ความเป็นมาของระบบวิทยุ
ในคริสต์ศักราชที่ ๑๙ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ เจมส์ เคลิก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) ได้ทำการศึกษาคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และได้ตีพิมพ์บทความในปี ค.ศ.๑๘๖๔ กล่าวถึง กฎพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างกระทัดรัด โดยเขียนในรูปของสมการคณิตศาสตร์ สมการเหล่านี้เป็นพื้นฐานของ วิชาดังกล่าว และยังใช้กันตราบจนทุกวันนี้ ปัจจุบันสมการเหล่านี้ เรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์ อย่าง ไรก็ดี แมกซ์เวลล์ไม่ได้ทำการทดลองที่สนับสนุนทฤษฎีของเขา ต่อมาในปี ค.ศ.๑๘๘๗ นักวิทยาศาสตร์ชาว เยอรมันชื่อ ไฮน์ริช เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) ได้ทำการทดลองการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านอากาศ การทดลองมีเครื่องส่ง และเครื่องรับ เครื่องส่งประกอบด้วย แหล่งกำเนิดไฟฟ้าต่อผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ ไปยังลวด ที่มีสองปลายติดกับทรงกลม ที่มีช่องว่างห่างกันเล็กน้อย เมื่อป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปมากพอ ก็จะเกิดประกายไฟขึ้นตรงช่องว่าง ประกายไฟนี้ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกไปรอบทิศ ส่วนเครื่องรับจะประกอบ ด้วยลวดวงกลมมีสองปลายติดกับทรงกลม ซึ่งมีช่องว่างระหว่างทรงกลมเล็กน้อยเช่นเดียวกับเครื่องส่งคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าที่ตัดผ่านภายในขดลวดของเครื่องรับจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในขดลวดของเครื่องรับ เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความแรงเพียงพอ ก็จะทำให้เกิดประกายไฟระหว่างทรงกลมทั้งสองของเครื่องรับ การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า เราสามารถส่งสัญญาณจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้โดยอาศัยคลื่นแม่เหล็ก ไฟฟ้า และไม่ต้องใช้สายต่อเชื่อมระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับเลย
ภาพแสดงการทดลองของเฮิรตซ์
ต่อมาในปี ค.ศ.๑๘๙๔ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ โอลิเวอร์ ลอดจ์ (Oliver Lodge) ได้แสดงการส่งสัญญาณ โดยไม่ใช้สาย เป็นระยะทาง ๑๕๐ หลา และในปี ค.ศ.๑๘๙๕ กุกลิเอลโม มาร์โคนี (Guglielmo Marconi) ชาวอิตาเลียน ได้ส่งสัญญาณแบบไร้สายเป็นระยะทาง ๒ กิโลเมตร มาร์โคนี ได้ตั้งบริษัทขึ้นมา และได้ทำการ ทดลองส่งสัญญาณแบบไร้สายเป็นระยะทางเพิ่มขึ้นตามลำดับ จนถึงปี ค.ศ.๑๙๐๑ เขาก็สามารถส่งสัญญาณคลื่น วิทยุข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้เป็นครั้งแรก
