主頁(yè)（http://www.by236.com）：你所不知道的無(wú)線通信誕生記

赫茲（左）與馬可尼

赫茲（1857年2月22日－1894年1月1日），德國(guó)物理學(xué)家，于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在。赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，而有了電磁波，無(wú)線電通信才有了可能。

無(wú)線電通信還和許多發(fā)明家的名字聯(lián)系在一起：馬可尼、波波夫、弗萊銘……在今天的信息社會(huì)中，他們發(fā)明的意義隨著時(shí)間的流逝而愈顯珍貴。

▋1.給瞬間傳遞的電流“編碼”，打開(kāi)了人類信息傳遞的新思路

在講這個(gè)無(wú)線電通信的故事之前，我們必須簡(jiǎn)略地回顧一下有線通信的歷史。

信息的傳遞，是自古以來(lái)人類在生產(chǎn)生活中迫切需要解決的問(wèn)題。人類通信的革命性變化，是從把電作為信息載體后發(fā)生的。

1729年，英國(guó)科學(xué)家史蒂芬·格雷發(fā)現(xiàn)，電能夠從長(zhǎng)銅線的一端傳遞到另一端，而且極為迅速幾乎不需要時(shí)間。1753年2月17日，在《蘇格蘭人》雜志上發(fā)表了一封署名C·M的書(shū)信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過(guò)電流。電流通過(guò)金屬線傳到與它相連接的小球時(shí)，便將掛在小球下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來(lái)，從而起到了遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。

這個(gè)想法雖然并不成熟，但它確實(shí)指出了利用電流遠(yuǎn)距離迅速傳遞信息的可能性。

19世紀(jì)的前30年，人類的科學(xué)技術(shù)取得了許多重大進(jìn)展。利用電流傳遞信息也成了很多人熱心關(guān)注的問(wèn)題，并提出了各種各樣的解決方法。其中，美國(guó)畫(huà)家莫爾斯提出的方案最終脫穎而出。

波波夫

波波夫于1894年發(fā)明的第一架無(wú)線電接收機(jī)。

▋2.電報(bào)、電話，叩開(kāi)遠(yuǎn)距離信息傳遞之門

1834年，莫爾斯發(fā)明了用電流的“通”和“斷”來(lái)編制代表數(shù)字和字母的電碼（即莫爾斯電碼），同時(shí)在伙伴的幫助下于1837年制作成了莫爾斯電報(bào)機(jī)。1843年，莫爾斯經(jīng)竭力爭(zhēng)取，終于獲得了3萬(wàn)美元的資助。他用這筆款修建成了從華盛頓到巴爾的摩的電報(bào)線路，全長(zhǎng)64.4千米。1844年5月24日，在座無(wú)虛席的國(guó)會(huì)大廈里，莫爾斯用他那激動(dòng)得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報(bào)機(jī)，向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報(bào)：“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”

電報(bào)傳送的是符號(hào)。發(fā)送一份電報(bào)，得先將報(bào)文譯成電碼，再用電報(bào)機(jī)發(fā)送出去；在收?qǐng)?bào)一方，要經(jīng)過(guò)相反的過(guò)程，即將收到的電碼譯成報(bào)文，然后，送到收?qǐng)?bào)人的手里。這不僅手續(xù)麻煩，而且也不能進(jìn)行即時(shí)的雙向信息交流。因此，人們開(kāi)始探索一種能直接傳送人類聲音的通信方式，這就是現(xiàn)在無(wú)人不曉的“電話”。

在眾多的電話發(fā)明家中，最有成就的要算是貝爾了。有一次，他在做電報(bào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)一塊鐵片在磁鐵前振動(dòng)而發(fā)出微弱的音響。這個(gè)聲音通過(guò)導(dǎo)線傳到了遠(yuǎn)處。這件事給了貝爾以很大的啟發(fā)。他想，如果對(duì)著鐵片講話，讓鐵片振動(dòng)，而在鐵片后面放著繞有導(dǎo)線的磁鐵，導(dǎo)線中的電流就會(huì)發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化；變化著的電流傳到對(duì)方后，又驅(qū)動(dòng)電磁鐵前的鐵片作同樣的振動(dòng)，不就可以把聲音從一處傳到另一處了嗎？這就是當(dāng)年貝爾制作電話機(jī)的最初構(gòu)想。

