[分享]无线电发明简史

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无线电发明简史

一、电子管发明简史

1883年，美国发明家爱迪生(T.Edison)，为寻找电灯泡最佳灯丝材料，曾做过一项小小的实验。他在真空电灯泡内部碳丝附近安装一小截铜丝，希望铜丝能阻止碳丝蒸发。实验结果使爱迪生大失所望，但在无意中他发现，没有连接在电路里的铜丝，却因接收到碳丝发射的热电子而产生了微弱的电流。缺乏系统知识的爱迪生并没有深入研究产生这个现象的原因，但发明家的敏感性促使他预料到了这个现象日后的重大应用，于是他立即申报了专利，称之为“爱迪生效应”。

被爱迪生本人忽略的“爱迪生效应”惊动了大洋彼岸的一位青年。1885年，30岁的英国电气工程师弗莱明(J.Fleming)坚持认为，一定可以为爱迪生效应找到实际用途。经过反复试验，他终于发现，如果在真空灯泡里装上碳丝和铜板，分别充当阴极和屏极，则灯泡里的电子就能实现单向流动。经过多次实验，1904年，弗莱明研制出一种能够充当交流电整流和无线电检波的特殊灯泡——“热离子阀”，从而催生了世界上第一只电子管，也就是人们所说的真空二极管。

二极管首先用于无线电通讯接收机，作为理想的检波元件，使接收灵敏度大幅提高。但是由于人们错误的认为电子管工作的必要条件是其中存在稀薄气体，早期的二极管性能很不稳定。直到高真空电子管发明后，二极管才获得普遍应用。

一个早期的电子二极管。由于管内存在稀薄的空气，工作时发出蓝色辉光。在二极管的基础上，很快催生了真空三极管，使得人类进入电子世界。三极管的发明者是美国工程师德?福雷斯特(D.Forest)。德?福雷斯特那年也不到30岁，孩提时期并不出众，被老师认为是个平庸的孩子，唯一的爱好是拆装各种机械小玩艺。

1899年秋，德福雷斯特正在撰写博士论文《平行导线两端赫兹波的反射作用》。在此期间，一年一度的国际快艇比赛就要在纽约揭开序幕，恰逢意大利无线电发明家马可尼来访。那天清晨，马可尼登上了停泊在港口的一艘军舰，及时地把比赛的消息用无线电报拍发回来。整整5个小时，《纽约先驱论坛报》的总部收到了马可尼发来的4000多字的新闻报道，使美国新闻记者们叹服。人们要求“无线电之父”马可尼在港口为他们做一次现场演示。德福雷斯特自大胆走到马可尼的身后，仔细研究起无线电设备来。可尼告诉他，由于“金属屑检波器”的灵敏度太差，严重影响收发效果。

1902年，他在纽约泰晤士街租了间破旧的小屋，创办了德福雷斯特无线电报公司。

当英国弗莱明发明真空二极管的消息传来，德福雷斯特也选择了一段白金丝制作灯丝，也在灯丝附近安装了一小块金属屏板，把玻壳抽成真空通电后，果然也“追寻”到电子的踪迹。他抓起一根导线，弯成“Z”型，小心翼翼地把它安装到灯丝与金属屏板之间的位置。德福雷斯特极其惊讶地发现，Z型导线装入真空管内之后，只要把一个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金属屏板上接收到更大的变化电流，其变化的规律完全一致——德福雷斯特发现的正是电子管的“放大”作用。后来，他又把导线改用像栅栏形式的金属网，于是，他的电子管就有了三个“极”——丝极、屏极和栅极。1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利。

因发明新型电子管，德?福雷斯特竟无辜受到美国纽约联邦法院的传讯。有人控告他推销积压产品，进行商业诈骗。法官判决说，德?福雷斯特发明的电子管是一个“毫无价值的玻璃管”。1912年，顶着随时可能入狱的压力，德?福雷斯特来到加利福尼亚帕洛阿托小镇，坚持不懈地改进三极管。在爱默生大街913号小木屋，德?福雷斯特把若干个三极管连接起来，制成了最早的电子扩音机。

帕洛阿托市的德?福雷斯特故居，至今依然矗立着一块小小的纪念牌，以市政府名义书写着一行文字:“德?福雷斯特在此发现了电子管的放大作用。”用来纪念这项伟大发明为新兴电子工业所奠定的基础。电子管主要在无线电装置里，它的诞生为通讯、广播、电视等技术的发展铺平了道路。可是，人们不久还发现，真空三极管除了可以处于放大状态外，还可充当开关器件，其速度要比继电器快成千上万倍。电子管很快受到计算机研制者的青睐，计算机的历史也由此跨进电子的纪元。