การพัฒนาระบบวิทยุได้ก้าวหน้ามาเป็นลำดับ ควบคู่กับการพัฒนาอุปกรณ์ และระบบให้มีคุณภาพ และประสิทธิภาพมากขึ้น ดังเช่น การประดิษฐ์หลอดไดโอดสุญญากาศ โดยชาวอังกฤษชื่อ จอห์น เฟลมมิ่ง (John A. Fleming) และหลอดไตรโอดสุญญากาศโดยชาวอเมริกัน ชื่อ ลี เดอร์ฟอเรสต์ (Lee De Forest) หลอดสุญญากาศ ทั้งสองนี้เป็นชิ้นส่วนอันเป็นหัวใจของเครื่องรับส่งวิทยุ ต่อมาในปี ค.ศ.๑๙๔๐ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ รัสเซล โอล์ (Russell Ohl) ได้ประดิษฐ์ไดโอด ที่ใช้สารกึ่งตัวนำ และในปี ค.ศ.๑๙๔๘ นัก ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ๓ คนคือ วิลเลียม ช็อกเล่ (William B. Shockley) จอห์น บาร์ดีน (John Bardeen) และวอลเตอร์ แบรทเท็น (Walter H. Brattain) ได้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ขึ้นปัจจุบัน เครื่องรับส่งวิทยุ ส่วนมากใช้ไดโอดและทรานซิสเตอร์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เพราะกินไฟน้อยและสามารถทำให้เล็กกระทัดรัดได้
ระบบวิทยุในระยะแรกๆ นั้น ใช้วิธีการส่งแบบ เอเอ็ม (AM) ซึ่งจะได้กล่าวถึงเพิ่มเติมภายหลัง ต่อมาวิศวกรไฟฟ้าชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน อาร์มสตรอง (Edwin Armstrong) ได้คิดค้นวิธีส่งแบบเอฟเอ็ม (FM) ขึ้น ซึ่งเขาได้แสดงให้เห็น การทำงานของระบบนี้ในปี ค.ศ. ๑๙๓๓ ปัจจุบัน วิทยุกระจายเสียงจะมีทั้งระบบเอเอ็มและระบบ เอฟเอ็ม สัญญาณภาพของโทรทัศน์จะส่งโดย ระบบเอฟเอ็ม และสัญญาณเสียงของโทรทัศน์ จะใช้ระบบเอฟเอ็มเช่นกัน ระบบโทรทัศน์ขาวดำ ได้รับการพัฒนาขึ้นในต้นคริสต์ศตวรรษที่ ๒๐ โดยชาวรัสเซียที่อพยพไปประเทศสหรัฐอเมริกาชื่อ วลาดิเมียร์ เค ซโวรีคิน (Vladimir K.Zworykin) ซึ่งได้ประดิษฐ์ระบบโทรทัศน์ที่ใช้งานได้เป็นครั้ง แรกในปี ค.ศ. ๑๙๒๙ ต่อมาจึงมีการพัฒนา โทรทัศน์สีขึ้นอย่างที่ใช้กันในปัจจุบัน
ในครึ่งศตวรรษหลังของคริสต์ศตวรรษ ที่ ๒๐ ได้มีการพัฒนาระบบการส่งสัญญาณ ที่มีการแปลงสัญญาณเป็นระบบตัวเลข หรือระบบ ดิจิทัล (digital) ก่อนที่จะส่ง โดยใช้คลื่นวิทยุระบบดิจิทัล ที่ใช้กันทั่วไปนั้น เป็นระบบฐานสอง หรือไบนารี (binary) กล่าวคือ สัญญาณที่จะส่งนั้น จะมีรูปแบบเป็นศูนย์กับหนึ่ง (หรือปิดกับเปิด) อันที่จริงระบบไบนารีนั้น ได้ใช้กันมานานแล้ว ดังเช่น ระบบโทรเลข ซึ่งได้รับการประดิษฐ์ขึ้น ในคริสต์ศตวรรษที่ ๑๙ การส่งโทรเลขจะส่ง เป็นสัญญาณจุดและขีดแทนตัวเลขศูนย์และหนึ่ง (ดูเรื่องโทรคมนาคมภาคแรกเล่มที่ ๗) แต่การ พัฒนาการส่งสัญญาแบบดิจิทัลในภายหลังนั้น จะพัฒนาด้านประสิทธิภาพ ความเร็วของการส่ง การใช้รหัสเพื่อดักและแก้ตัวที่ผิดพลาดจากการส่ง รวมทั้งการบีบอัดปริมาณของข้อมูลให้น้อยลง อาจกล่าวได้ว่า การพัฒนาการส่งสัญญาณแบบ ดิจิทัลเริ่มขึ้นจากบทความของวิศวกรชาวอเมริกัน ชื่อ แฮรี่ ไนควิสต์ (Harry Nyquist) ซึ่งตีพิมพ์ บทความใน ค.