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radio, système de communication utilisant la propagation dans l'espace des ondes électromagnétiques.

En raison de leurs caractéristiques spécifiques, les ondes radio de différents domaines, correspondant à des plages distinctes de longueur d'onde, servent à des applications diverses ; elles sont habituellement identifiées par leur fréquence. On sait que, dans le vide, les rayonnements électromagnétiques se propagent à vitesse constante d'environ 300 000 km par seconde : cela reste vrai, en première approximation, dans l'atmosphère. Il s'ensuit que l'on peut aussi bien caractériser les ondes électromagnétiques par leur longueur d’onde (distance parcourue par le rayonnement dans le temps, ou période, nécessaire à un cycle) que par leur fréquence (nombre de cycles par seconde). Les ondes les plus courtes ont la fréquence la plus élevée ; les ondes les plus longues ont la fréquence la plus basse. Le nom de Heinrich Hertz, pionnier allemand de l'étude des ondes électromagnétiques, fut adopté pour désigner l'unité de fréquence : un cycle par seconde (hertz, abréviation Hz). Un kilohertz (kHz) représentera 1 000 cycles par seconde, 1 mégahertz (MHz) correspondant à 1 million de cycles par seconde et 1 gigahertz (GHz) à 1 milliard de cycles par seconde. Le domaine des ondes radio (dites encore ondes hertziennes) s'étend de quelques kilohertz (longueurs d'onde kilométriques) à plusieurs gigahertz (ondes centimétriques).

Les ondes radio sont utilisées non seulement pour la diffusion d'émissions radiophoniques mais aussi pour la télégraphie sans fil, la transmission des communications téléphoniques (voir Téléphone), la télévision, le radar, les systèmes de navigation et les communications spatiales. Dans l'atmosphère, les caractéristiques physiques de l'air entraînent de légères variations dans le mouvement ondulatoire et dans sa propagation, ce qui génère des erreurs dans des systèmes comme le radar. Les orages ou les perturbations électriques produisent également des irrégularités dans la propagation des ondes radio.

Dans une atmosphère uniforme, la propagation des ondes électromagnétiques s'effectue en ligne droite ; la surface de la Terre étant approximativement sphérique, les communications radio sur de longues distances sont permises par réflexion sur la couche de l'ionosphère. Les rayonnements hertziens de longueur d'onde inférieure à 10 m — que l'on répartit en hautes, très hautes et super hautes fréquences (VHF, UHF et SHF) — ne sont normalement pas réfléchies. La réception de ces ondes très courtes ne sera donc possible, en pratique, qu'en des points visibles en droite ligne de l'émetteur (portée optique). Les longueurs d'onde inférieures à quelques centimètres sont absorbées par les gouttelettes d'eau en suspension et par les nuages.

Un système typique de radiocommunication comprend deux composants principaux : un émetteur et un récepteur. L'émetteur génère des oscillations électriques à une fréquence radio dite fréquence porteuse : c'est l'onde porteuse, qui sera modulée en amplitude ou en fréquence. On sait qu'un signal ondulatoire quelconque se décompose en série de mouvements sinusoïdaux, dont l'ensemble constitue le spectre du signal : si la répartition des fréquences est continue ou quasi continue, celles-ci se répartissent sur un intervalle, la bande passante, dont la largeur sera déterminée par les valeurs minimale et maximale de la fréquence. Un signal modulé en amplitude se composera de la fréquence porteuse et de deux bandes latérales produites par la modulation, le signal modulateur venant s'ajouter aux crêtes et se retrancher aux ventres de l'onde porteuse ; il s'ensuit que l'onde porteuse devra présenter une fréquence supérieure à la bande passante du signal à transmettre. En modulation d'amplitude, chaque bande latérale présente précisément la même largeur que le signal servant à moduler l'onde porteuse. La modulation de fréquence (MF) produit plus d'une paire de bandes latérales pour chaque fréquence de modulation, finissant par constituer deux bandes latérales de grande largeur. Les variations complexes ainsi produites seront restituées à la réception d'une émission radiophonique sous forme de sons, et, pour une émission télévisée, sous forme de changements d'intensité lumineuse.

Les composants essentiels d'un émetteur radio sont un générateur d'oscillations, servant à convertir le courant électrique distribué commercialement en oscillations d'une fréquence radioélectrique déterminée ; des amplificateurs, permettant d'augmenter l'intensité de ces oscillations tout en conservant la fréquence désirée ; et un transducteur, convertissant l'information à transmettre en tension électrique variable, proportionnelle à chaque instant à l'intensité du phénomène. Pour la transmission du son, le transducteur sera un microphone et, pour les images, un dispositif photoélectrique, comme une caméra de télévision.