1876年3月10日，貝爾在做實(shí)驗(yàn)時(shí)不小心把硫酸濺到自己的腿上，他疼痛地叫了起來(lái)：“沃森先生，快來(lái)幫我啊!”沒(méi)有想到，這句話通過(guò)他實(shí)驗(yàn)中的電話，傳到了在另一個(gè)房間工作的沃森先生的耳朵里。這句極普通的話，卻不料成了人類第一句通過(guò)電話傳送的話音而記入史冊(cè)。

19世紀(jì)30年代和70年代，電報(bào)和電話的相繼發(fā)明，使人類獲得了遠(yuǎn)距離傳送信息的重要手段。

馬可尼發(fā)明的第一套無(wú)線電收發(fā)裝置。

▋3.電磁波的發(fā)現(xiàn)，讓無(wú)線電通信成為了可能

當(dāng)初，電信號(hào)都是通過(guò)金屬線傳送的。線路架設(shè)到哪里，信息也只能傳到哪里，這就大大限制了信息的傳播范圍。

而就在這段時(shí)間里，一種新的可能承載信息的載體——電磁波，正在逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。

1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬導(dǎo)線中有電流通過(guò)時(shí)，放在它附近的磁針便會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。接著，學(xué)徒出身的英國(guó)物理學(xué)家法拉第明確指出，奧斯特的實(shí)驗(yàn)證明了“電能生磁”。他還通過(guò)艱苦的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象，此即所謂的“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象。

麥克斯韋進(jìn)一步用數(shù)學(xué)公式表達(dá)了法拉第等人的研究成果，并把電磁感應(yīng)理論推廣到了空間。他認(rèn)為，在變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，在變化的電場(chǎng)周圍又將產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，如此一層層地像水波一樣推開(kāi)去，便可把交替的電磁場(chǎng)傳得很遠(yuǎn)。1864年，麥?zhǔn)习l(fā)表了電磁場(chǎng)理論，成為人類歷史上預(yù)言電磁波存在的第一人。

在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)電磁波存在的第一人是赫茲。赫茲按照麥克斯韋的理論，精心設(shè)計(jì)了“振蕩偶極子”(最原始的無(wú)線電發(fā)射機(jī))和“共振偶極子”(最原始的無(wú)線電接收機(jī))。經(jīng)過(guò)幾年的努力，在1887年，赫茲應(yīng)用上述方法，終于成功地探測(cè)到電磁波的存在——在離振蕩偶極子3米遠(yuǎn)的地方，在共振偶極子的兩個(gè)小銅球的隙縫中，觀察到了跳躍的電火花。這種微弱的電火花證實(shí)了麥克斯韋所預(yù)言的電磁波的存在。

電磁波的存在被證實(shí)以后，很快就有人提出以電磁波而不是以導(dǎo)線為工具來(lái)傳遞信號(hào)的設(shè)想。然而，大多數(shù)人對(duì)此持否定意見(jiàn)，包括赫茲本人在內(nèi)，他說(shuō)：“若要利用電磁波進(jìn)行不用導(dǎo)線的通信，得有一面和歐洲大陸面積差不多的巨型反射鏡才行。”

1899年3月27日,無(wú)線電之父馬可尼在接收無(wú)線電信號(hào)。

▋4.傳遞比賽勝負(fù)，無(wú)線電通信第一次實(shí)際應(yīng)用

然而，一些年輕的發(fā)明家，思想上沒(méi)有那么多條條框框。他們很快投入到利用電磁波進(jìn)行無(wú)線通信的探索之中。年輕的意大利發(fā)明家馬可尼是其中的佼佼者。

赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的那年，馬可尼才14歲。大學(xué)讀書(shū)期間，受到他的老師奧古斯特·里奇的影響，馬可尼對(duì)無(wú)線電進(jìn)行了大膽的研究。馬可尼不受權(quán)威偏見(jiàn)的束縛，立志把電磁波用于通信。他曾說(shuō)：“當(dāng)我利用赫茲波開(kāi)始做第一批實(shí)驗(yàn)時(shí)，我簡(jiǎn)直不能想象，一些著名的科學(xué)家竟忽略了應(yīng)用這些理論。”

馬可尼在他父母的別墅頂層建立起無(wú)線電收發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，專心地做起實(shí)驗(yàn)來(lái)。1894年的一天，馬可尼把母親請(qǐng)到實(shí)驗(yàn)室來(lái)，小長(zhǎng)桌是他的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，上面擺著一臺(tái)簡(jiǎn)陋的收發(fā)報(bào)裝置。馬可尼一按電鈕，就從樓下的客廳里傳來(lái)一陣鈴聲，而樓上和樓下并沒(méi)有導(dǎo)線相連。這就是馬可尼第一次實(shí)現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)傳送的情景。

為了把通信距離進(jìn)一步擴(kuò)大，馬可尼不斷開(kāi)動(dòng)腦筋。他將赫茲振蕩器懸掛在高柱子上，并且在一端連接一塊金屬板做天線，在另一端連接一埋入地下的金屬板做地線，他根據(jù)觀察，得出了天線越高，裝置的靈敏度也越高的結(jié)論。這樣，早期的無(wú)線電天線就出現(xiàn)了。1895年夏天，馬可尼在別墅的三樓實(shí)驗(yàn)室和2.7公里遠(yuǎn)處的山丘之間成功地實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電報(bào)通信。

1896年，22歲的馬可尼告別故鄉(xiāng)，偕同父親到達(dá)英國(guó)。在英國(guó)郵政部門的支持和幫助下，馬可尼進(jìn)行了多次無(wú)線電收發(fā)表演，還在公開(kāi)場(chǎng)合做了10公里至20公里的無(wú)線電報(bào)通信演示，并獲得了成功。

1897年，在倫敦成立了由英國(guó)政府代辦的馬可尼無(wú)線電報(bào)公司，馬可尼親自兼任董事長(zhǎng)。有了資金的支持，馬可尼開(kāi)始把無(wú)線電通信向商業(yè)化發(fā)展。1898年，英國(guó)舉行游艇賽，終點(diǎn)是距海岸20英里的海上。《都柏林快報(bào)》特聘馬可尼用無(wú)線電傳遞消息，游艇一到終點(diǎn)，他便通過(guò)無(wú)線電波，使岸上的人們立即知道勝負(fù)結(jié)果，觀眾為之欣喜若狂。可以說(shuō)，這是無(wú)線電通信的第一次實(shí)際應(yīng)用。

1899年3月3日發(fā)生的意外事故，使人們認(rèn)識(shí)到無(wú)線電通信的重要性。那天，一艘名為“東谷德文”的燈船不幸被一艘輪船撞毀下沉。呼救的無(wú)線電碼向各鄰近海岸和海港頻頻飛去。于是，救生艇紛紛奔赴出事地點(diǎn)，遇險(xiǎn)的船員全部獲救。

1899年10月，馬可尼在懷特島上播發(fā)了第一封收費(fèi)電報(bào)。電碼飛越英國(guó)和法國(guó)之間的英吉利海峽，通信距離達(dá)45公里。后來(lái)人們將這作為無(wú)線電誕生的標(biāo)志。

事實(shí)上，無(wú)線電的發(fā)明者并不是馬可尼一人。比如俄國(guó)同樣只有二十幾歲的波波夫，差不多和馬可尼同時(shí)，也獨(dú)立地完成了無(wú)線電報(bào)通信的發(fā)明。而對(duì)于無(wú)線電通信技術(shù)的貢獻(xiàn)，更是集中了那個(gè)時(shí)代很多人的智慧。

▋5.直線傳播的電磁波為何能繞過(guò)地球？

當(dāng)時(shí)一些有名的學(xué)者斷言，馬可尼的跨越英吉利海峽的無(wú)線電報(bào)已接近無(wú)線電通信的極限距離了。理由是，電磁波和光線一樣是直線傳播的，而地球是圓的。根據(jù)地球的直徑和天線高度，可以計(jì)算出無(wú)線電波只能在60公里左右的直視距離內(nèi)傳播。