二、晶体管的发明

1948年6月30日，美国贝尔电话研究所正式宣布:世界上第一只晶体管研制成功。

美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿在30?40年代，先后进入贝尔电话研究所工作，都从事着固体物理理论的研究。

肖克利早在1939年提出“利用半导体而不用真空管的放大器在原则上可行的”。布拉顿和巴丁在开始研究晶体三极管时，采用了肖克利的场效应概念，但实验屡遭失败。两人在总结经验教训的同时，巴丁又提出了表面态理论。根据这一新的原理，在1947年12月23日的实验中，他们终于取得了意义重大的成功。巴丁和布拉顿把两根细金属丝置放在锗半导体晶体片的表面，其中一根接通电流，使另一根尽量靠近它，并加上微电流，这时，通过锗片的电流突然增大起来。这就是一种信号放大现象。

这项发现震动了整个电子学界。贝尔研究所利用这种放大现象制造出晶体管。因为这种晶体管的结构，只是金属与半导体晶片的某一“点”接触，故称之为“点接触晶体管”。然而，当时这种晶体管存在着不稳定、噪声大、频率低、放大率小、制作困难等缺点，某些性能还比不上电子管。故而人们估计，它只能使用在助听器之类的小东西上，很少有人能预见到它以后的巨大发展。

在“点接触晶体管”诞生之后，肖克利又一次显示了非凡的才能。他认识到过去进展不大的主要原因是一味地模仿真空三极管。肖克利又对半导体的性能进行了更深刻地探讨，提出了“空穴”这一崭新的概念，并提出另一具新设想:在半导体的两个P区中间夹一个N区的结构就可以实现晶体管放大作用。肖克利给这种晶体管取名为“结型晶体管”。由于当时技术条件较差，他克服和重重困难，整整费了一年的时间，1950年第一个“结型晶体管”试制成功。这种晶体管是利用晶体中的电子和空穴的作用原理制成，它是现代晶体管的雏型。

“结型晶体管”的出现具有重大意义，它证明半导体的放大作用不是由表面现象引起，而是在半导体内部发生的放大过程中形成的。它克服了“点接触晶体管”的不稳定性，而且噪声低、功率大。

肖克利用虽然没有直接参与“点接触晶体管”的发明(专利权属于巴丁和布拉顿)，但他是半导体组的领导人，而且对导致晶体管发明的理论做出了重大贡献。1956年，肖克利和巴丁、布拉顿一起领受了科学的最高奖??诺贝尔物理奖。

此后，许多科研人员又对晶体管的改进和半导体的研究做了大量工作，继而开发出许多品种的新型晶体管，如合金晶体管(1951年)、漂移晶体管(1955年)、台面晶体管(1956年)，平面晶体管(1959年)、外延晶体管(1960年)、金属氧化物半导体晶体管(1962年)、功率晶体管(1962年)等。

三、收音机的发明

本世纪初，人们在发明了传送电码信息的无线电报之后，又发明了传送话音的无线电话。继而人们想到:无线电既然能够传送话音，那么它也就能够传送音乐;而且无线电信号是可以被多人同时接收的，那么作无线电台向公众进行广播也是可能的。

1906年，美国的费森登教授在一次无线电通信实验时，在世界上首次用无线电波发送音乐和讲话，附近的许多无线电通信电台接收到了费森登教授的信号。但

是，普通公众是不可能都拥有无线电。要真正实现无线电广播，就要有一种普通公众都能拥有的、专门用于收听声音信号的无线电接收机，即收音机。

矿石收音机是在无线电广播事业初期出现的一种简单接收机，它是由美国科学家邓伍迪和皮卡尔德发明的。1910年，随着无线电广播事业的兴起，邓伍迪和皮卡尔德开始研究无线电接收机，他们利用某些矿石晶体进行试验，发现方铅矿石具有检波作用，如果将其与几种简单的元件相连接，就可以以接收到无线电台放送的广播节目。

矿石收音机靠天线接收电波，机内装有简单的调谐电路，可将接收到的电波按所需的波长选择出来输送给矿石检波器从电波中分检出记载音频信号的电流，然后通过耳机将电流转换成声音。矿石收音机无需电池，结构简单，几乎所有的无线电爱好者可自己装配制做。但它只能供一人收听，而且接收性能也比较差。

本世纪初，无线电传播技术的研究取得了很大的进展，各种无线电元件，如具有检波作用的二极管和具有放大稳压作用的三极管等相继发明，使无线电远距离发射、接收方面存在的一些难题一一获得了解决，这就为家用收音机的发展提供了技术和物质条件。