D'autres composants importants de l'émetteur radio sont le modulateur, qui applique les tensions de sortie du transducteur à l'onde porteuse pour en commander les variations d'amplitude ou de fréquence instantanée, et l'antenne, qui rayonne une onde porteuse modulée de manière similaire. Chaque type d'antenne présente des propriétés directionnelles particulières, (aptitude à rayonner plus d'énergie dans certaines directions que dans d'autres). On peut cependant modifier cette directivité : le diagramme de rayonnement ira ainsi d'un faisceau relativement étroit à une distribution quasiment uniforme dans toutes les directions (antenne omnidirectionnelle). Ce dernier type de diagramme de rayonnement est retenu pour la radiodiffusion et la télévision.

Les principes de conception et d'assemblage de ces différents composants dépendent des effets recherchés. On privilégie, par exemple, la légèreté du matériel et l'intelligibilité pour des équipements destinés à l'aviation. Pour des applications militaires, le coût est une considération secondaire, et la fidélité du son n'intervient pas. Pour une station de radiodiffusion commerciale, en revanche, si la masse et les dimensions restent sans incidence, le prix des équipements et la fidélité de la reproduction sont prioritaires au moment de l'achat. Pour ne pas risquer de brouiller les autres stations, la précision de la fréquence porteuse est également essentielle dans un espace hertzien de plus en plus encombré.

Dans une station de radiodiffusion ou de télévision typique, la fréquence porteuse est générée par un oscillateur à cristal de quartz rigoureusement contrôlé. La méthode fondamentale de réglage des fréquences utilise, dans la plupart des montages radioélectriques, des circuits résonnants, ou accordés, présentant des valeurs spécifiques d'inductance et de capacité. Ces circuits favorisent de ce fait le passage de courants alternatifs de fréquence donnée, tout en filtrant les autres fréquences. Mais, dans les cas où l'on veut s'assurer une fréquence extrêmement stable, un cristal de quartz ayant une fréquence naturelle propre d'oscillation électrique sert à stabiliser la fréquence. Les oscillations sont en fait générées à faible puissance par un tube électronique. Elles sont ensuite amplifiées dans une série d'amplificateurs de courant servant de circuits tampons, ou séparateurs, interdisant toute interaction entre l'oscillateur et les autres composants de l'émetteur, ce qui aurait pour effet de modifier la fréquence. Le quartz est taillé avec précision aux dimensions requises pour donner la fréquence désirée, qui admet cependant un léger ajustement par adjonction d'un condensateur pour produire la fréquence précise recherchée. Avec un circuit électrique bien conçu, un tel oscillateur présente des variations de fréquence n'excédant pas 0,01 p. 100. En installant le quartz dans une enceinte sous vide, à température constante, et en stabilisant convenablement les tensions d'alimentation, il est possible d'atteindre une stabilité en fréquence approchant 0,000 001 p. 100. Les oscillateurs à quartz sont surtout utiles dans les domaines des très basses, basses et moyennes fréquences (VLF, LF et MF). Pour les fréquences supérieures à 10 MHz environ, le maître oscillateur est conçu pour générer une fréquence moyenne, qui est ensuite doublée autant de fois qu'il le faut dans des circuits électroniques spéciaux (multiplicateurs). Lorsqu'un réglage rigoureux de la fréquence est superflu, des circuits résonnants peuvent être utilisés avec des tubes électroniques classiques pour générer des oscillations allant jusqu'à 1 000 MHz environ, et des klystrons réflex servent à générer les fréquences supérieures, jusqu'à 30 000 MHz.

Les magnétrons se substituent aux klystrons lorsque la puissance d'émission doit être plus importante.

Afin de transporter le signal, la modulation de l'onde porteuse s'effectue soit à bas soit à haut niveau. Dans le premier cas, le signal de fréquence vocale (ou audiofréquence) du microphone, peu ou pas amplifié, sert à moduler la sortie de l'oscillateur, l'onde porteuse modulée étant alors amplifiée avant de passer à l'antenne. Dans le second cas, les oscillations de fréquence radio (radiofréquence, ou RF) et le signal de fréquence vocale (audiofréquence, ou AF) sont amplifiés indépendamment, et la modulation s'effectue immédiatement avant le passage à l'antenne. L'onde porteuse peut être modulée en fréquence (FM) ou en amplitude (AM) par le signal.

