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第13章 奇妙的电与磁(10)

在1895年,21岁的马可尼发明了第一个用电磁波传递信号的无线电报,但传送的距离还不算远。当时,有些数学家认为,利用电磁波进行通信时,由于地球曲率的影响,只能局限于160~320千米的距离。但马可尼不同意这种看法,他经过认真研究,于1901年终于设法突破了地球表面弯曲的影响,实现了远距离的电报通信。他的方法是在英格兰西南部建了一个发报站,在相距3000千米的北美洲纽芬兰岛建造了一个收报站。马可尼把地空系统的天线装在了一个风筝亡,1901年12月12日,他收听到了从大西洋彼岸的英国西南部传来的“嘀嘀嗒嗒”的电报声。马可尼用电火花式发报机进行的这项实验取得了成功,又一次在全世界引起轰动。马可尼的这次成功实验,成为随后进一步发展起来的无线电通信和无线电广播事业蓬勃发展的新的起点。

1902年,马可尼发明了磁性检波器,使传送的信号更加逼真。这一年,他还发现由于某些无线电波靠大气上层反射传播,所以有时夜间的传播条件比白天更为有利。这样就可以进一步提高无线电电报通信的效率。1904年,马司尼建立了一个为英国和美国之间提供无线电新闻服务的通信处。几年后又开放了一个为公众服务的新闻通信处。1908年在美国纽约用无线电还转播了一个音乐会。

由于马可尼在远距离电报通信中,使用了德国科学家布劳恩的一些发明成果和新的技术,因此,在1909年,马司尼与布劳恩一起荣获了诺贝尔物理学奖。

1911)年,马可尼接收到近10000千米之外发出的电磁波信号。之后,他又对无线电发射和接收设备进行了不断的改进,使地球上相隔遥远的两地都可以相互通信了,许多进行远距离通信的电台都纷纷建立了起来。马可尼亲眼目睹了无线电报通信的迅速发展。

马可尼的研究成果,不仅为远距离电报通信奠定了基础,而且在远距离无线电通信的几乎所有的领域中,他都有开创性的工作。

这位为人类无线电通信事业做出突出贡献的伟大的科学家。于1937年7月20日在意大利的首都罗马去世,享年63岁。意大利政府为他举行了隆重的国葬,全世界所有电台都停播2分钟,纪念这位首先应用电磁波为人类服务的伟大的发明家——马可尼。

无线电的运用

1899年,美国的柯林斯用他本人发明的弧光无线电话,建造了第一个电波无线电话系统。

1903年,丹麦一个叫波尔森的人发明了一种电弧式无线电话。

最早实现无线电话通信的科学家是费森登。1906年,他在美国马萨诸塞州的布兰特·罗克建起了世界上第一座无线电话发射台。在当年圣诞节前夕,费森登首次用发射的无线电话信号来传送音乐与讲演,一个海上接收站和几个陆上接收站,都收到了这个信号,传送距离达到350千米。

无线电话的另一个开拓者是三极管的发明者德·福罗斯特。1906年,美国发明家德·福罗斯特对已有的二极管进行了改进,他首先研制出了真空三极管。三极管的功能比二极管的功能要多,它不仅能检波,而且能使微弱的电流放大。这是一项非常重要的成果,它为电子工业及无线电通信技术的发展奠定了基础。

1907年在美国的纽约,1908年在法国的巴黎,德·福罗斯特在铁塔上利用麦克风发射了无线电话信号。1910年他使用了三极管通过无线电话线路,试播了意大利着名歌唱家卡鲁索演唱的歌曲,并一举成功。

后来,德·福罗斯特和他的助手们,找到了一种可以控制三极管放大作用的方法,使三极管的放大倍数大幅度地提高,工作性能也更加稳定。1912年,德·福罗斯特等人又发明了再生电路,利用正反馈技术使音频信号放大到可以接收的程度。从此,三极管开始用于无线电电话机线路中,并且得到了推广。

1913年,奥地利人和美国人,分别研制并使用了三极管的振荡发生器和持续的高频振荡电路,从而促使无线电通信事业迅速地发展起来。

1915年,在旧金山国际博览会上,德·福罗斯特公司的展台与美国电话电报公司的展台相隔不远。美国电话电报公司的参展人员,采用德·福罗斯特的三极管放大器制成的电话中继器,通过头戴式耳机,与纽约进行了长途电话的演示,实现了横贯大陆的无线电话通信。

在马可尼实现无线电报飞越北大西洋传送信号之后的第14个年头,也即1915年,无线电电话信号也超过了北大西洋。就在这一年的9月30日,美国弗吉尼亚州的阿林顿,与旧金山和夏威夷通了电话,10月21日又与法国巴黎成功地进行了军用无线电话通信,所用的发射机和接收机,都采用了电子管再生电路。

第一次世界大战中,无线电话特别是机载无线电话和车载无线电话,在战争中发挥了重要的作用,开创了“陆、海、空、电”四军协同作战的新局面。当时作为“第四军”的“电”,主要是指无线电报和无线电话。这一新的情况,开始引起了各国政治家和军事家的广泛关注和高度重视。