1912年，费森登在改进原有接收机的研究中发明了外差式电路，这种电路是依靠接收的信号和在接收点产生的本机振荡的联合作用进行工作的，这两个变流信号的组合形成了

音频的拍音，即两个波的差频。它的发明，为以后出现的超外差和边带接收法奠定了基础。

1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了超外差电路，这种电路能有效地防止两个频率相近信号在接收机中的互相干扰，能够保证把不同频率的信号区别开来，使接收机能分别接收各个不同频率的信号。同年，法国人吕西安、莱维利用超外差电路制作成了收音机，并申请了专利，从而结束了以往收音机必须安装许多旋

钮，调谐十分困难的历史，大大地简化了收音机的调谐过程，为工业化生产提供了条件。

1924年，超外差式收音机首次投入市场1934年得以推广。今天世界上99,的无线电收音机、电视、卫星地面站等都是利用超外差电路来进行工作的。

调频收音机也是美国电路工程师阿姆斯特朗发明的。1925年，他发明了使载波的瞬时频率随传播信号的变化规律而变化的调制方法，即调频方法。调频要求工作波长极短，必须使用特制的收音机，但由于它不怕余波干扰，不串台，所以具有极好的接收性能，而且还能播送和接收立体声信号。

最早时期的收音机由于使用的是电子管，大多都体积大、耗电多和笨重。直到1948

巴丁等人发明了晶体管，收音机的小型化才得以实现。1955年，首年，美国工程师约翰?

批晶体管收音机几乎同时在美国和日本问世。

目前的许多收音机与录音机组合成一体，以便将喜爱的节目随时收录下来。

四、电视的发明

电视发明的意义不亚于印刷术的发明，它不仅可用于文化娱乐，而且还广泛用于科技、军事和工农业生产等领域。

从首次提出制造电视的设想，到英、美实验室中得到的第一幅忽隐忽现的电视图像，其发明研制的过程经历了约50年。

1842年，英国科学家佩恩研究出了将图像转换成电信号的传真技术。1877

年，法国人萨雷克受其启发提出利用佩恩的传真技术可进行电视广播的设想。但由于当时还不具备技术上的条件，而只能是一种无法实现的梦想。

1844年，德国科学家尼布克发明了将图像转换成电流的新方法。他利用一块钻有螺旋状的排列小孔的圆盘，置于图像前旋转，使图像的色素转换成连续的明暗变

化，然后转换成电流变化。他在采用1873年美国人史密斯发明的聚光电池后，成功地解决了图像迅速传送的问题。后来，德国的盖特尔和埃尔斯特又发明了灵敏度比光电池还强的光电管。本世纪初电子管的出现，使光电管获得的信号可以放大，从而解决了电视的发送问题。

在电视的接收方面，德国科学家布劳恩作出了重大贡献。1897年，他发明了能使阴极

射线电子束投射到荧光屏上的阴极射线管，把电流的强弱变化转换成了光的明暗变化，使接收的图像显示在荧光屏上。这种阴极射线管又被称为“布劳恩管”，在电视的发展史上起着重要的作用。数年后，俄国人罗科辛对布劳恩管进行了改进，加上了能控制电子束扫描顺序的磁力偏转线圈。这样，当电视机从尼布克圆盘那里获取到由光信号转换成的电信号后，通过在布劳恩管中的荧光屏上顺序扫描，即可迅速地还原成图像，电视机出现了。

1925年英国的贝尔德进行了世界上首次电视广播试验，虽然图像质量很差，明暗变化不明显，但证实了电视广播的可能性。时隔一年，贝尔德终于成功的发送出了清晰、明暗变化显著的图像，揭开了电视广播的序幕。此后世界上不少的科学家为了提高电视技术继续进行研究。1930年出现的利用尼布克圆盘和光电管制作的新式电视播放设备，并首次提出了在发送设备上也采用布劳恩管的新设想。1931年美国人荡恩斯特发明了类似于布劳恩管的摄像管。1933年俄国出生的左利金也发明了光电摄像管，从而结束了电视的机械扫描方法，开始采用电子扫描进行摄像，扫描的行数远远超过了机械扫描，大大的提高了电视的清晰程度。

五、莫尔斯电码的发明

一位画家在一次偶然的机会萌发了发明电报机的念头，而这是连精通物理、电磁等方面的科学家都没有想到的。

塞缨尔?莫尔斯(,,,,,,,,,年)出生于一个牧师的家庭，大学一毕业就成了一位职业画家。他曾经两度欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。在,,,,年,,月，他在第二次留学欧洲后，乘船回纽约。在同一舱室中，有一位波士顿科学家叫查尔斯?杰克逊。为了打发航程中无聊的时间，一天晚上，他招呼来许多旅客观看他正在搞的电学实验。他把买来的一块欧洲新发明的电磁铁和电池时而接通，时而断开，一块铁片也就一会儿被磁铁吸住，一会又掉下来。