La forme la plus simple de modulation est l'utilisation d'un commutateur, qui interrompt le signal modulant l'onde porteuse à intervalles donnés pour former les points et les traits dans le cas de la radiotélégraphie à onde entretenue.

L'onde porteuse peut encore être modulée en amplitude (et donc en intensité, proportionnelle au carré de l'amplitude) par les variations de fréquence et d'intensité d'un signal sonore, telle une note de musique. Cette forme de modulation d'amplitude (AM) est utilisée pour de nombreux services de radiotéléphonie, dont la radiodiffusion usuelle. La modulation d'amplitude sert également en téléphonie par courants porteurs, où l'onde porteuse modulée est transmise par câble, et pour la transmission d'images fixes, par câble ou transmission radio.

En modulation de fréquence, la fréquence de l'onde porteuse est modifiée, dans les limites d'un intervalle donné (l'excursion de fréquence), à une vitesse correspondant à la fréquence du signal sonore. Cette forme de modulation, mise au point dans les années 1930, a l'avantage de produire des signaux peu affectés par le bruit et les parasites émis par des sources telles que les systèmes d'allumage des moteurs d'automobiles et les orages, qui perturbent profondément les signaux modulés en amplitude. Aussi la radiodiffusion adopte-t-elle la modulation de fréquence, les émetteurs utilisant des bandes de fréquences élevées (88 à 108 MHz), convenant à des signaux à large bande passante, mais dont la réception n'est possible qu'à des distances assez faibles.

L'onde porteuse peut également être modulée en faisant varier sa phase en fonction de l'amplitude du signal. Toutefois, l'utilisation de la modulation de phase reste en général réservée à certains équipements spéciaux, du fait de la bande passante très importante qu'elle requiert.

Le développement de la technique d'émission d'ondes entretenues sous forme d'impulsions très brèves à des puissances extrêmement élevées, pour le radar en particulier, a conduit au développement d'une autre forme de modulation, la modulation d'impulsions en position, ou en phase, dans laquelle l'intervalle entre les impulsions et un train d'impulsions de référence varie en fonction du signal. Mais on peut encore moduler les impulsions en amplitude ou en durée.

L'information transportée par une onde modulée est restituée sous sa forme d'origine par un procédé inverse, la démodulation ou détection. Les ondes radio diffusées à basses et moyennes fréquences sont modulées en amplitude. À des fréquences plus élevées, on utilise des modulations en amplitude et en fréquence. À l'heure actuelle, pour la télévision, le son, par exemple, peut être transmis par modulation de fréquence, tandis que l'image est transmise par modulation d'amplitude. Dans le domaine des hyperfréquences (au-delà du domaine des fréquences ultra hautes, ou UHF), où de plus grandes largeurs de bande sont disponibles, l'image peut également être transmise par modulation de fréquence. Par ailleurs, on commence à mettre au point des systèmes permettant de diffuser son et images sous forme numérique, en tirant parti de ces fréquences élevées. De telles transmissions pourront un jour remplacer les techniques actuelles de diffusion de type analogique : les premières stations de radiodiffusion numérique sont opérationnelles au Royaume-Uni, et les normes de la télévision numérique sont arrêtées. Le « tout numérique », avec sa très large bande passante, permet d'envisager le multiplexage, une seule fréquence porteuse transmettant plusieurs signaux (et donc plusieurs émissions) simultanément.

L'antenne de l'émetteur n'a pas besoin d'être située à proximité. Les stations de radiodiffusion sur moyennes fréquences émettent en général avec une antenne de grande taille, qu'il est en général préférable d'installer à un endroit isolé, alors que le studio de régie est d'ordinaire situé en centre-ville. La modulation de fréquence, la télévision et autres émissions à très hautes fréquences doivent disposer d'antennes de bonne hauteur, permettant des portées assez importantes. Il n'est pas forcément pratique d'installer ces antennes encombrantes à proximité des studios. Dans tous ces cas, les signaux peuvent être transmis à l'antenne par câble. Les lignes de téléphonie ordinaires répondent le plus souvent aux besoins de la radiodiffusion. Si la haute fidélité ou de très hautes fréquences sont nécessaires, on utilise généralement des câbles coaxiaux.

Les composants essentiels d'un récepteur radio sont : l'antenne servant à capter les ondes électromagnétiques et à les convertir en oscillations électriques ; des amplificateurs permettant d'augmenter l'intensité de ces oscillations ; un dispositif de détection pour la démodulation ; un haut-parleur pour convertir le signal en ondes sonores perceptibles par l'oreille humaine (et, pour la télévision, un tube cathodique convertissant le signal en ondes lumineuses visibles) ; et, dans la plupart des récepteurs radio, des oscillateurs générateurs d'ondes en radiofréquence, qui servent d'onde porteuse (« fréquence intermédiaire ») aux ondes captées.

