1 milímetro ( 3 ⁄ 64 polegada), sobre o diâmetro de um grão de arroz. Como todas as ondas eletromagnéticas, as ondas de rádio em um vácuo viajam na velocidade da luz e na atmosfera da Terra a uma velocidade ligeiramente mais lenta. As ondas de rádio são geradas por partículas carregadas em aceleração, como correntes elétricas que variam no tempo. As ondas de rádio que ocorrem naturalmente são emitidas por raios e objetos astronômicos e fazem parte da radiação do corpo negro emitido por todos os objetos quentes.

ondas de rádio são geradas artificialmente por um dispositivo eletrônico chamado transmissor, que é conectado a uma antena que irradia as ondas. Eles são recebidos por outra antena conectada a um receptor de rádio, que processa o sinal recebido. As ondas de rádio são amplamente utilizadas na tecnologia moderna para comunicação de rádio fixada e móvel, transmissão, sistemas de navegação por radar e rádio, satélites de comunicação, redes de computadores sem fio e muitas outras aplicações. Diferentes frequências de ondas de rádio têm diferentes características de propagação na atmosfera da Terra; As ondas longas podem difratar em torno de obstáculos como montanhas e seguir o contorno da terra (ondas no solo), ondas mais curtas podem refletir a ionosfera e retornar à terra além do horizonte (ondas do céu), enquanto comprimentos de onda muito mais curtos curvam ou difratam muito pouco e viajam Uma linha de visão, portanto, suas distâncias de propagação são limitadas ao horizonte visual.

Para evitar interferências entre diferentes usuários, a geração artificial e o uso de ondas de rádio são estritamente regulamentadas por lei, coordenadas por um órgão internacional chamado União Internacional de Telecomunicações (UTU), que define ondas de rádio como " ondas eletromagnéticas de Frequências arbitrariamente inferiores a 3.000 GHz, propagadas no espaço sem guia artificial ". O espectro de rádio é dividido em várias bandas de rádio com base na frequência, alocadas a usos diferentes. As ondas de rádio de maior comprimento de onda de alta frequência são chamadas de microondas.

As ondas de rádio foram previstas pela teoria do eletromagnetismo proposto em 1867 pelo físico matemático escocês James Clerk Maxwell. Sua teoria matemática, agora chamada de equações de Maxwell, previu que um campo elétrico e magnético acoplado poderia viajar pelo espaço como uma onda eletromagnética -. Maxwell propôs que a luz consistisse em ondas eletromagnéticas de comprimento de onda muito curto. Em 1887, o físico alemão Heinrich Hertz demonstrou a realidade das ondas eletromagnéticas de Maxwell, gerando experimentalmente ondas de rádio em seu laboratório, mostrando que exibiram as mesmas propriedades de onda que a luz: ondas em pé, refração, difração e polarização. O inventor italiano Guglielmo Marconi desenvolveu os primeiros transmissores e receptores de rádio práticos por volta de 1894-1895. Ele recebeu o Prêmio Nobel de 1909 em física por seu trabalho de rádio. A comunicação por rádio começou a ser usada comercialmente por volta de 1900. O termo moderno " onda de rádio " substituiu o nome original " Hertzian Wave " por volta de 1912.

ondas de rádio são irradiadas por partículas carregadas quando são aceleradas. As fontes naturais de ondas de rádio incluem ruído de rádio produzido por raios e outros processos naturais na atmosfera da Terra e fontes de rádio astronômicas no espaço como o Sol, Galáxias e Nebulas. Todos os objetos quentes irradiam ondas de rádio de alta frequência (microondas) como parte de sua radiação do corpo preto.

As ondas de

rádio são produzidas artificialmente por correntes elétricas variáveis no tempo, consistindo de elétrons que fluem para frente e para trás em um condutor de metal de forma especialmente chamada de antena. Um dispositivo eletrônico chamado transmissor de rádio aplica corrente elétrica oscilante à antena, e a antena irradia a energia como ondas de rádio. As ondas de rádio são recebidas por outra antena anexada a um receptor de rádio. Quando as ondas de rádio atingem a antena recebida, elas empurram os elétrons no metal para frente e para trás, criando pequenas correntes oscilantes que são detectadas pelo receptor.

