电子通信技术的发展及社会影响

电子通信技术的发展及社会影响

19世纪80年代有两件重大的历史事件标志着电子学的诞生：即爱迪生效应的发现和赫兹关于电磁波存在的证实。1895年，意大利马可尼在赫兹实验基础上成功地进行了2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年他获得无线电报专利。1899年，跨越英吉利海峡的试验成功。1901年跨越大西洋3200公里距离的试验成功。与此同时，德国物理学家布劳恩于1899年发明新型的无线电发射机和接收机。他采用谐振电路，提供可调谐的工作方式，从根本上改进了马可尼发明的无线电系统。他与马可尼共同获得1909年度诺贝尔物理学奖。

植根于19世纪90年代的物理学辉煌成就的电子学在发生和发展过程中，形成了许多各具特色的重要分支领域，扼要分述如下。

首先是电子器件、元件和电路的发展。电子器件、元件和电路是构成各种电子设备、系统的基础，也是电子学中各门分支学科发展的先导，它一直发挥着既是基础性又是带头性的作用。

1真空电子器件

真空电子器件主要包括静电控制电子管、微波电子管、电子束管、光电管及光电倍增管等。1904年，弗来明首先发明了二极管。1906年，美国人德福雷斯特又发明了三极管。后来又导致四极管、五极管、多腔磁控管、速控管、行波管、电子束管等用途越来越广泛的真空电子器件的发明。电子束管是电视和各种显视技术发展的基础。1939年又发明了光电管，1970年代末采用微通道电子倍增器，使性能大大提高。光电管和光电倍增管是一种将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件，通常用于自动控制、光学测量仪器和光谱分析仪器中。

2电子元件和电子管电路

在真空电子器件发展的同时，各种电子元件和电子管电路也在迅速发展。

20世纪初，三极电子管诞生后，出现了系列化的第一代电子元件。其特征是工作电压高、功率耗散大、体积大。20世纪40年代初，电子管和电子元件逐渐趋向小型化，出现了微型电子管和小型元件。20世纪40年代末，出现晶体管后，产生了第二代电子元件，称为超小型元件。其特征是工作电压低、功率耗散小、体积明显缩小。20世纪50年代初期，电子设备日趋复杂，所用的电子元件器件数量猛烈增加，对电子元件器件进一步小型化的要求更加强烈，并出现了固体电路的构思。1958年研制出半导体集成电路后，电子学跨入了微电子学时期。与此相应，产生了第三代电子元件，微小型元件。其特征是平面化、集成化和膜层化。20世纪60年代出现激光技术后，光纤通信技术获得了很大的发展。随着光纤光缆和光学元件的发展，与之配套的电子元件，其频率适应范围也扩展到了光频段。

随着各类电子设备和电子系统的广泛应用，各种类型的电子管电路发展很快。如模拟电路、脉冲电路等。脉冲电路是为了适应电视系统和雷达系统等所需要的脉冲式信号而发展起来的。脉冲电路的发展为发明数字电路准备了条件。数字电路只要求脉冲信号的“有”和“无”对应二进制数学中的“1”和“0”。因此这种电路适合于二进制数字计算。数字电路虽20世纪30年代末发展起来的，在20世纪50年代又发展了模拟-数字转换电路以及数字滤波电路等。数字电路最早应用在数字电话通信上。1946年电子计算机诞生后，数字电路进入全面发展时期。现在数字电路已在数字电子计算机、数字式仪表、编码通信等领域普遍应用。

3固态电子器件、微电路和纳米电子学

20世纪20年代在量子力学和固体物理学发展的影响下，1928年瑞士物理学家布洛赫提出固体能带理论。1931年英国物理学家威尔逊利用固体能带理论给出区分绝缘体、半导体和导体的微观判据。这些成就使人们对固体的微结构有了更深的了解，推动着电子学领域的科技工作者向固体进军。

1945年美国贝尔实验室成立了固体物理研究小组，开始研制比真空电子器件性能更好的固态电子器件。1947年底，这个研究小组发明了电流、电压具有放大作用的锗点接触晶体管。1952年单极晶体管问世。1960~1962年，硅平面型晶体管问世，为低噪声和大功率器件以及大规模集成电路的发展打下基础。

在晶体管发明并广泛应用大约10年后的1958年，美国开始研制微型组件。同年，美国人基尔比及同事制成世界上第一批集成电路。接着，他们又制成数字集成触发器。1959年，美国仙童公司诺伊斯等申请用平面工艺制作硅集成电路的专利。他们研制的平面工艺最终完成了集成电路的全部工艺过程，奠定了半导体集成电路发展的基础。

1968年，集成电路进入大规律阶段。20世纪70年代末，美国英特尔公司首先作出随机逻辑大规模集成电路，进而发明计算机中央处理单元集成电路，为计算机微型化创造了条件。从此，集成电路进入电子系统集成阶段。

集成电路发展的特点是：技术发展快，单块集成度在1960~1978年每年翻一番。采用微米、亚微米量级微细加工技术。线条宽度已缩小到0.5~0.1微米。集成电路片已做到微功耗化，不但有利于节能和降低功耗密度，而且提高了可靠性。集成电路结构微小型化，为微电子学、微电子技术的发展开辟了道路。