Le signal d'entrée, en provenance de l'antenne, consiste en une onde porteuse en radiofréquence (RF), modulée par un signal de fréquence audio ou vidéo (AF ou VF) contenant l'information. Ce signal est en général très faible. La sensibilité de certains récepteurs radio modernes est si élevée que, pour peu que le signal à l'antenne génère un courant alternatif faisant intervenir ne fût-ce que quelques centaines d'électrons, ce signal pourra être détecté et amplifié suffisamment pour alimenter le haut-parleur et produire un son audible. La plupart des récepteurs radio sont capables de fonctionner correctement avec un seuil de sortie d'antenne de quelques millionièmes de volts seulement. Cependant, la considération primordiale pour la conception du récepteur est que si les signaux recherchés sont très faibles, on ne saurait les rendre exploitables en amplifiant à la fois le signal et le bruit de fond qui l'accompagne. Par conséquent, la tâche première du concepteur est d'assurer une réception préférentielle du signal recherché.

La plupart des récepteurs radio modernes sont du type superhétérodyne. Dans ce dispositif inventé dans les années 1920 par le Français Lucien Lévy, un oscillateur génère une radiofréquence qui est mélangée à l'onde d'entrée, produisant ainsi une radio fréquence modulée, dite fréquence intermédiaire. Quand on accorde le récepteur sur des fréquences différentes, la fréquence des oscillations de modulation varie, mais la fréquence intermédiaire reste inchangée (fixée à 455 kHz pour la plupart des récepteurs AM et à 10,7 MHz pour la plupart des récepteurs FM). L'oscillateur est accordé en faisant varier la capacité du condensateur du circuit résonnant. Le circuit d'antenne est accordé de façon similaire par son condensateur.

Tous les récepteurs comportent un ou plusieurs étages amplificateurs à fréquence intermédiaire. En outre, ils peuvent également comporter un ou plusieurs étages amplificateurs à radiofréquence. Des circuits auxiliaires comme le réglage automatique de volume (qui fonctionne par redressement d'une partie de la sortie d'un circuit amplificateur que l'on renvoie dans le contrôleur du même circuit ou d'un circuit précédent) sont souvent intégrés dans l'étage à fréquence intermédiaire. Le détecteur, souvent désigné comme détecteur secondaire (le mélangeur étant considéré comme détecteur primaire), se limite d'ordinaire à une simple diode servant de redresseur et produisant un signal AF. Les ondes MF sont démodulées, ou détectées, par des circuits connus sous le nom de discriminateurs, qui sont des détecteurs radioélectriques transformant les variations de fréquence d'un signal en variations d'amplitude.

Les amplificateurs à radiofréquence (RF) et à fréquence intermédiaire amplifient en fait la tension du signal. Les récepteurs radio peuvent comporter un ou plusieurs étages amplificateurs de tension AF. En outre, le dernier étage intervenant avant le haut-parleur doit être un étage amplificateur d'intensité. Un récepteur haute-fidélité contient à la fois les circuits d'accord et d'amplification de l'équipement radio. Toutefois, un équipement radio haute-fidélité peut comprendre un amplificateur audio et un syntoniseur radio distincts.

Un bon récepteur radio présente comme caractéristiques principales un haut niveau de sensibilité, de sélectivité et de fidélité, et un faible niveau de bruit. La sensibilité s'obtient essentiellement en interposant de nombreux étages amplificateurs à fort gain. Cependant, une bonne amplification est sans objet si l'on ne peut assurer une fidélité satisfaisante et un faible niveau de bruit. Les récepteurs présentant la sensibilité la plus élevée comportent un étage amplificateur RF accordé. La sélectivité est l'aptitude du récepteur à capter les signaux émis par une station donnée tout en éliminant les signaux d'autres émetteurs sur des fréquences voisines. Une sélectivité excessive n'est pas souhaitable, car une largeur de bande de plusieurs kilohertz est nécessaire pour la réception des composantes haute fréquence des signaux audiofréquence (AF). Un bon récepteur radio à large bande, lorsqu'il est accordé sur une station, présente une réponse nulle pour une station éloignée de 20 kHz. La sélectivité dépend principalement des circuits de l'étage à fréquence intermédiaire.

