As ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética mais conhecida por seu uso em tecnologias de comunicação, como televisão, telefones celulares e rádios.

Esses dispositivos recebem ondas de rádio e as convertem em vibrações mecânicas no alto-falante para criar ondas sonoras.

Um sintonizador de rádio recebe ondas de rádio e as converte em vibrações mecânicas no alto-falante para criar ondas sonoras que podem ser ouvidas. Crédito da imagem: Ensuper | Shutterstock

O espectro de radiofrequência é uma parte relativamente pequena do espectro eletromagnético (EM). O espectro EM são geralmente dividido em sete regiões em ordem decrescente de comprimento de onda e aumento de energia e frequência, de acordo com a Universidade de Rochester. As designações comuns são ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho (IR), luz visível, ultravioleta (UV), raios X e raios gama.

As ondas de rádio têm os maiores comprimentos de onda no espectro EM, de acordo com a NASA, variando de cerca de 0,04 polegadas (1 milímetro) a mais de 62 milhas (100 quilômetros). Elas também têm as frequências mais baixas, de cerca de 3.000 ciclos por segundo, ou 3 quilohertz, até cerca de 300 bilhões de hertz ou 300 gigahertz.

O espectro do rádio é um recurso limitado e muitas vezes comparado a terras agrícolas. Assim como os agricultores devem organizar suas terras para obter a melhor colheita em quantidade e variedade, o espectro de rádio deve ser dividido entre os usuários da maneira mais eficiente, de acordo com a British Broadcasting Corp. (BBC). Nos Estados Unidos, a Administração Nacional de Telecomunicações e Informações do Departamento de Comércio dos Estados Unidos gerencia as alocações de frequência ao longo do espectro de rádio.

Descoberta

O físico escocês James Clerk Maxwell, que desenvolveu uma teoria unificada do eletromagnetismo na década de 1870, previu a existência de ondas de rádio, de acordo com a Biblioteca Nacional da Escócia. Em 1886, Heinrich Hertz, um físico alemão, aplicou as teorias de Maxwell à produção e recepção de ondas de rádio. Hertz usava ferramentas caseiras simples, incluindo uma bobina de indução e uma jarra de Leyden (um tipo antigo de capacitor consistindo em uma jarra de vidro com camadas de folhas dentro e fora) para criar ondas eletromagnéticas. Hertz se tornou a primeira pessoa a transmitir e receber ondas de rádio controladas. A unidade de frequência de uma onda EM - um ciclo por segundo - é chamada de hertz, em sua homenagem, de acordo com a American Association for the Advancement of Science.

Bandas de ondas de rádio

A Administração Nacional de Telecomunicações e Informações geralmente divide o espectro de rádio em nove bandas:

De frequências baixas a médias

As ondas de rádio ELF, as mais baixas de todas as frequências de rádio, têm um longo alcance e são úteis na penetração da água e rocha para comunicação com submarinos e dentro de minas e cavernas. A fonte natural mais poderosa de ondas ELF/VLF são os raios, de acordo com o Stanford VLF Group. Ondas produzidas por raios podem ricochetear para frente e para trás entre a Terra e a ionosfera (a camada da atmosfera com uma alta concentração de íons e elétrons livres), de acordo com Phys.org. Esses distúrbios de raios podem distorcer sinais de rádio importantes que viajam para os satélites.

As bandas de rádio LF e MF incluem rádio marítimo e de aviação, bem como rádio comercial AM (modulação de amplitude), de acordo com a página RF. As bandas de frequência de rádio AM ficam entre 535 kilohertz e 1,7 megahertz, de acordo com How Stuff Works. O rádio AM tem um longo alcance, principalmente à noite, quando a ionosfera é melhor em refratar as ondas de volta à Terra, mas está sujeito a interferências que afetam a qualidade do som. Quando um sinal é parcialmente bloqueado, por exemplo, por um edifício com paredes de metal, como um arranha-céu, o volume do som é reduzido de acordo.

Frequências mais altas

As bandas HF, VHF e UHF incluem rádio FM, transmissão de som de televisão, rádio de serviço público, telefones celulares e GPS (sistema de posicionamento global). Essas bandas normalmente usam "modulação de frequência" (FM) para codificar, ou imprimir, um sinal de áudio ou dados na onda portadora. Na modulação de frequência, a amplitude (extensão máxima) do sinal permanece constante enquanto a frequência é variada para mais ou para menos a uma taxa e magnitude correspondentes ao sinal de áudio ou dados.