ศ. ๑๙๒๘ ใจความสำคัญของ บทความนั้นมีดังนี้ ถ้าเราสุ่มค่าของสัญญาณ ด้วยอัตราไม่ต่ำกว่าสองเท่าของความถี่สูงสุดของสัญญาณนั้น เราก็จะไม่สูญเสียข้อมูลใดๆ ของสัญญาณเดิมนั้นเลย กล่าวคือ เราสามารถสร้างสัญญาณเดิมนั้นได้ จากค่าที่สุ่มไว้ โดยที่ไม่ผิดเพี้ยน จากสัญญาณเดิม ยกตัวอย่างเช่น เสียงพูดมี ความถี่สูงสุดประมาณ ๓.๕ กิโลเฮิรตซ์ ถ้าเรา สุ่มค่าด้วยอัตราอย่างต่ำ ๗,๐๐๐ ค่า/วินาที (กล่าวคือสุ่มค่าทุกๆ ๑/๗,๐๐๐ วินาที หรือ น้อยกว่า) สัญญาณสุ่มที่ได้จะแทนสัญญาณเสียง พูดเดิมได้อย่างสมบูรณ์ ต่อมานักคณิตศาสตร์ ชาวอเมริกันชื่อ คลอด อีแชนนอน (Claude E. Shannon) ได้ตีพิมพ์บทความ ในปี ค.ศ. ๑๙๔๘ แสดงถึงอัตราสูงสุดของการส่งสัญญาณดิจิทัล ผ่านสื่อที่มีสัญญาณรบกวน โดยที่มีความผิดพลาดอยู่ภายในกำหนด ผลจากบทความของไน คริสต์ และแชนนอน ได้ผลักดันให้มีการค้นคว้าวิจัย ระบบส่งสัญญาณแบบดิจิทัลได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากสัญญาณที่เกิดตามธรรมชาติ ดังเช่น เสียงพูด เสียงดนตรี อุณหภูมิ ความดัน สัญญาณจากการเต้นของหัวใจ เหล่านี้ล้วนเป็น สัญญาณแบบต่อเนื่อง หรือแอนะล็อก (analog) การส่งสัญญาณเหล่านี้โดยใช้วิธีส่งแบบดิจิทัล ก็กระทำได้ โดยการสุ่มสัญญาณแอนะล็อกก่อน แล้วจึงเปลี่ยนค่าที่สุ่มได้แต่ละค่าเป็นสัญญาณ ดิจิทัล หลังจากนั้นจึงส่งสัญญาณดิจิทัลผ่านตามสื่อ ไปยังเครื่องรับ (สื่ออาจจะเป็น อวกาศ สายไฟ สายใยแก้ว เป็นต้น) เครื่องรับก็จะแปลงสัญญาณดิจิทัล กลับคืนเป็นสัญญาณแอนะล็อก
ภาพแสดงการขจัดสัญญาณรบกวนจากสัญญาณดิจิตอล
ข้อดีของการส่งสัญญาณแบบดิจิทัลก็คือ เราสามารถซักฟอกสัญญาณดิจิทัลให้สะอาด ปราศจากสัญญาณรบกวนได้ กรณีที่เห็นได้ชัด ก็คือ กรณีไบนารีซึ่งมีค่าได้เพียง ๐ กับ ๑ เนื่องจากเครื่องรับทราบว่า จะต้องเป็นค่า ๐ หรือ ๑ เท่านั้น เครื่องรับก็จะขจัดสัญญาณกวนไปได้ ดังเช่น ถ้าเครื่องรับรับค่าเป็น ๐.๑๓ ก็จะถูก ปัดเป็น ๐ เพราะถือว่า ส่วนเกินคือ สัญญาณรบกวน ด้วยเหตุผลนี้เอง การส่งสัญญาณแบบดิจิทัล จึงมีคุณภาพที่ดีกว่า นอกจากนี้ วงจรดิจิทัลยังสามารถสร้างให้มีขนาดเล็ก ทำให้สามารถรวมวงจรจำนวนมากเข้าด้วยกันอยู่บนแผงวงจรรวม (หรือที่รู้จักกันว่า ไอซี IC = Integrated Circuit) เดียวกัน ดังนั้นผลิตภัณฑ์ จะมีขนาดเล็ก กินไฟน้อย ดังเช่น โทรศัพท์มือถือ สมัยใหม่จะเล็กบางกระทัดรัดและเบา ทำให้สะดวก ต่อการพกพา