Par « fidélité » on entend la constance de la réponse du récepteur à différents signaux audiofréquence modulant l'onde porteuse. Il est très difficile d'obtenir une haute fidélité très poussée, c'est-à-dire une courbe de réponse en fréquence plate (amplification égale de toutes les fréquences audio) sur l'ensemble du spectre audible, qui s'étend de 20 Hz à 20 kHz environ. Un système ou une chaîne haute-fidélité ne saurait être meilleur que son maillon le plus faible, et parmi ces maillons il faut compter non seulement tous les circuits du récepteur, mais encore le haut-parleur, les propriétés acoustiques de la pièce dans laquelle ce haut-parleur est placé, ainsi que l'émetteur sur lequel le récepteur est accordé. La plupart des stations radio en AM ne reproduisent pas fidèlement les sons aux fréquences inférieures à 100 Hz ou supérieures à 5 kHz, alors que le spectre de fréquence des stations FM s'étend en général de 50 Hz à 15 kHz.

On introduit souvent une forme de distorsion à l'émission du signal radio en amplifiant l'intensité relative des fréquences audio les plus hautes (préaccentuation). À la réception, une atténuation correspondante des hautes fréquences est appliquée. Le résultat net de ces deux formes de distorsion est une réduction du bruit de fond haute-fréquence ou des parasites au niveau du récepteur. De nombreux récepteurs sont aussi équipés de commandes de tonalité réglables par l'utilisateur. L'amplification des hautes et des basses fréquences peut ainsi être réglée selon les préférences de l'auditeur. La transmodulation constitue une autre source de distorsion : il s'agit du transfert de signaux d'un circuit à un autre du fait d'un mauvais blindage. La distorsion harmonique due au transfert non linéaire des signaux par les étages amplificateurs peut souvent être réduite de façon significative par utilisation de circuits de contre-réaction, tendant à compenser l'essentiel de la distorsion générée dans ces étages.

Le bruit constitue un problème important pour tous les récepteurs radio. Chaque type de bruit se caractérise par un type particulier de son et par une cause spécifique. On citera le ronflement, une note stable à basse fréquence généralement produite par l'alimentation en courant alternatif (habituellement 50 Hz) et mélangée au signal du fait d'un filtrage ou d'un blindage insuffisant ; le souffle est une note stable à haute fréquence, tandis que le sifflement est une note pure à haute fréquence produite par une oscillation inopinée en audiofréquence ou par le battement de deux signaux de fréquences supérieures. Ces bruits peuvent être éliminés par une conception et une construction correctes.

Cependant, certains types de bruit ne peuvent pas être éliminés. C'est notamment le cas des parasites dans les postes AM usuels à basse et à moyenne fréquences. Les parasites peuvent être dus au fonctionnement d'un équipement électrique à proximité (comme des moteurs de voiture et d'avion), mais le plus souvent, il sont générés par la foudre. Les ondes radio produites par de telles perturbations atmosphériques pouvant traverser des milliers de kilomètres en étant relativement peu atténuées, il y a presque toujours des parasites. Les parasites affectent les récepteurs FM de bien moindre façon, parce que l'amplitude des ondes intermédiaires y est limitée par des circuits spéciaux (limiteurs) avant la discrimination. Cette limitation supprime les effets des parasites, qui ne perturbent le signal qu'en y superposant une modulation d'amplitude aléatoire.

Une autre source fondamentale de bruit est l'agitation thermique des électrons. Dans tout conducteur à une température supérieure au zéro absolu, les électrons se déplacent de manière aléatoire. Comme tout mouvement d'électrons constitue un courant électrique, ce mouvement thermique donne naissance à un bruit quand l'amplification est trop importante. Un tel bruit peut être évité si le signal reçu de l'antenne est beaucoup plus intense que le courant causé par l'agitation thermique. En tout état de cause, ce bruit peut être minimisé par une bonne conception. Un récepteur théoriquement parfait aux températures ordinaires peut capter de manière intelligible une émission radiophonique parlée pour une puissance de signal au niveau de l'antenne de seulement 4 × 10^-18 W (4 attowatts). Dans les récepteurs radio usuels, cependant, une puissance de signal beaucoup plus élevée est nécessaire.

Un équipement radio n'a pas de parties mobiles, sauf le cône du haut-parleur, qui vibre dans un intervalle de quelques millièmes de centimètres. Par conséquent, la seule énergie nécessaire au fonctionnement de la radio est l'énergie électrique, qui meut les électrons dans les différents circuits. Dans les années 1920, lorsque les radios commencèrent à se répandre, la plupart de ces appareils fonctionnaient sur piles. Bien que les piles soient toujours largement utilisées dans les appareils portatifs d'aujourd'hui, une alimentation sur secteur présente des avantages, parce qu'elle donne au concepteur plus de liberté dans le choix des composants du circuit. Elle offre également à l'utilisateur un plus grand confort d'utilisation.

