无线电通信

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无线电通信

无线电通信(radio communications)是将需要传送的声音、文字、数据、图像等电信号调制在无线电波上经空间和地面传至对方的通信方式,利用无线电磁波在空间传输信息的通信方式。

简介

利用“电”来传递消息的通信方式称为电通信,电通信一般可分为两大类:一类称为有线电通信,一类称为无线电通信。利用无线电波传输信息的通信方式即称为无线电通信,它能传输声音、文字、数据和图像等。与有线电通信相比,不需要架设传输线路,通讯距离远,机动性好,建立迅速;但传输质量不稳定,信号易受干扰或易被截获,易受自然因素影响,保密性差。

起源

1873年,英国物理学家J.C.麦克斯韦在其《电学和磁学论》一书中,总结和发展了19世纪前期对电磁现象的研究成果,从理论上证明了电磁过程在空间是以相当于光的速度传播的,光的本质是电磁波,从而建立了电磁理论。1887年德国物理学家H.R.赫兹在实验中发现了电磁波,验证了麦克斯韦的电磁理论。电磁理论的建立和电磁波的发现,为无线电通信的产生创造了条件。1895年俄国物理学家A.C.波波夫和意大利物理学家G.马可尼,分别成功地进行了无线电通信试验。

无线电通信的发明者

在英国,人们把麦克斯韦奉为无线电的开创人,认为他最先指出电磁波的存在。

在美国,有人认为德福雷斯特是无线电之父,因为他发明了三极管,而三极管是无线电通信器材的心脏。

在俄国,只承认波波夫是无线电通信的创始人。

在克罗地亚及所有了解尼古拉·特斯拉的人都承认特斯拉才是无线电之父。

在西方科学家的眼中,意大利人马可尼是无线电通信的发明人,他因此获得诺贝尔物理奖。

在德国,人们认为赫兹才是无线电的开创者,因为他最早证明了电磁波的存在。电磁波的振动频率的单位,就是以他的姓名命名的。

到底是谁发明了无线电通信呢?可以这么认为,无线电的发明是众多科学家共同研究的成果,也是历史发展的产物。

无线电通信相关

无线电通信的最大魅力在于,借助无线电波具有的波动传递信息的功能,人们可以省去敷设导线的麻烦,实现更加自由、更加快捷、无障碍的信息交流和沟通。从无线电波的特性来看,如同光波一样,无线电波可以反射、折射、绕射和散射传播。由于电波特性不同,有些电波能够在地球表面传播,有些能够在空间直线传播,有些能够从大气层上空反射传播,有些电波甚至能穿透大气层,飞向遥远的宇宙空间。

无线电通信所用的频率(波长),分为12个频段(波段),见表1 。

根据频率和波长的差异,无线电通信大致可分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和微波通信。

长波通信

长波通信(3kHz ~ 30kHz)。长波主要沿地球表面进行传播(又称地波),也可在地面与电离层之间形成的波导中传播,传播距离可达几千公里甚至上万公里。长波能穿透海水和土壤,因此多用于海上、水下、地下的通信与导航业务。

中波通信

中波通信(30kHz ~ 3MHz)。中波在白天主要依靠地面传播,夜间可由电离层反射传播。中波通信主要用于广播和导航业务。

短波通信

短波通信(3MHz ~ 30MHz)。短波主要靠电离层发射的天波传播,可经电离层一次或几次反射,传播距离可达几千公里甚至上万公里。短波通信适用于应急、抗灾通信和远距离越洋通信。

超短波通信

超短波通信(30MHz ~ 300MHz)。超短波对电离层的穿透力强,主要以直线视距方式传播,比短波天波传播方式稳定性高,受季节和昼夜变化的影响小。由于频带较宽,超短波通信被广泛应用于传送电视、调频广播、雷达、导航、移动通信等业务。

微波通信

微波通信(300MHz ~ 300GHz)。微波主要是以直线视距传播,但受地形、地物以及雨雪雾影响大。其传播性能稳定,传输带宽更宽,地面传播距离一般在几十公里。能穿透电离层,对空传播可达数万公里。微波通信主要用于干线或支线无线通信、移动通信和卫星通信。

无线电业务

分类经过百余年的不断发展,各种新的无线电业务不断涌现,无线电业务的种类日益增多。依据国际电联《无线电规则》,《中华人民共和国频率划分规定》共定义了43 项无线电业务。这些业务分别是:

无线电通信业务、固定业务、卫星固定业务、航空固定业务、卫星间业务、空间操作业务、移动业务、卫星移动业务、陆地移动业务、卫星陆地移动业务、水上移动业务、卫星水上移动业务、港口操作业务、船舶移动业务、航空移动业务、航空移动业务(航线内)、航空移动业务(航线外)、卫星航空移动业务、卫星航空移动业务(航线内)、卫星航空移动业务(航线外)、广播业务、卫星广播业务、无线电测定业务、卫星无线电测定业务、无线电导航业务、卫星无线电导航业务、水上无线电导航业务、卫星水上无线电导航业务、航空无线电导航业务、卫星航空无线电导航业务、无线电定位业务、卫星无线电定位业务、气象辅助业务、卫星地球探测业务、卫星气象业务、标准频率和时间信号业务、卫星标准频率和时间信号业务、空间研究业务、业余业务、卫星业余业务、射电天文业务、安全业务、特殊业务。

无线电通信发展史

无线通信与天然磁石

也许在西方还没有创造出上帝这个人物的时候,勤劳聪慧的中国人便已经开始享受上苍所赐予的万物世界了。公元前246年,人类历史上最为雄伟壮观的建筑——长城,出现在古代的中国版图上。而作为信息传递的代表建筑——烽火台,第一次将人类带上了无线通信的发展道路,借以光和狼烟的形式,传递给不断寻求文明进步的人们。烽火台已经失去了快速传递战报的作用,而成为了古代文明发展的里程碑和见证者。

天然磁石的发现,也成为了那个时代同样具有深刻影响力的闪光点。据战国末期成书的《管子》和《吕氏春秋》记载,我们的祖先在公元前两百多年就发现了具有吸引铁器这种神奇特性的石头,并把它进行加工,制成了可以指明方向的奇异勺子——司南。这也是历史上有记载以来,人类第一次接触磁这种看不见摸不着却又十分神奇管用的事物。后来,司南被我们的古代使节带到了欧洲,启发了欧洲人用它来指引航海。我们甚至可以认为,无线通信和天然磁的鼻祖,就是我们勤劳智慧的中国人。

静电的发现(1591-1776)

历史不会总是眷顾先来者,生活在欧洲大陆上的人们在司南的基础上,对磁石开始了更为深入的探索,而超越了中国人将其停留在指南针的认识上。后来居上这个词也许就是这么创造出来的吧。当16世纪末的中国人正忙于参战保卫被日本侵略的朝鲜王国时,欧洲人已经拿起了科学的武器,开始了一场史无前列的新征程。

16世纪末,一位拿着手术刀的英国医生吉尔伯特(威廉·吉尔伯特,William Gilbert,1540~1605),对物理学产生了浓厚的兴趣,并一发不可收拾地对磁石和静电开始了研究。他把所有的空闲时间都泡在了实验室里,不断拿着各种颜色的石头以及铁片贴来贴去,观察出了很多有意思的现象。最令他兴奋的是,经过相互摩擦的红色玛瑙,竟然可以将小小的纸片吸引起来,让纸片暂时摆脱了地球的吸引,而避免了苹果砸中牛顿脑袋的悲惨命运。这简直太奇妙了!

他将这些现象写成了名著《论磁》,并于1600年在伦敦出版。在他看来,电就是人为摩擦物质产生的静电吸引,而磁则是上帝赐予的灵物,是自然物质的天然吸引。因而他断言,电与磁是两种截然不同的现象,没有什么一致性。

他的这一论断影响了当时的很多科学家,一直到18世纪末期,才有所改观。在这些受他影响的科学家中,不得不提到的就是电磁学的奠基人,法国人库仑。

电磁力学的纽带(1777-1781)

1777年,还是工程师的库仑(夏尔·奥古斯丁·德·库仑,Charles Augustin de Coulomb,1736 ~1806)先生应法国科学院的悬赏,提出了在细小绳索上悬挂磁针进行指南的方法,以解决航海家们在海上航行时航海指南针指向不准的问题。库仑先生的大脑进行了快速的运转,一个闪念划过眼前。他把一根细如发丝的线一端系在了天花板梁上,另一端则是小磁针。他又拿来了另一个小磁棒,以及可以摩擦出静电的小电棒,在悬挂的小磁针面前轻轻地摆动。这一摆,就摆出了扭秤,也摆出了测量静电力与磁力的实验验证方法。浪漫的库仑难以抑制内心的激动,把发现静电力和磁力之间关系的伟大发现写在了纸上,并在1785年推导出了以他本人名字命名的著名电磁学定量定律——库仑定律。