1927年,英国首都伦敦和美国最大的城市纽约之间的无线电电话也正式开通。从此之后,无线电电话事业有了更加迅速的发展。

1948年,美国贝尔实验室试制出了一种用于找人的寻呼接收机,称为BenBoy(带铃的仆人),简称BB机。20世纪50年代以后,各国无线电寻呼业务都迅速发展起来。在20世纪80年代初,寻呼机进入中国,至今,全国已有近2000个市、县开通了寻呼业务。到1995年4月,我国用户数已达到1900万,成为用户数量世界第一的无线电寻呼大国。

20世纪90年代,日本生产出多种形式的寻呼机;比如汉字寻呼机、笔型寻呼机、手表型寻呼机等。特别是还研制出一种融寻呼机和移动电话机于一体的通信设备,用户不仅可以接收信息,还能发出信息,从而使既能收又能发的寻呼通信成为现实。

现在,我们来谈谈“大哥大”。它是“蜂窝”移动电话的俗称,也就是通常所说的“手机”。

对于移动电话,现在人们已非常熟悉。早在1917年美国使用的机载电话,就是最早的空中无线电移动通信;1921年美国警方使用的车载无线电台,是最早的陆地无线电移动通信;1929年美国“利瓦埃森”号轮船上安装了无线电话,以供乘客使用。1946年美国首先开通了人工转接汽车(移动)电话系统以后,人工移动通信才开始发展起来。1964年美国研制的汽车自动移动通信系统获得成功并投入使用,这个时候,移动电话技术才日益成熟起来。直到20世纪70年代,由于先进的电子开关器件、频率合成器、微处理器等技术的出现,许多国家开始开发出一种新型的移动电话系统,这就是“蜂窝”无线电话通信系统。

在进行“蜂窝”无线电话通信时,通常是把某城市或某地区的一个大区域,分成若干个“蜂房”形状的无线电传输区,若干个“蜂房”构成一个“蜂窝”。这种电话的名称就来源于此。

每个“蜂窝”都配备有低功率发送器,一般都安装在塔顶或高大的建筑物上。第一个“蜂房”由中央计算机控制,并自动接入公共电话交换网,因此能传送电话呼叫。当用户从一个“蜂房”移动到另一个“蜂房”时,移动中的电话呼叫就会自动转移到用户所在的“蜂房”的发送器,而原“蜂房”的信号就会自动减弱,这种转移方式称为“接力”。

20世纪70年代在美国和日本,80年代在瑞典、挪威、丹麦、芬兰等国家,都先后开通了“蜂窝”移动电话系统。20世纪80年代中期,“蜂窝”移动电话系统进入高速发展阶段,1985年,全世界“蜂窝”移动电话用户为55万,到1990年5月,猛增到822万。

我国“蜂窝”移动电话通信起步较早,1986年11月,上海引进了第一套900兆赫的。“蜂窝”移动电话系统。1987年11月,广州开通了我国第一个900兆赫的“蜂窝”移动电话系统。随后,在深圳、珠海、河北、天津等许多省市也相继开通了这种电话系统。现在,不仅在城市,就是在农村的很多地方,很多人都使用上了被称为“大哥大”的“蜂窝”移动电话。可以说“大哥大”在中国已家喻户晓了。

人们对“大哥大”的卓越功能赞赏不已。因为使用它能迅速及时地获得各种信息,从而能把握时机做出相应的决策,使事业成功的机会大大增加。广大用户已经从中得到节省时间、提高效率、赢得效益等好处。此外,在传播消息、抢险救灾、追捕罪犯等方面,“大哥大”也显示了它的威力。

还有一种电话叫做无绳电话。所谓“无绳”的指手机(送话器与受话器)与主机(原电话机)之间的连线,被各自配备的小功率无线电收信发信机取代,而主机仍然通过电话线与公众电话网的交换机相连。用户可以边走动边通话,给人们带来方便。

第一代公用无绳电话是在20世纪70年代问世的,它的使用范围小,实际上是附加在公用电话网上的一种移动业务。

第二代公用无绳电话始于20世纪80年代,它与第一代无绳电话相比,具有容量大、功能强、音质好等优点。1992年8月,我国深圳率先使用。

第三代无绳电话始于20世纪80年代末90年代初,它是为满足高密度用户环境的需要而设计的,其主要优点是可以双向呼叫、全话音加密,还能传输数据信息等。日本独立开发的第三代数字无绳电话系统,称为“PHS”,PHS系统子机之间不用通过母机,就像对讲机一样直接呼叫,进行通话,这个优点是蜂窝移动电话不具备的。PHS的入网费、服务费大约为蜂窝移动电话的1/3,因此又称为“平民大哥大”。它又是一种适合多媒体时代需要的通信系统,因此有人把它推崇为“新时代的无绳电话”。20世纪90年代,我国及东南亚的一些国家和地区,也开始建立了PHS系统。

