再谈无线电产生的历史

无线电产生的历史

    当你打开收音机时，优美的音乐、动听的歌曲就会传来；当你给远方的朋友祝贺生日时，你可以拍一封电报送去，你的朋友马上就会收到你的贺词。那么，是什么迅速传递着这些信息呢?这就是充斥在空气中的电磁波。我们每时每刻都置身于电磁波的海洋中，这是一个无限广阔、无限丰富和生气勃勃的科学技术的海洋。

    电磁波是怎么出现的呢?

    2500多年前，古希腊的学者泰勒斯观察到两个相似的现象：经摩擦后带电的琥珀吸引麦杆的碎渣；磁石吸引铁屑。由此，他错误地把电和磁说成是一回事。1802年，法国的安培认为电和磁能完全分开。1820年，丹麦的奥斯特通过实验发现了“电流的磁效应”，在通电流的导线周围产生了有磁力作用的磁场。1831年，英国的法拉第发现的电磁感应现象说明磁能够产生电。有关电磁现象的一系列新发现使人们恍然大悟：原来电和磁之间存在着密切的联系，并且两者能相互转化。那么，电与磁是怎样转化的呢?法拉第仔细研究了电、磁之间的作用力，并指出：电荷与电荷之间、磁极与磁极之间、通电导线之间，以及通电导线与磁场之间都是通过电力线和磁力线产生相互作用的，“电力和磁力是以振动方式传播”。后来，麦克斯韦预言了电磁波的存在，他认为：既然变化的磁场能产生电场，那么只要在空间某一处存在着一个不断变化的磁场，而后者又将会在更远处激起新的变化电场，……如此循环往复，电场产生磁场，磁场产生电场。这样，变化电磁场就在空间由近及远地传播开去了。这不就形成一种特殊的波动了吗?所以电磁波实质上是变化的电场和磁场交替产生，并由近及远向周围传播开去。正如某一处水分子上下振动，因而带动邻近的水分子做起伏振动，从而形成水波一样。麦克斯韦只是预言了电磁波，那么怎样才能验证电磁波的存在呢?1880年，刚从柏林大学毕业的赫兹萌发了雄心壮志，决心验证电磁波是否真正存在，赫兹按照麦克斯韦的理论，精心设计了“振荡偶极子”( 原始的无线电发射机)和“共振偶极子”( 原始的无线电接收机)。经过几年的努力，在1887年，赫兹应用上述方法，终于成功地探测到电磁波的存在——在离振荡偶极子3米远的地方，在共振偶极子的两个小铜球的隙缝中，观察到了跳跃的电火花。这种微弱的电火花证实了麦克斯韦所预言的电磁波的存在，宣告了一个新的技术时代——无线电电子学时代的到来。

    那么，能不能利用电磁波传递信息呢?在赫兹证实电磁波存在之后，很自然地使一些人萌发了利用电磁波传递信息的念头。大家都知道，有线通信要架设电缆线路，不仅旷时费资，而且无法与正在移动的物体(如正在水面上航行的舰船、正在奔驰的火车)进行通讯联络。为了弥补有线通信的不足，迫切需要发明一种无线通信设备。

    要大大突破赫兹所达到的3米接收距离，首先必须改进接收器装置。1890年，法国科学家布兰利制成了被他称为“无线电导体”的接收器。1894年英国的D·罗基教授进一步研究并改进了布兰利的“无线电导体”，改称为“粉末检波器”。在无线电的发明史上，从赫兹的“共振偶极子”发展到“粉末检波器”，这是具有重大意义的突破，它为马可尼等人打开电磁波应用的大门，开创无线电通信时代，提供了良好条件。

1874年4月25日，马可尼出生于意大利的波罗尼亚，他天资聪颖，勤奋好学，尤其喜欢阅读物理学方面的书籍。赫兹发现电磁波的那年，马可尼才14岁。大学学习时，受到他的老师，该校的物理学教授奥古斯特·里奇的影响，而里奇在赫兹实验的鼓舞下，正在做电磁波的实验。马可尼虚心向老师学习，对无线电进行了大胆的研究。马可尼不受权威偏见的束缚，立志把电磁波用于通信。他曾说：“当我利用赫兹波开始做第一批实验时，我简直不能想像，一些著名的科学家竞忽略了应用这些理论。”因此，马可尼在他父母的别墅顶层建立起无线电收发实验装置，专心地做起实验来。1894年的一天，马可尼把母亲请到实验室来，小长桌是他的实验台，上面摆着一台简陋的收发报装置。马可尼一按电钮，就从楼下的客厅里传来一阵铃声，而楼上和楼下并没有导线相连。这就是马可尼第一次实现无线电信号传送的情景。马可尼的母亲看到这种情况，十分惊喜，并鼓励他继续做实验。“那么，能不能将通信距离扩大呢?”马可尼在此之后，又进一步开动脑筋。他将赫兹振荡器悬挂在高柱子上，并且在一端连接一块金属板做天线，在另一端连接一埋入地下的金属板做地线，他根据对连接有天、地线的通信装置的观察，得出了天线越高，装置的灵敏度也越高的结论。这样，早期的无线电天线就出现了。

    1875年夏天，马可尼在别墅的三楼实验室和2．7公里远处的山丘之间成功地实现了无线电报通信。他的无线电报装置是这样的：在发报机中，采用了鲁门阔夫于1851年在巴黎设计的带有铁芯的高压变压器(R)，将莫尔斯电报电键与R的初级线圈相连接。当按下莫尔斯电报键时，变压器的初级电流被一个与电铃相似的“断续器”周期性地通、断，每一次断流都在R的次级线圈中产生一个很高的感应电压，接在次级线圈上的两个小球之间产生电火花，通过挂在树上的细长天线向周围空间发射出电磁波。在收报机中，也装有一根接收天线。所用的粉末检波器是一根4厘米长的小玻璃管，管的两端各封一块固定的银电极片，彼此相隔O．5毫米。间隙中充填混有少量水银的镍、银粉末。玻璃管内部被抽成真空度为4毫米水银柱高的真空。平时，管内的金属粉末几乎为绝缘体，但当发报机发射的电磁波到达收报机时，粉末在高频信号电压作用下彼此凝聚，成为电阻仅为几欧姆的导电体。于是在与电池串接的电报机T中将有电流流通，电报机开始工作，自动记录接收到的电码。但是管中的金属屑一经凝聚后不容易很快分散，为解决这个问题，马可尼采用了罗基的设计方案。在收报机中附加一个自动敲击装置，以使金属屑在没有信号的情况下能立即自动分散开。

    1895年，马可尼到了格列丰，继续做无线电实验。由于缺少经费，他给意大利邮电部写信，请求资助，但没有得到支持。1896年，22岁的马可尼只得告别故乡，偕同父亲到达英国。在伦敦，专利局的官员给了他一张名片，介绍他去找英国邮电总局的总工程师普利斯。在普利斯的支持和帮助下，马可尼在英国进行了多次无线电收发表演，获得了成功。1897年，他又在南威尔士越过布里斯托海峡至索美塞得丘陵高地之间进行了表演。这时收发两地之间的距离已达10公里～20公里了。1897年5月，马可尼从斯佩西亚海岸把信息送到相距15公里的汽船上，同时从维多利亚海岸把信息送给皇家游艇上的威尔士王子，又获得了成功。同年，在伦敦成立了由英国政府代办的马可尼无线电报公司，马可尼亲自兼任董事长。无线电事业迈上了一个新台阶。

    如今，在地球的每个角落，都可以接到无线电，它使我们的生活越来越好

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本文刊于：2010-10-1 21:14:23

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