然而，作為發(fā)明家的馬可尼，總是愿意把實(shí)踐放在理論的前面。1901年12月12日，他親自前往北美洲紐芬蘭海岸的圣約翰城，等待接收他的助手從英國(guó)康沃爾發(fā)射臺(tái)使用60米高天線發(fā)射的無(wú)線電波。馬可尼把接收天線掛在風(fēng)箏上升入121米的高空。突然，耳機(jī)中傳來(lái)了三響微弱而清晰的“滴答”聲，這正是他們事先約定的字母“S”的電碼。無(wú)線電波越過(guò)了3600公里的大西洋，馬可尼用實(shí)驗(yàn)證明了無(wú)線電遠(yuǎn)距離通信的可能性。

但是，很長(zhǎng)一段時(shí)期里，人們對(duì)無(wú)線電波為何能繞過(guò)地球的曲面一直沒(méi)有理論上的認(rèn)識(shí)。1902年，一位英國(guó)物理學(xué)家和一位美國(guó)電氣工程師曾大膽推測(cè)，馬可尼的無(wú)線電信號(hào)可能是被高層大氣層中一個(gè)帶電粒子層從天上反射回來(lái)傳播到北美洲的，他們還提出，這個(gè)帶電粒子層是由于太陽(yáng)紫外線對(duì)大氣層中空氣的電離作用而形成的。這是一個(gè)難能可貴的猜想，但當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起足夠的重視。

那時(shí)候，人們普遍認(rèn)為長(zhǎng)波（波長(zhǎng)為1000米至10000米的無(wú)線電波）是進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信的唯一波段。因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波強(qiáng)度隨距離的衰減就越小。然而，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，發(fā)射和接收天線的幾何尺寸越大，通信用的天線裝置也越來(lái)越龐大和笨重。

然而在1921年，歐洲和美國(guó)的一些無(wú)線電愛(ài)好者相繼發(fā)現(xiàn)，功率只有幾十瓦的簡(jiǎn)易短波無(wú)線電臺(tái)所發(fā)射的信號(hào)，卻能被千里以外的業(yè)余電臺(tái)接收到。有一次，意大利羅馬城郊發(fā)生了一場(chǎng)大火，一臺(tái)功率很小的業(yè)余短波電臺(tái)發(fā)出了求救信號(hào)，但出乎意料，遙遠(yuǎn)的丹麥哥本哈根的一些接收機(jī)都收到了這個(gè)求救信號(hào)。

新發(fā)現(xiàn)促使更多人進(jìn)行類似的試驗(yàn)，結(jié)果證明短波比長(zhǎng)波更適合于遠(yuǎn)距離通信。前人關(guān)于大氣中帶電粒子層的猜想再次引起了人們的重視。1925年，英國(guó)物理學(xué)家阿普爾頓向高空連續(xù)發(fā)射無(wú)線電波，用實(shí)驗(yàn)證明了大氣層中帶電粒子層的存在，并證實(shí)它具有反射無(wú)線電波的能力。這時(shí)人們才明白，長(zhǎng)波主要是沿著地面?zhèn)鞑サ模�射向空中的長(zhǎng)波大部分被電離層所吸收。而短波的傳輸特性剛好和長(zhǎng)波相反，沿地面的傳輸衰減很嚴(yán)重，但電離層卻將大部分短波反射回來(lái)，這就是短波能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信的秘密。

▋6.小小電子管，讓無(wú)線電話和廣播具有生命力

20世紀(jì)的第一個(gè)十年間，無(wú)線電通信并未獲得普及應(yīng)用，多半局限于在船舶等移動(dòng)物體上使用。其中最主要的原因是，作為一門新技術(shù)它還沒(méi)有達(dá)到真正成熟的程度。無(wú)線電報(bào)的通信距離是很有限的，而且通信的可靠性較差。與之相比，早在1866年就建成了橫貫大西洋的海底通信電纜。到19世紀(jì)末，世界上許多重要城市都由規(guī)模巨大的海底電纜或地下電纜連接在一起，全世界電報(bào)線路總長(zhǎng)已達(dá)到900萬(wàn)公里。