库仑定律的发现在电磁学发展历史上具有里程碑一般的作用,它把人们一直以来当作“魔力棒”的磁石以定量计算的眼光重新进行了衡量,将电磁学的研究从定性上升到了定量的科学层次上。

这一定律的发现,仍然没有推翻前人的推断。库仑曾经说,电与磁是两种完全不同的实体,它们不可能相互作用或转化。但是这一推却将电和磁这两种“完全不同”的事物通过力学建立了并不紧密的联系。

在吉尔伯特先生到工程师库仑启动电磁学基础研究的这一百七十多年中,中国已经完成了从明朝到清朝的更迭。明朝末期西方传教士的歪打正着,激发了中国知识分子对于科学的极大关注和学习。作为科学基础和潜在动力的中国哲学思想,在当时远远领先于其他国家,几乎领先超前了西方约两百年左右的时间,无论唯物主义,唯心主义都是如此。中国的传统科学,已经开始经历自我革新的过程,展现出前所未有的活力。而且由于知识分子遍及全国上下对科学的热情高涨,对西方先进技术的极力引进,中国的科学正在呈现出扬长补短的振奋现状,大有超越西方科技水平的趋势。

在这一关键的化蛹为蝶阶段,明朝的中国却遇上满清这个尚处于野蛮的奴隶制阶段政权的侵略。科学文明进化的社会孕育过程被人为终止了。这不能不说是我们这个民族的悲哀。而清朝不重视自然科学发展、不吸纳先进技术的观念,最终导致了清王朝的覆灭。中国失去了一次非常宝贵的机会,西方却在18世纪中后期出现了卢梭、伏尔泰、孟德斯鸠这三位伟大的启蒙思想家,促使着西方科学进一步超越自我,将古老的东方文明远远甩在了后方。

电生磁的奠基(1782-1820)

我们再回到科技活跃的西方世界。自库仑发现了那个定律以后,安培和毕奥等物理学家也认为电和磁不会有任何联系。这样的认识在18世纪的中期仍然是非常普遍的。然而,机会总是眷顾有准备的人。来自丹麦的奥斯特(汉斯·克里斯蒂安·奥斯特,Hans Christian Oersted,1777~1851)先生借助了特殊的丘比特之箭,将电与磁这对秘密恋人的心射在了一起。

奥斯特是一位多才多能的科学家,物理学、化学和哲学都是他的最爱。也正因为如此,在他的脑海中,科学的研究总是因为哲学的启迪而更加深入和坚定。受康德哲学与谢林的自然哲学的深刻影响,他一直坚信自然力是可以相互转化的,并通过他的第六感没有放弃对电与磁关系的试验研究。

不知道那时他是否知道中国的谚语:“只要功夫深,铁杵磨成针”,但却取得了无线电发展过程中历史性突破的成功。奥斯特在实验室里究竟磨没磨铁杵也许已经无法考证,但是他却真的因为一根针而成就了自己,也成就了电与磁。

1820年的4月,在一次科学讲座即将结束之际,奥斯特抱着试试看的心情做了一次电流磁效应的实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方,接通电源的瞬间,发现磁针跳动了一下。这一跳,使有心的奥斯特喜出望外,竟激动得在讲台上摔了一跤。他并不知道,那一刻他已经成为了一个科学的媒人,通过小磁针做成的丘比特箭将电与磁这对陌生男女紧密地联系在了一起。

但是在那次实验中,磁针偏转角度太小了,而且又很不规则,这一跳并没有引起听众注意。自那天以后,细心的奥斯特花了三个月,做了许多次实验,发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方,磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质,比如木头、玻璃、水、松香等,却不会影响磁针的偏转。1820年7月21日,奥斯特把这一系列的实验结果写成名为《论磁针的电流撞击实验》的论文,正式向学术界宣告他发现了电流磁效应。至此,电与磁的秘密关系通过实验的方法被揭示出来。

奥斯特的研究,促使电磁的秘密被形象地揭示出来。他的科学成就,却没有触动东方的中国。论文发表后的37天,中国的道光皇帝即位了。已经落寞的清朝在当年的国民生产总值居然还是整个欧洲的1.22倍,却仍然不能避免20年后被西方各国列强侵略的命运。好了,让我们去回顾点让人开心的事情,看看电磁学说的创立吧。