Si l'alimentation en courant alternatif est en 220 V, ce courant pourra alimenter directement le bobinage primaire d'un transformateur, et l'énergie électrique à la tension désirée sera obtenue au niveau du bobinage secondaire du transformateur. Ce courant secondaire doit être redressé et filtré avant de pouvoir être utilisé, parce que les transistors ont besoin de courant continu pour fonctionner correctement. Les tubes électroniques ont besoin de courant continu pour leur courant de plaque (anodique), alors que leurs filaments peuvent être chauffés par un courant soit continu soit alternatif ; mais, dans ce dernier cas, il y a risque de production d'un bruit de ronflement.

Les radios à transistors n'ont pas besoin, pour fonctionner, d'une tension continue aussi élevée que celle des radios à tube d'autrefois. Cependant, des alimentations sont toujours nécessaires pour convertir en tension continue la tension alternative fournie par les compagnies de distribution d'électricité, et pour réduire ou augmenter la tension à la valeur requise, par recours à des transformateurs. Les radios embarquées dans les avions et les automobiles sont alimentées à une tension de 12 à 24 volts en continu. Elles comportent souvent des circuits convertissant la tension continue fournie en tension alternative. Cette tension alternative est ensuite amplifiée ou réduite par un transformateur pour atteindre le niveau requis, puis à nouveau convertie en tension continue par redressement. Les radios d'avion et d'automobile fonctionnant sur courant continu à des tensions comprises entre 6 et 24 volts comportent toujours des dispositifs éleveurs de tension de ce type. L'avènement des transistors, des circuits intégrés et autres dispositifs électroniques à semi-conducteurs, plus petits et réclamant très peu de courant, a de nos jours pratiquement éliminé l'emploi des tubes à vide pour la radio et la télévision comme dans les autres types d'équipements et d'appareils de communication.

Bien que de nombreuses découvertes dans le domaine de l'électricité aient été nécessaires au développement de la radio, celui-ci commença réellement en 1873, avec la publication, par le physicien britannique James Clerk Maxwell, de sa théorie de l'électromagnétisme, impliquant l'existence d'ondes électromagnétiques.

Quelque quinze ans plus tard, le physicien allemand Heinrich Hertz générait, pour la première fois, de telles ondes avec une source électrique. Il chargea électriquement un condensateur, puis le court-circuita à l'aide d'un éclateur. Dans la décharge électrique qui s'ensuivit, la quantité de charges électriques déplacées dépassa le point neutre, développant une charge de même valeur et de signe opposé sur les armatures du condensateur, puis ces charges électriques continuèrent de passer par va-et-vient d'une armature à l'autre du condensateur, créant ainsi une décharge électrique oscillatoire apparaissant sous la forme d'une étincelle. Une partie de l'énergie de cette oscillation fut rayonnée par l'éclateur sous forme d'ondes électromagnétiques, que l'on nomma ondes hertziennes.

Les travaux de Hertz comprenaient plusieurs montages qui allaient constituer pour longtemps la base technologique du développement de la radio. Son expérience, réalisée en 1887, s'organisait autour des deux éléments fondamentaux d'un système radioélectrique, l'émetteur et le récepteur. Le premier était constitué d'un générateur d'oscillations de haute fréquence, ou « excitateur », dans lequel des étincelles étaient produites par un éclateur à boules. Le second, dénommé alors « résonateur », éloigné de plusieurs mètres, permit à Hertz d'observer une étincelle témoignant de l'existence d'oscillations de haute fréquence induites à distance. Il en mesura diverses grandeurs, dont la longueur d'onde et la vitesse de propagation. Ce fut sur cette base que de multiples éléments vinrent progressivement se greffer pour déboucher sur une utilisation pratique des ondes hertziennes. L'apport du physicien Édouard Branly fut fondamental en ce domaine. En 1890, il réalisa un tube radioconducteur à limaille métallique qu'il impressionna jusqu'à 30 m avec les ondes produites par un appareillage de Hertz. Ainsi fut réalisé le premier détecteur d'ondes électromagnétiques. Complété par le physicien anglais sir Oliver Joseph Lodge, il devint le « cohéreur », élément central de tout appareil récepteur de télégraphie sans fil pendant plusieurs années. Aux travaux de Hertz et de Branly, il conviendrait d'ajouter ceux de Nicolas Tesla et d'Alexandr Popov. Ce dernier réalisa la première expérience attestée de « télégraphie sans fil », à Saint-Pétersbourg, le 7 mai 1895. Son apport fondamental à cette histoire du télégraphe fut l'ajout d'une antenne aux systèmes de réception et d'émission, ce qui lui permit des résultats extrêmement encourageants. Il transmit des messages en code Morse et démontra ainsi la portée pratique de l'utilisation des ondes hertziennes.