莫尔斯在旁边仔细观看杰克逊演示后，还以为线圈的导线长度和电流的速度成反比。而当他被告知，电是瞬间传送的，它与导线的长短无关时，一种想法在摩尔斯脑海像闪电般掠过;如果能够使眼睛看到在导线的什么地方有电存在，那就能够利用电将消息瞬间传送到很远的地方。

从那天晚上起，他就呆在船舱里，在写生簿上写写画画，反复琢磨着自己的构想。他最初是这样设想的:用导线将发报的一方和收报的一方连结起来形成一条电路，发报一方将电路连通和断开以传送信号，在收报一方显示出眼睛能看到的信号，再记录下来。当船舱到纽约时，他的脑海中已差不多成熟地形成了关于电报机的基本构思。

遗憾的是，莫尔斯对电的知识一窍不通，连制作一个基本的电池也不会。于是他向纽

约大学的化学教授伦纳德?盖尔坦诚求教，请他教给自己组装电池和制造电磁铁的方法。在,,,,年底，正是由于盖尔的帮助，莫尔斯很快就用废料制成了第一台电报机。这种电报机的工作原理和现在的电报机既相似又不完全相似。这种电报机的发报机把制成凹凸不平的字母板排列起来拼成文章，然后让字母板慢慢活动，触动开关断断续续发出信号;收报机把不连续的电流通过电磁铁，牵动摆尖左右摆动的前端与铅笔连接，在移动的纸带上划出波状的线条，经译码之后便还原成电文。尽管如此，它也能准确地工作。但是电磁铁和电池是很粗糙的，所以，导线哪怕延

长,,,米，收报机就会因电阻增大而失灵。如果通信距离不能进一步延长，是怎么也达不到实际运用的。

化学家盖尔也不能继续下去了，于是，他给莫尔斯推荐了普林斯顿大学教授约瑟夫?亨利(,,,,,,,,,年)亨利和美国的法拉第几乎同时发现了电磁感应现象，他是以电感单位“亨利”留名的大物理学家。

亨利把电磁铁改换成使用绝缘导线的强力电磁铁，用继电器把每个备有电池的电路串联起来，把文字信号中继转发出去，电路中的一条导线可用地线代替，而不需要两条往返导线。

亨利的指导，让莫尔斯闯过了原理上的最大难关，但是机械本身还没有实际应用能力。技术及应用方面的开发与改良，需要相应的发明天才和对机械的熟谙以及资金上的支持。幸运的是出现了一个叫做艾尔弗雷德?贝尔的年轻人，他具备这些条件。

贝尔是莫尔斯任教的纽约大学的毕业生，,,,,年年初访问母校时，偶然在莫尔斯的房间观看了电报机实验，对此发生了强烈的兴趣。他从在新泽西州开铁厂的父亲那里借了两千美元并借了工厂的一间房屋做实验室，便孜孜不倦，夜以继日地对电报机进行改良。经过改进，莫尔斯的字母板式自动发报机改为手按的键，收报机由信号波形线改为高性能的小型机，基本形成今天的电报机原型。

六、电报的发明

公元1794年，法国的夏普发明了“臂板信号机”。在高高的柱子上安装两块木板条，用板条的不同夹角、位置，代表不同的字母、词和词组。把这样的高柱树立在山头上，一站一站地把信号传递到远方。现在的旗语就是在此基础上发展起来的。