Da mecânica quântica, como outras radiações eletromagnéticas, como luz, ondas de rádio podem ser consideradas como fluxos de partículas elementares não carregadas chamadas fotons. Em uma antena transmitindo ondas de rádio, os elétrons na antena emitem a energia em pacotes discretos chamados fótons de rádio, enquanto em uma antena receptor os elétrons absorvem a energia como fótons de rádio. Uma antena é um emissor coerente de fótons, como um laser, de modo que os fótons de rádio estão todos em fase. No entanto, da relação de Planck $Não. E...$ a energia dos fótons de rádio individuais é extremamente pequena, a partir de 10^{- 22.} a 10^{- Não.} Joules. Assim, a antena de até mesmo um transmissor de energia muito baixo emite enormes números de fótons por segundo. Portanto, exceto para certos processos de transição de elétrons moleculares como átomos em um maser que emitem fótons de microonda, a emissão de ondas de rádio e absorção é geralmente considerada como um processo clássico contínuo, governado pelas equações de Maxwell.

Ondas de rádio em uma viagem a vácuo à velocidade da luz $Não.$. Ao passar por um meio material, eles são desacelerados dependendo da permeabilidade e da permeabilidade do meio. O ar é suficientemente fino que, na atmosfera da Terra, as ondas de rádio viajam muito perto da velocidade da luz.

O comprimento de onda $- Sim.$ é a distância de um pico (crest) do campo elétrico da onda para o próximo, e é inversamente proporcional à frequência $Não.$ da onda. A relação de frequência e comprimento de onda em uma onda de rádio que viaja em vácuo ou ar é

${\displaystyle \lambda ={\frac Sim.$

Onde

${\displaystyle c\approx 299.79\times 10^{6}{\text{ m/s}}~.}$

Equivalentemente, ${\displaystyle \;c\;}$ a distância que uma onda de rádio viaja em um vácuo, em um segundo, é 299,792,458 metros (983,571,056 ft), que é o comprimento de onda de um sinal de rádio 1 Hertz. Uma onda de rádio de 1 megahertz (banda de meio-AM) tem um comprimento de onda de 299,79 metros (983,6 pés).

Como outras ondas eletromagnéticas, uma onda de rádio possui uma propriedade chamada polarização, que é definida como a direção do campo elétrico oscilante da onda perpendicular à direção do movimento. Uma onda de rádio polarizada plana possui um campo elétrico que oscila em um plano perpendicular à direção do movimento. Em uma onda de rádio polarizada horizontalmente, o campo elétrico oscila em uma direção horizontal. Em uma onda polarizada verticalmente, o campo elétrico oscila em uma direção vertical. Em uma onda polarizada circularmente, o campo elétrico em qualquer momento gira sobre a direção da viagem, uma vez por ciclo. Uma onda polarizada circularmente direita gira no sentido da mão direita sobre a direção do deslocamento, enquanto uma onda polarizada circularmente esquerda gira no sentido oposto. O campo magnético da onda é perpendicular ao campo elétrico, e o campo elétrico e magnético é orientado no sentido da mão direita em relação à direção da radiação.

Uma antena emite ondas de rádio polarizadas, com a polarização determinada pela direção dos elementos da antena metálica. Por exemplo, uma antena dipolo consiste em duas hastes de metal colinear. Se as hastes forem horizontais, irradia ondas de rádio polarizadas horizontalmente, enquanto se as hastes forem verticais, irradia ondas polarizadas verticalmente. Uma antena que recebe as ondas de rádio deve ter a mesma polarização que a antena transmissora, ou sofrerá uma severa perda de recepção. Muitas fontes naturais de ondas de rádio, como o sol, estrelas e radiação do corpo negro de objetos quentes, emitem ondas não polarizadas, consistindo em trens incoerentes de ondas curtas em uma mistura igual de estados de polarização.

A polarização das ondas de rádio é determinada por uma propriedade mecânica quântica dos fótons chamado sua rotação. Um fóton pode ter um dos dois valores possíveis de rotação; Ele pode girar no sentido da mão direita sobre sua direção de movimento ou no sentido da mão esquerda. As ondas de rádio polarizadas circularmente à direita consistem em fótons girando no sentido da mão direita. As ondas de rádio polarizadas circularmente esquerdas consistem em fótons girando no sentido da mão esquerda. As ondas de rádio polarizadas planas consistem em fótons em uma superposição quântica de estados de rotação direita e esquerda. O campo elétrico consiste em uma superposição dos campos rotativos direito e esquerdo, resultando em uma oscilação plana.