各种无线电话的应用,推动了个人化通信的发展,奇妙的电磁波给人们带来了方便。

电视机的诞生

电视是用电磁波传送活动图像及其伴音的一种广播通信方式。世界上第一台实用电视机是在1925年由英国人贝尔德发明的。

贝尔德在少年时代就热衷于科学,对制作电话、照相机、滑翔机等有着浓厚的兴趣。他在上中学时就立志成为一个科学家。后来,他考上了格雷斯的工科大学,从此便开始了他的研究生涯。

有一次,贝尔德在看书时了解到金属无素“铯”具有一种特殊的性质:“在有光线的地方就可以导电。”这时,贝尔德突然闪出一个念头:“要用铯的这种性质来发明电视。”从此以后,贝尔德便全身心地投入到了对铯的研究和实验当中,在他看来,没有什么比实验更为重要的了。

贝尔德大学毕业以后,第一次世界大战爆发,再加上他家境贫困,为了谋生,他不得不中断了自己的研究工作。但他始终没有忘记自己要做一位科学家的理想。他父亲是一个牧师,也经常鼓励他要成为一个优秀的科学家,为人类的幸福做贡献。贝尔德时刻记着父亲的嘱咐,他常说:“我一定要牢记爸爸的教诲,成为一个为人类做出贡献的科学家。”

有一段时间,贝尔德的身体状况不好,就到一个温泉场去休养。这个时候,他又回想起以前做过的实验,继续进行研究的欲望又重新燃烧起来。当时收音机广播刚刚开始,贝尔德想:“现在声音可以用电波传送了,那么,如果铯的研究成功了,用电磁波传送图像也就可以成为现实了。”于是,在他恢复了健康不久,又开始了紧张的研究工作。

贝尔德家中经济条件很差,所以实验中使用的东西都是一些废旧器材。由于贝尔德的苦心钻研和不断努力,性能良好的新的光电池终于制作成功,使用这种光电池和很多其他的机器组合成了一套新的实验装置。

1924年,贝尔德使用这种装置通过电流,成功地传送了一个布娃娃的形象。虽然画面不大,轮廓也不太清楚,但毕竟是实验成功了。这时,在贝尔德苍白的脸上浮现出了笑容,他几乎跳了起来。

贝尔德为了改进电视机的性能,继续进行着实验。在他呕心沥血的研究之中,终于使传送图像的梦想变成了现实,他终于获得了成功。

1925年10月2日,贝尔德和往常一样在做把图像投影到荧光屏上的实验。当他紧张的眼神注视着荧光屏时,他惊呆了,那里浮现出一个比原先要清楚好几倍的布娃娃的脸。这时,他兴高采烈,一口气从三层楼上跑下来,叫了一个小店员上楼进行了演示,发现在屏幕上能清楚地看到人的各个细微的动作。

就这样,世界上第一台电视机诞生了。两年后,贝尔德在英国科技协会进行了电视机的公开实验,获得了成功。许多报纸在醒目位置刊登了“世界上第一台电视机的电明人——贝尔德”这一喜讯。

贝尔德继续进行着电视机的研究工作。他一边改进原有的电视机,一边着手研究彩色电视机。1927年,他对彩色电视机的研究取得了进展,通过实验也获得了成功。后来,贝尔德又发明了更大画面的彩色电视机。在20世纪30年代,英、美、德、荷兰、前苏联等国家试验播出电视,使用的都是贝尔德发明的机械扫苗式电视机。这种电视机的特点是通过电动机和旋转带孔的圆盘等装置来实现机械式扫描,缺点是结构复杂、有噪音,画面清晰度也有待提高。

差不多与此同时,美籍前苏联科学家兹沃尔金也投入到了对电视机的发明当中。他先后研制成功电视摄像设备、光电摄像管、电子扫描显像管等。1925年他获得了全电子扫描彩色电视系统的专利,1932年他为全美国无线电公司组装出世界上第一套全电子电视系统。在接收机中使用了电子扫描系统和经过改进的阴极射线管及显像管,从此电子扫描式电视机就进入了实用阶段。20世纪30年代中期,电子化的电视迅速取得了发展,兹沃尔金于1938年制成了第一台实用的电视摄像机,1939年美国开始播放全电子式电视。由于电子式电视机比贝尔德机械式电视机要简便得多,性能也更好,尤其是画面清晰,没有噪音,所以不久英国的电台也开始使用电子扫描式电视机,机械扫描式电视机就逐渐被淘汰了。

到了1940年,哥伦比亚人发明的利用光电摄像管的彩电开始试验。1949年彩色电视开始正式播放。20世纪50年代初,电视台如雨后春笋般地在世界各地建立了起来,使用的都是电子扫描式电视机。

贝尔德发明的机械式扫描电视机虽然在竞争中被淘汰,他本人也因贫困而离开了人世,但世界上第一台电视机毕竟是他发明的,历史不会忘记他。

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