Guglielmo Marconi organisa de manière plus rationnelle ces différents éléments, constatant alors le rôle essentiel joué par la prise de terre et révélant l'influence de la hauteur de l'antenne. À quelques mois d'écart, il obtint des résultats très sensiblement supérieurs à ceux de Popov, transmettant ainsi, à la fin de l'année 1895, un message en morse à une distance de 2 400 m. En 1897, il transmit des signaux de la côte jusqu'à un navire situé en mer, à 29 km de là. En 1899, il établit entre l'Angleterre et la France une communication commerciale, fonctionnant quel que soit le temps. En 1901, il réussit à envoyer un message d'une seule lettre à travers l'océan Atlantique. À partir de 1902, des messages furent régulièrement envoyés à travers l'Atlantique et, dès 1905, de nombreux bateaux utilisaient la radio pour communiquer avec les stations côtières. Pour son travail de pionnier dans le domaine de la télégraphie sans fil, Marconi partagea, en 1909, le prix Nobel de physique avec le physicien allemand Karl Ferdinand Braun.

Pendant cette période, différentes améliorations techniques furent réalisées. Les circuits résonants, constitués d'une impédance et d'un condensateur, furent utilisés pour accorder les appareils. Les antennes furent améliorées, et leurs propriétés directionnelles furent découvertes et utilisées. On employa des transformateurs pour augmenter la tension transmise à l'antenne. D'autres détecteurs furent développés pour remplacer le cohéreur, peu pratique en raison de la nécessité de lui imposer une secousse pour libérer la limaille. On citera le détecteur magnétique, qui utilisait la capacité des ondes radio de démagnétiser les fils d'acier ; un bolomètre, mesurant l'augmentation de température d'un fil fin lorsqu'il est traversé par des ondes radio ; la valve de Fleming, le précurseur du tube thermoélectronique ou tube à vide.

Le développement du tube à vide remonte à la découverte par l'inventeur américain Thomas Edison qu'un courant passe entre le filament chaud d'une lampe à incandescence et une autre électrode de cette même lampe, et que ce courant passe dans une seule direction. La valve de Fleming n'était pas foncièrement différente du tube d'Edison. Développée par le physicien britannique John Ambrose Fleming en 1904, ce fut la première des diodes, ou tubes à deux électrodes, à être utilisée dans les matériels radio. Ce tube servit alors de détecteur, de redresseur et de limiteur.

Un progrès révolutionnaire, rendant possible l'avènement de l'électronique, fut réalisé en 1906, lorsque l'inventeur américain Lee De Forest monta un troisième élément, la grille, entre le filament et la cathode d'un tube à vide. Le tube de De Forest, qu'il nomma « audion » mais que l'on désigne de nos jours sous l'appellation de triode (tube à trois électrodes), ne fut d'abord utilisé que comme détecteur, mais ses possibilités comme amplificateur et comme oscillateur furent rapidement découvertes, et lui donnèrent un rôle décisif. Historiquement, les développements de la radio et de l'électronique furent toujours liés. Les propriétés de l'audion furent progressivement mises au jour dans les années précédant la Première Guerre mondiale.

Ce fut l'Allemand Alexandre Meissner qui le premier déposa, en 1913, un brevet couvrant la production d'oscillations par un composant électronique. En 1912, les propriétés de redressement des cristaux découvertes par l' Américain Greenleaf Whittier et le circuit régénérateur mis au point par l'ingénieur électricien américain Edwin Howard Armstrong Pickard permirent d'améliorer encore les matériels commercialisés. Dès 1915, la téléphonie sans fil avait progressé à un point tel qu'une communication fut établie entre la Virginie et Hawaii et entre la Virginie et Paris.