As ondas de

rádio são mais amplamente utilizadas para comunicação do que outras ondas eletromagnéticas, principalmente devido às suas propriedades desejáveis de propagação, decorrentes de seu grande comprimento de onda. As ondas de rádio têm a capacidade de passar pela atmosfera em qualquer clima, folhagem e a maioria dos materiais de construção, e por difração de comprimentos de onda mais longos podem se curvar em torno de obstruções e, diferentemente de outras ondas eletromagnéticas, elas tendem a ser espalhadas, em vez de absorvidas por objetos maiores que seu comprimento de onda .

O estudo da propagação de rádio, como as ondas de rádio se movem no espaço livre e sobre a superfície da Terra, é de vital importância no design de sistemas de rádio práticos. As ondas de rádio que passam por diferentes ambientes experimentam reflexão, refração, polarização, difração e absorção. Diferentes frequências experimentam combinações diferentes desses fenômenos na atmosfera da Terra, tornando certas bandas de rádio mais úteis para fins específicos do que outros. Os sistemas práticos de rádio usam principalmente três técnicas diferentes de propagação de rádio para se comunicar:

• Linha de visão: Isso se refere às ondas de rádio que viajam em uma linha reta da antena de transmissão para a antena receptora. Não requer necessariamente um caminho de visão claro; em ondas de rádio de frequências mais baixas pode passar por edifícios, folhagem e outras obstruções. Este é o único método de propagação possível em frequências acima de 30 MHz. Na superfície da Terra, a propagação da linha de visão é limitada pelo horizonte visual a cerca de 64 km. Este é o método usado por telefones celulares, FM, transmissão de televisão e radar. Usando antenas de prato para transmitir feixes de micro-ondas, links de relé de microondas ponto a ponto transmitem sinais de telefone e televisão em longas distâncias até o horizonte visual. As estações terrestres podem se comunicar com satélites e naves espaciais bilhões de milhas da Terra.
  • Propagação indireta: As ondas de rádio podem alcançar pontos além da linha de visão por difração e reflexão. A difração faz com que as ondas de rádio se dobrem em torno de obstruções como uma borda de construção, um veículo ou uma volta em um corredor. As ondas de rádio também refletem parcialmente de superfícies como paredes, pisos, tetos, veículos e o solo. Esses métodos de propagação ocorrem em sistemas de comunicação de rádio de curto alcance, como telefones celulares, telefones sem fio, walkie-talkies e redes sem fio. Uma desvantagem deste modo é propagação multipath, em que ondas de rádio viajam da transmissão para a antena receptora através de vários caminhos. As ondas interferem, muitas vezes causando desbotamento e outros problemas de recepção.
• Ondas terrestres: Em frequências mais baixas abaixo de 2 MHz, nas bandas de onda média e onda longa, devido à difração de ondas de rádio verticalmente polarizadas pode dobrar-se sobre colinas e montanhas, e propagar-se além do horizonte, viajando como ondas de superfície que seguem o contorno da Terra. Isso possibilita que as estações de radiodifusão de ondas médias e longas tenham áreas de cobertura além do horizonte, até centenas de milhas. À medida que a frequência cai, as perdas diminuem e a faixa atingível aumenta. Militares de baixa frequência (VLF) e sistemas de comunicação de frequência extremamente baixa (ELF) podem se comunicar sobre a maioria da Terra. As ondas de rádio VLF e ELF também podem penetrar água em centenas de metros de profundidade, então eles são usados para se comunicar com submarinos submersos.
• Skywaves: Em ondas médias e comprimentos de onda de ondas curtas, ondas de rádio refletem camadas condutoras de partículas carregadas (ions) em uma parte da atmosfera chamada ionosfera. Então ondas de rádio direcionadas a um ângulo no céu podem voltar para a Terra além do horizonte; isso é chamado de "skip" ou "skywave" propagação. Usando múltiplas ligações de pontes em distâncias intercontinentais pode ser alcançado. A propagação de ondas é variável e dependente de condições atmosféricas; é mais confiável à noite e no inverno. Amplamente utilizado durante a primeira metade do século XX, devido à sua comunicação de ondas no céu não fiável foi principalmente abandonado. Os usos remanescentes são por sistemas de radar sobre-o-horizon (OTH), por alguns sistemas automatizados, por amadores de rádio e por estações de transmissão de ondas curtas para transmitir a outros países.