公元1804年，西班牙把塞罗那市的萨瓦进行电报试验。他使用的电报接收装置是装有盐水的玻璃管。将许多代表不同字母和符号的金属线浸在盐水中，有电流

通过时，盐水被电解，产生小气泡。根据这些气泡可以辨识是哪些字母，利用这种方式就能够接收到远方传打算的信号。

1937年，英国的惠斯通和库克利用电流的磁效应原理，研制出磁针式电信机。这种电

信机配有字母图表，安装着5组磁针和线圈，还需要5条导线。当不同的线圈有电流流过时，对应的磁针即发生相应的偏转，可以此来表示信号。这种信号机获得了英国专利。

显然，以上这些电信机结构复杂，可靠性差，很不家用。

美国发明家莫尔斯原本是学绘画的，对电学也有兴趣。他偶然观看过一次电磁实验，当电流流过电磁线圈时，电磁铁产生的磁力将旁边放置的弹簧片吸了过来。电流被切断后，磁力就消失了，弹簧片又回来原来的位置。莫尔斯由此联想到，如果使用一个电键，断断续续地接通或切断电源，弹簧片就会时吸时放。他考虑，若以弹簧片被吸的次数来表示信号，就可以制出精确的电信机。莫尔斯从此投身于电报机的研制。1835年，莫尔斯的有线电报机在实验室架设成功。为了解决远距离通信时信号衰减的问题，莫尔斯又发明了继电器。1883年，莫尔斯终于制成了实用型的单线电磁式电报机，并向美国专利局申请了专利。这种电报机是靠电流有规律地中断来实现信号传递的。莫尔斯还发明了著名莫尔斯电码，就是以长短信号的不同组合代表字母。用发报机的手按键发信号时，控制按键的时间，使电流中断时间的长短与莫尔斯码规定的点和线相对应，每分钟可发10个字。接收机在纸带上打出点和线，由收报员解码译出。

莫尔斯的伟大发明最初未被人们所重视，他又经过数年的努力，才从美国国会争取到3万美元，在华盛顿和巴尔的摩之间建立了一条实验电报线路，1844年正式开通。世界上第一封电报的内容是:“上帝创造了何等的奇迹”。七、雷达的发明

雷达是一种无线电探测装置，雷达的发明汇集了许多科学工作者的贡献。

1922年9月，美国海军实验员泰勒和扬格，在华盛顿附近的波特麦克河畔两岸进行无线电通信试验。在试验中他们发现，每当有船只从此地通过，耳机中就会出现异常的怪声，有时甚至导致通信中断。经分析，他们认为是行船阻碍了电磁波的传播。这就是有名的“波特麦克试验”。试验结果表明，无线电波遇到金属物体是，能够像光一样进行反射。泰勒和扬格由此受到启发，产生了用无线电波寻找障碍物，寻找敌机、敌船的念头。这就是有关雷达的初步设想。

1924年，英国剑桥的物理学家爱德华?阿普尔顿在进行无线电实验时发现了电离层。当时，他使用接收机接收从一个已知距离的地点发来的无线电波。然而，从收到的电波分析，其中一部分是直接到达接收机的;还有一些似乎经历了更长的路程。阿普尔顿反复做了试验，从大量数据资料中，他整理归纳出一条方程式，可以通过计算电波直线传播和绕道走的路程差值，很容易地求出反射点，即大气层中电离层的高度。阿普尔后来又采用美国人发明的脉冲发射系统，对地球上空电离层高度进行了验证。他的这些工作为雷达的出

现奠定了基础。

真正的雷达诞生于本世纪30年代，它首先被应用于军事目的。1934年，英国皇家物理研究所的沃森?瓦特博士，带领一批科学家对地球大气层进行无线电科学考察。一天，沃森?瓦特在观察荧光屏上的图像时，被一串亮点吸引注了。从其亮度分析，它不可能来自大气层，而像是被某个物体反射回来的无线电波信号。又经过一系列的实验，终于发现这些亮点原来是被实验室附近的高楼反射回来的电波信号。沃森?瓦特特由此想到“应用我们已经了解的电磁波来探测在空中飞行的飞机，这将是可能的。”

沃森?瓦特博士及时开展了应用电磁波探测飞行物的研究。1935年夏，沃森?瓦特研制成功第一套实用雷达装置。

1938年，英国在东海岸建起对空警戒雷达网。100米高的天线，能探测到160公里以外的敌机。敌机距离可根据无线电脉冲的反射波传回雷达站所用的时间来计算。雷达天线来回摆动扫描，一收到反射波即刻停下，据此可判断敌机所在的方向。显示方位的反射波在阴极射线屏上是以一道光波振荡的形式出现的。

第二次世界大战爆发后，德国飞机经常飞越大西洋对英国狂轰滥炸。但是，英国凭借雷达网，及时地把敌机的架数、航向、速度和抵达英国领空的时间十分准确地测出来，牢牢把握着权，有效地防止了德国的空袭。

第二次世界大战期间，雷达已使用得十分普遍，英、美、德、日本等国都陆续拥有了军用雷达设备。由于各国都投入了相当的力量从事雷达研究，使雷达技术有了长足的进步。

雷达发展至今，种类越来越多，技术性能越来越完善，应用领域大大扩展。除了军用方面外，还有其它用途。人们使用雷达测定人造卫星、宇宙飞船等飞行物的速度和轨道，测定水面舰船、陆上目标以及大气中的云雾团等。此外，雷达技术还应用于精密跟踪、导航、测绘摄影、空中交通管制、港口监视、气象预报、资源勘探、天文学、宇宙航行等领域。