随着集成电路集成度的提高，版图设计的条宽不断减小。这导致微电子技术从微米技术进入纳米技术，相应微电子学也向纳米电子学发展。

研究纳米电子学和发展纳米技术的目标之一，是使人们能直接操纵单个原子来制作具有

特定功能的产品。人类将迎来一个崭新的高技术领域。纳米技术包括利用X射线、电子束和同步辐射光作为光刻版的光源，位置重合技术的精度可达到1纳米，还包括各种超薄膜的生长技术和超精度的腐蚀技术等。美国康乃尔大学科学家制成弹道发射电子显微镜，可以在硅片上刻写线宽仅几个纳米的小字母。美国IBM公司利用纳米机械装置在基片上操纵原子堆积成“IBM”原子字。中国科学院化学研究所用纳米技术(扫描隧道显微技术)绘画迄今最小的纳米级中国地图。这些都表明纳米电子学和纳米技术正步入当代人类生活。

4真空微电子器件的兴起

20世纪80年代后期，固态电子器件和电路已经发展了将近40年，微电子技术正在把集成电路从小规模、中规模、大规模推向超大规模和特大规模发展过程中，人们发现固态器件与真空电子器件相比，也还存在一些弱点。如固态器件中载流子的漂移速度较慢，抗辐照射线能力较低等。因此，人们开始考虑能否把真空电子器件技术和固态电子器件技术两者的优点结合起来：把固态电子器件发展过程中开拓出来的微小型化工艺技术也用到真空电子器件制造过程中，使真空电子器件也微小型化；或把真空技术用到半导体固态电子器件制造过程中，研制出真空集成电路。1986年12月，美国海军研究实验室研制出真空微电子管。1988年6月第一届真空微电子学国际会议在美国召开。当前，真空微电子器件正处于研制开发阶段，正向商品化发展。

其次是通信技术的发展。

20世纪真空电子器件(电子管)的成就大大加快了通信的发展。1926年，实现了横跨大西洋的无线电话通信。第二次世界大战后，微波通信迅速发展。20世纪50年代，一些国家已建成以微波接力通信为主体的通信网，并在不便设立视距接力站的地方建起了超视距散射通信系统。20世纪60年，数字通信开始兴起，它光用于市内电话和长途电话中断线，以扩充模拟通信的容量。随着计算机等数字数据业务的发展，用全数字网代替模拟通信网成为世界上通信的普遍发展趋势。1965年，美国发射成功第一颗实用对地静止通信卫星。从此，卫星通信发展很快，其作用越来越大，不仅承担了2/3以上的国际通信业务量，而且在国内通信、移动通信和电视广播等领域也发挥着重要作用。卫星通信适用于数字通信和多址通信后，又出现了供传输话音、数据和图像的全数学化的国内卫星通信系统。20世纪70年代，一种新型通信技术，即光纤通信飞速发展起来。光纤通信的容量大、成本低，它是一种理想的有广阔前景的通信方式。

移动通信

20世纪80年代，移动通信发展迅猛。到1991年，美国移动电话普及率已超过15%。

欧洲各国移动通信用户数占世界总数的33.1%。日本的平均年增长率是150%。1987年11月，广州开通了我国第一个蜂窝移动通信系统，随后许多城市也陆续开通。移动通信是实现人与人以及人与移动体之间通信的理想手段。移动通信已成为当前通信网络中发展最快的一种通信手段。

综合业务数字通信网

自20世纪80年代中期以来，美欧和日本等国的综合业务数字通信网(ISDN)的发展先后进入全面现场试验阶段。综合业务数字通信网是在电话综合数字网的基础上发展起来的通信技术。目前，美国的ISDN的应用进展最快。近20年来我国的通信技术也发展很快。也建立了向用户开放的ISDN业务。

信息高速高路

信息高速高路是1993年初提出的一种新型信息网络。它是数字化大容量光纤通信网络，用以把政府机构、企业、学校、科研机构和家庭的计算机联网，能同时高速传送五种信息(语音、文字、数字、图形、图像)的通信网络。经过20多年的发展，现在信息高速高路已遍及全球，使地球变成了一个数字地球，一个“地球村”。

正在发展中的新型通信系统

1可视图文。可视图文系统是计算机、电话和电视技术三者结合应用的一种新型通信手段，分为广播型可视图文系统和交互型可视图文系统。可视图文是在20世纪70年代初由英国首先提出的。后来法国的可视图文终端数遥遥领先，法国还先后和12个国家实现了可视图文网的开通。

2传真。20世纪80年代以来，传真发展极快，至今已有近百个国家和地区开放了传真业务。

3智能用户电报。开创于1982年，受电子邮件、传真、可视图文等通信业务的影响，发展较慢，因为其费用较高。

4电子邮件，始于20世纪80年代中期，现已在全球广泛使用。

5会议电视。许多国家在20世纪70年代后期开始试验会议电视。20世纪80年代开始投入使用。现在已在许多国家普遍使用。

电子通信技术是应用广泛的技术，可用于农业、如气象观察与预报。可用于军事，提高了各种武器装备的性能和现代作战的能力。可用于科学研究，为物理、生物、化学、医学等领域的研究提供了强有力的技术手段。也可用于教育，给教育的现代化提高了许多新的技术。