Nas frequências de microondas, os gases atmosféricos começam a absorver ondas de rádio, de modo que a faixa de sistemas práticos de comunicação de rádio diminui com o aumento da frequência. Abaixo de cerca de 20 GHz, a atenuação atmosférica deve -se principalmente ao vapor de água. Acima de 20 GHz, na faixa de onda milimétrica, outros gases atmosféricos começam a absorver as ondas, limitando as distâncias práticas de transmissão a um quilômetro ou menos. Acima de 300 GHz, na banda terahertz, praticamente toda a potência é absorvida em alguns metros, de modo que a atmosfera é efetivamente opaca.

Nos sistemas de comunicação de rádio, as informações são transportadas pelo espaço usando ondas de rádio. No final do envio, as informações a serem enviadas, na forma de um sinal elétrico variável no tempo, são aplicadas a um transmissor de rádio. As informações, chamadas de sinal de modulação, podem ser um sinal de áudio que representa o som de um microfone, um sinal de vídeo que representa imagens em movimento de uma câmera de vídeo ou um sinal digital representando dados de um computador. No transmissor, um oscilador eletrônico gera uma corrente alternada que oscilam em uma frequência de radiografia, chamada de onda de transportadora porque cria as ondas de rádio que "Carry " as informações através do ar. O sinal de informação é usado para modular a transportadora, alterando algum aspecto dele, codificando as informações sobre a transportadora. O transportador modulado é amplificado e aplicado a uma antena. A corrente oscilante empurra os elétrons na antena para frente e para trás, criando campos elétricos e magnéticos oscilantes, que irradiam a energia para longe da antena como ondas de rádio. As ondas de rádio carregam as informações para o local do receptor.

No receptor, os campos elétricos e magnéticos oscilantes da onda de rádio de entrada empurram os elétrons na antena recebida para frente e para trás, criando uma pequena tensão oscilante, que é uma réplica mais fraca da corrente na antena transmitida. Esta tensão é aplicada ao receptor de rádio, que extrai o sinal de informação. O receptor usa primeiro um filtro de passa-banda para separar o sinal de rádio da estação de rádio desejado de todos os outros sinais de rádio capturados pela antena e depois amplia o sinal para que seja mais forte e, finalmente um desmodulador. O sinal recuperado é enviado a um alto -falante ou fone de ouvido para produzir som ou uma tela de exibição de televisão para produzir uma imagem visível ou outros dispositivos. Um sinal de dados digital é aplicado a um computador ou microprocessador, que interage com um usuário humano.

As ondas de rádio de muitos transmissores passam pelo ar simultaneamente, sem interferir entre si. Eles podem ser separados no receptor, porque cada transmissor as ondas de rádio oscilam a um ritmo diferente, ou seja, cada transmissor tem uma frequência diferente, medida em Kilohertz (KHz), Megahertz (MHz) ou Gigahertz (GHZ). O filtro passa -banda no receptor consiste em um ou mais circuitos sintonizados que atuam como um ressonador, da mesma forma que um garfo de ajuste. O circuito ajustado possui uma frequência ressonante natural na qual oscila. A frequência ressonante é definida igual à frequência da estação de rádio desejada. O sinal de rádio oscilante da estação desejado faz com que o circuito sintonizado oscilem em simpatia e passa o sinal para o restante do receptor. Os sinais de rádio em outras frequências são bloqueados pelo circuito ajustado e não passados.

As ondas de

rádio são radiação não ionizante , o que significa que elas não têm energia suficiente para separar elétrons de átomos ou moléculas, ionizando-as ou quebram ligações químicas, causando reações químicas ou danos ao DNA. O principal efeito da absorção das ondas de rádio por materiais é aquecê -las, da mesma forma que as ondas infravermelhas irradiadas por fontes de calor, como aquecedor de espaço ou fogo de madeira. O campo elétrico oscilante da onda faz com que as moléculas polares vibrem para frente e para trás, aumentando a temperatura; É assim que um forno de microondas cozinha comida. As ondas de rádio foram aplicadas ao corpo por 100 anos na terapia médica da diatermia para aquecimento profundo do tecido corporal, para promover o aumento do fluxo sanguíneo e da cicatrização. Mais recentemente, eles foram usados para criar temperaturas mais altas na terapia com hipertermia e matar células cancerígenas.