La meilleure compréhension des modes de transmission des ondes constitua un autre élément décisif de progrès. En 1902, l'ingénieur électricien américain Arthur Edwin Kennelly et le physicien britannique Oliver Heaviside (de façon indépendante et presque simultanément) annoncèrent l'existence probable d'une couche de gaz ionisés à haute altitude dans l'atmosphère, affectant la propagation des ondes radioélectriques. Cette couche, autrefois nommée couche de Heaviside, ou de Kennelly-Heaviside, est l'une des nombreuses couches constituant l'ionosphère. Bien que l'ionosphère soit transparente aux longueurs d'onde radio les plus courtes, elle réfracte ou réfléchit les longueurs d'onde plus importantes. Du fait de cette réflexion, les ondes radioélectriques peuvent se propager bien au-delà de l'horizon.

La propagation des ondes radio dans l'ionosphère varie fortement suivant l'heure, la saison et l'activité des taches solaires. De légères variations de la nature et de l'altitude de l'ionosphère peuvent survenir en un court laps de temps et affecter la qualité d'une réception à longue distance. L'ionosphère est également responsable du phénomène de rebond, qui se traduit par une réception à grande distance d'un signal alors que celui-ci ne peut être reçu à une distance moindre de l'émetteur. Ce phénomène se produit lorsque l'onde de sol est absorbée par les terrains de la zone intermédiaire, alors que l'onde de ciel, se propageant par réflexion sur l'ionosphère, n'est pas réfléchie selon un angle suffisamment aigu pour pouvoir être reçue à proximité de l'antenne.

Bien que certaines parties des différentes bandes de fréquences radio — grandes ondes, ondes moyennes, ondes courtes, très hautes fréquences et ultra hautes fréquences — soient affectées à divers usages, le terme émission radio à ondes courtes désigne en général les transmissions radio dans le domaine des hautes fréquences (3 à 30 MHz) sur de longues distances, en particulier pour les communications internationales. Toutefois, la communication par micro-ondes, par l'intermédiaire de satellites de communication fournit désormais des signaux d'une fiabilité supérieure et exempts d'erreur.

Les radioamateurs se sont vu attribuer des fréquences dans la bande des ondes courtes, mais on leur en affecte également dans celles des ondes moyennes, des très hautes fréquences et des ultra hautes fréquences. Certaines de ces fréquences font l'objet de restrictions afin de les rendre disponibles au plus grand nombre d'utilisateurs. Les radioamateurs ont réalisé des prouesses spectaculaires, comme le premier contact radio transatlantique (1921) sur ondes courtes, domaine délaissé par les professionnels mais qui se révéla décisif pour le développement de la radiotéléphonie commerciale intercontinentale. Au fil des décennies, les associations jouèrent un rôle de plus en plus important au point de mettre en orbite un certain nombre de satellites, placés sur des lanceurs programmés pour des tirs officiels par les États-Unis, l'Union soviétique et l'Agence spatiale européenne. Ces satellites sont d'habitude appelés Oscar (Orbiting Satellites Carrying Amateur Radio : satellites en orbite porteurs de radio amateur). Le premier, Oscar 1, mis en orbite en 1961, fut également le premier satellite non étatique. Le quatrième fut lancé en 1965 et assura les premières communications directes par satellite entre les États-Unis et l'Union soviétique. Au début des années 1980, il y avait plus de 1,5 million de radioamateurs licenciés dans le monde, y compris les opérateurs radio de la citizen band.

Des progrès immenses dans la technologie de la radiocommunication furent réalisés après la Seconde Guerre mondiale et contribuèrent à rendre possible l'exploration de l'espace, dont la plus formidable démonstration fut sans doute donnée lors des missions d'alunissage Apollo (1969-1972). Des équipements sophistiqués de transmission et de réception furent intégrés dans le système de communication compact à très haute fréquence embarqué sur les modules de commande et les modules lunaires. Le système exécutait simultanément les fonctions de transmission de la voix et de télémétrie, en calculant la distance entre les deux véhicules par mesure du laps de temps entre l'émission de tonalités et la réception des signaux de retour. Les signaux vocaux des astronautes étaient également transmis simultanément dans le monde entier par un réseau de communications. Le système récent de radio cellulaire est une version miniature des grands réseaux radio.

La modulation de fréquence a permis un développement considérable des radios commerciales. En France, après l'épisode des « radios libres », la fin du monopole d'État a suscité la création de nombreuses radios locales privées. Celles-ci sont, depuis le début des années 1990, réunies au sein de grands réseaux nationaux, qui concurrencent les radios plus anciennes comme France Inter, Europe 1 ou RTL. Comme dans les autres domaines des télécommunications, l'avenir de la radio passe par la numérisation. Elle permettra de multiplier les fréquences disponibles, d'associer aux émissions classiques des services de transmission de données (comme l'affichage de la station sur les autoradios) et améliorera le confort d'écoute.

Voir aussi Radio, histoire de la.