電磁波在向空間傳輸過(guò)程中，隨著傳輸距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度急劇減弱。顯然，要擴(kuò)大無(wú)線電報(bào)通信距離，就要增大發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率和提高接收機(jī)的靈敏度。

第一代電子器件的發(fā)明改變了有線通信獨(dú)占通信領(lǐng)域的局面。1904年，英國(guó)弗萊銘發(fā)明了真空二極管。真空二極管應(yīng)用于無(wú)線電接收裝置后，接收機(jī)的靈敏度和可靠性大為提高。1906年到1907年，美國(guó)德福雷斯特發(fā)明真空三極管，此后經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，在無(wú)線電通信中得到了廣泛應(yīng)用。

也正是電子管的發(fā)明，使得無(wú)線電話、無(wú)線廣播真正可以獲得實(shí)用。早在1906年，美國(guó)發(fā)明家費(fèi)辛敦就成功地進(jìn)行了人類歷史上第一次不用導(dǎo)線而用電磁波傳送語(yǔ)言和音樂(lè)的試驗(yàn)，但聲音作用于送話器所變換成的音頻電信號(hào)十分微弱，不能有效地對(duì)需要發(fā)送出去的高頻無(wú)線電波進(jìn)行調(diào)制，影響了通話的距離和聲音傳輸?shù)馁|(zhì)量。只有當(dāng)電子管進(jìn)入實(shí)用階段后，人們才可以借助電子管對(duì)送話器輸出的微弱音頻電信號(hào)進(jìn)行放大，然后對(duì)強(qiáng)高頻無(wú)線電波進(jìn)行調(diào)制，無(wú)線電話才真正具有生命力。

1914年，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，剛剛登上通信舞臺(tái)的無(wú)線電話為交戰(zhàn)雙方的軍事目的服務(wù)，在前線首次出現(xiàn)了應(yīng)用無(wú)線電話——報(bào)話機(jī)指揮部隊(duì)的新場(chǎng)面。

▋延伸閱讀

“泰坦尼克”慘案推動(dòng)了無(wú)線電通信普及

1912年4月，發(fā)生了震驚世界的“泰坦尼克”號(hào)沉沒(méi)事件。英國(guó)新建的當(dāng)時(shí)世界上最豪華的郵輪“泰坦尼克”號(hào)，在其開(kāi)往美國(guó)的處女航行中因沖撞冰山而沉沒(méi)，死難者達(dá)1500多人。“泰坦尼克”號(hào)配備了較完善的無(wú)線電報(bào)裝置，在它發(fā)出“SOS”國(guó)際無(wú)線電呼救信號(hào)時(shí)，在距它40公里的洋面上恰好有一艘貨輪經(jīng)過(guò)，但是這艘貨輪卻未曾安裝無(wú)線電報(bào)設(shè)備。等到距離“泰坦尼克”號(hào)100公里的卡爾巴夏號(hào)輪船接到信號(hào)趕赴出事地點(diǎn)時(shí)，只搶救出700多人，在死難的一千多人中，有不少是因?yàn)榫镁脹](méi)有得到救助而經(jīng)受不住饑寒襲擊，慘死于漂浮在冰海的救生艇上。

全世界從這一慘劇中吸取了教訓(xùn)，此后各國(guó)法律強(qiáng)行規(guī)定：凡是具有一定規(guī)模的船只必須配備無(wú)線電裝置。

1916年，美國(guó)遇到暴風(fēng)雪襲擊，有線電報(bào)線路中斷，從此開(kāi)始，無(wú)線電報(bào)逐漸應(yīng)用于火車調(diào)度。各種類型的電臺(tái)如雨后春筍般地蓬勃發(fā)展起來(lái)，開(kāi)始超出船只通信范圍而被廣泛用來(lái)傳遞商品行情、軍事情報(bào)、氣象消息和新聞。