FM resulta em melhor qualidade de sinal do que AM porque os fatores ambientais não afetam a frequência da mesma forma que afetam a amplitude, e o receptor ignora as variações na amplitude, desde que o sinal permaneça acima de um limite mínimo. As frequências de rádio FM ficam entre 88 megahertz e 108 megahertz, de acordo com How Stuff Works.

Rádio de ondas curtas

O rádio de ondas curtas usa frequências na banda de HF, de cerca de 1,7 megahertz a 30 megahertz, de acordo com a National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). Dentro dessa faixa, o espectro de ondas curtas é dividido em vários segmentos, alguns dos quais são dedicados a estações de transmissões regulares, como a Voice of America, a British Broadcasting Corp. e a Voice of Russia. Em todo o mundo, existem centenas de estações de ondas curtas, de acordo com a NASB. As estações de ondas curtas podem ser ouvidas a milhares de quilômetros porque os sinais ricocheteiam na ionosfera e retornam a centenas ou milhares de quilômetros de seu ponto de origem.

Frequências mais altas

SHF e EHF representam as frequências mais altas na banda de rádio e às vezes são considerados parte da banda de micro-ondas. Moléculas no ar tendem a absorver essas frequências, o que limita seu alcance e aplicações. No entanto, seus comprimentos de onda curtos permitem que os sinais sejam direcionados em feixes estreitos por antenas parabólicas (um tipo de antena parabólica projetada para receber ou transmitir informações por ondas de rádio de ou para um satélite de comunicação). Isso permite que comunicações de banda larga de curto alcance ocorram entre locais fixos.

O SHF, que é menos afetado pelo ar do que o EHF, é usado para aplicações de curto alcance, como Wi-Fi, Bluetooth e USB sem fio (barramento serial universal). O SHF pode funcionar apenas em caminhos com linha de visão, pois as ondas tendem a ricochetear em objetos como carros, barcos e aeronaves, de acordo com a página RF. E como as ondas ricocheteiam em objetos, o SHF também pode ser usado como radar.

Fontes astronômicas

O espaço sideral está repleto de fontes de ondas de rádio: planetas, estrelas, nuvens de gás e poeira, galáxias, pulsares e até buracos negros. Ao estudá-los, os astrônomos podem aprender sobre o movimento e a composição química dessas fontes cósmicas, bem como os processos que causam essas emissões.

Um radiotelescópio "vê" o céu de maneira muito diferente do que ele parece na luz visível. Em vez de ver estrelas pontuais, um radiotelescópio capta pulsares distantes, regiões de formação de estrelas e remanescentes de supernovas. Os radiotelescópios também podem detectar quasares, abreviação de fonte de rádio quase estelar. Um quasar é um núcleo galáctico incrivelmente brilhante alimentado por um buraco negro supermassivo. Os quasares irradiam energia amplamente em todo o espectro EM, mas o nome vem do fato de que os primeiros quasares identificados emitem principalmente energia de rádio. Os quasares são altamente energéticos; alguns emitem 1.000 vezes mais energia do que toda a Via Láctea.

Rádio astrônomos geralmente combinam vários telescópios menores, ou pratos receptores, em um arranjo para fazer uma imagem de rádio mais clara ou de alta resolução, de acordo com a Universidade de Viena. Por exemplo, o radiotelescópio Very Large Array (VLA) no Novo México consiste em 27 antenas dispostas em um enorme padrão "Y" com 22 milhas (36 quilômetros) de diâmetro.

Recursos adicionais:

• Quão cheio está o espectro de rádio? Confira este gráfico de alocação de frequência dos Estados Unidos.
• Leia mais sobre as ondas de rádio em um tour da Mission Science of the Electromagnetic Spectrum da NASA.
• Saiba mais sobre radiotelescópios do Observatório Nacional de Radioastronomia.

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Referência:

LUCAS, Jim. What Are Radio Waves? Live Science, 27, fev. 2019. Disponível em: <https://www.livescience.com/50399-radio-waves.html>. Acesso em: 03, nov. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.