No entanto, diferentemente das ondas infravermelhas, que são absorvidas principalmente na superfície dos objetos e causam aquecimento da superfície, as ondas de rádio são capazes de penetrar na superfície e depositar sua energia dentro de materiais e tecidos biológicos. A profundidade em que as ondas de rádio penetram diminui com sua frequência e também depende da resistividade e permissividade do material; É dado por um parâmetro chamado de profundidade da pele do material, que é a profundidade na qual 63% da energia é depositada. Por exemplo, as ondas de rádio de 2,45 GHz (microondas) em um forno de microondas penetram na maioria dos alimentos de aproximadamente 2,5 a 3,8 cm (1 a 1,5 polegadas).

Olhando para uma fonte de ondas de rádio de perto, como o guia de ondas de um transmissor de rádio que trabalha, pode causar danos à lente do olho aquecendo. Um feixe forte o suficiente das ondas de rádio pode penetrar no olho e aquecer a lente o suficiente para causar cataratas.

Como o efeito de aquecimento não é, em princípio, não é diferente de outras fontes de calor, a maioria das pesquisas sobre possíveis riscos à saúde da exposição a ondas de rádio se concentrou no#34; efeitos; Se as ondas de rádio têm algum efeito nos tecidos além do causado pelo aquecimento. Os campos eletromagnéticos de radiofrequência foram classificados pela Agência Internacional de Pesquisa sobre Câncer (IARC) como tendo evidências limitadas " por seus efeitos em humanos e animais. Há fraca evidência mecanicista de risco de câncer por exposição pessoal ao RF-EMF de telefones móveis.

ondas de rádio podem ser protegidas por uma folha de metal condutiva ou tela, um gabinete de folha ou tela é chamado de gaiola de Faraday. Uma tela de metal protege contra ondas de rádio, bem como uma folha sólida, desde que os orifícios na tela sejam menores que sobre 1 20 de comprimento de onda das ondas.

Como a radiação de radiofrequência possui um componente elétrico e magnético, geralmente é conveniente expressar intensidade do campo de radiação em termos de unidades específicas para cada componente. A unidade volts por metro (v/m) é usada para o componente elétrico e a unidade amperes por metro (a/m) é usada para o componente magnético. Pode -se falar de um campo eletromagnético, e essas unidades são usadas para fornecer informações sobre os níveis de força de campo elétrico e magnético em um local de medição.

Outra unidade comumente usada para caracterizar um campo eletromagnético de RF é densidade de potência . A densidade de potência é usada com mais precisão quando o ponto de medição está longe o suficiente do emissor de RF para estar localizado no que é chamado de zona de campo distante do padrão de radiação. Em mais estreita proximidade do transmissor, isto é, no campo próximo " Zona, as relações físicas entre os componentes elétricos e magnéticos do campo podem ser complexos e é melhor usar as unidades de força de campo discutidas acima. A densidade de potência é medida em termos de potência por unidade de área, por exemplo, miliwatts por centímetro quadrado (MW/cm 2 ). Ao falar de frequências na faixa de microondas e mais alta, a densidade de potência é geralmente usada para expressar intensidade, pois as exposições que podem ocorrer provavelmente estariam na zona de campo distante.

• Radio astronomia
• Transmissor de televisão

• Maxwell, James Clerk (1865). «VIII. A Dynamical Theory of the Etrophy Field» (em inglês). Transações filosóficas da Royal Society of London. 155: 459–512. doi:10.1098/rstl.1865.0008. S2CID 186207827.
• Hertz, Heinrich Rudolph (1893). Ondas elétricas: sendo pesquisas sobre a propagação da ação elétrica com velocidade finita através do espaço. Biblioteca da Universidade de Cornell. Ithaca, NY: Universidade de Cornell. ISBN 9781429740364.
• Rawer, Karl (1993). Propagação de ondas na Ionosfera. Desenvolvimentos em série de teoria eletromagnética e aplicações. Kluwer Academic. ISBN 9780792307754. OCLC 26257685.

• "Radio Waves". Direcção da Missão da Ciência. NASA.