磁生电的创立者(1821-1855)

下一位出场的是来自英国的法拉第(迈克尔·法拉第,Michael Faraday,1791-1867)先生。法拉第自幼家境贫寒,没有受过系统正规的教育,但却十分刻苦学习。特别是1810年2月到1812年的4月间,他在十六次自然哲学与科学讲座的熏陶下,燃起了进行科学研究的愿望。

1821年在读过奥斯特关于电流磁效应的论文后,法拉第被这一新兴的学科领域深深吸引,并在不久的实验中取得了一个重大的科学成果──发现通电流的导线能绕磁铁旋转。从此,他跻身著名电学家的行列。通过奥斯特实验,他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁,他坚信磁亦能生电。经过10年探索,历经多次失败后,1831年8月26日奥斯特终于获得了成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组像弹簧一样缠绕的金属线圈通电(或断电)的瞬间,在另一组线圈获得的感生电流,他称之为“伏打电感应”。同年10月17日,法拉第完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验,他称之为“磁电感应”。经过大量实验后,他终于实现了“磁生电”的夙愿,宣告了电气时代的到来。

与此同时,法拉第的脑海中已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想,尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象,他对比电力线的画法,提出 “磁感线”这一新概念,形象地对磁的作用方向进行了描述。同时他对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑:“一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体,不要任何一种东西的中间参与,就把作用和力从一个物体传递到另一个物体,这种说法对我来说,尤其荒谬。凡是在哲学方面有思考能力的人,决不会陷人这种谬论之中”。

1833年,他总结了前人与自己的大量研究成果,证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电,其实是电家族的五个小兄弟。4年后的1837年,他又发现电介质对静电过程的影响,提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后,他又进一步发现了抗磁性这一新现象。在这些研究工作的基础上,法拉第形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是,介质成了“场”的场所,而他也正式将“场”这一具有历史性的概念创立出来。

开创历史的不仅仅是法拉第,还有生他养他的那片土地。1840年,当电磁场的概念已经被人们接受的时候,西方各国也终于撬开了东方古国的大门,送进来的不是科学技术,却是火炮洋枪。他们送给了中国人另外一个“场”——战场。有人说,那时的中国注定了要被侵略,因为抛弃了科学的发展,自然要承载着愚昧所换来的巨大代价。还好,中国人终于开始明白了,依靠科学,才能让这个民族真正强大起来。而电磁学的发展,因为法拉第这位帅才而进入了新的历史高度。

正如阿尔伯特·爱因斯坦所说,引入场的概念,是法拉第的最富有独创性的思想,是艾萨克·牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间,被视作物体与电荷的容器;而法拉第的空间,是现象的容器,它参与了现象。所以我们说法拉第是电磁场学说的创始人。

电磁波来了(1855-1888)

法拉第如浩瀚宇宙般深邃的物理思想,强烈地吸引了同在英国的一位年轻人——来自英国苏格兰爱丁堡的麦克斯韦(詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,James Clerk Maxwell,1831~1879)。麦克斯韦认为,法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理,他抱着用严格的数学语言来描述法拉第理论的决心闯入了电磁学领域,并成为继法拉第之后集电磁学大成的伟大科学家。

麦克斯韦于1855年左右开始研究电磁学。在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,他坚信法拉第的新理论包含着真理。他在前人成就的基础上,对整个电磁现象作了系统、全面的研究,凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文:《论法拉第的力线》(On Faraday’s Lines of Force,1855年12 月);《论物理的力线》(On Physical Lines of Force,1862年);《电磁场的动力学理论》(A dynamical theory of the electromagnetic field,1864年12月8日)。这三篇重要的论文对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表示出来,经后人整理和改写,成为经典电动力学主要基础——麦克斯韦方程组。据此,1865年他预言了电磁波的存在。麦克斯韦经过理论推演,认为电磁波只可能是横向传导波,并计算了电磁波的传播速度等于光速。同时,他的灵感促使自己得出一个重要结论:光是电磁波的一种形式。这揭示了光现象和电磁现象之间的联系。麦克斯韦将这些理论的论证和推导结论整理成册,于1873年出版了科学名著《电磁学通论》(Treatise on electricity and magnetism),系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。

这一名著后来被传到了德国,深深打动了一位德国物理学家的心。他就是赫兹(海因里希·鲁道夫·赫兹,Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)。赫兹在柏林大学学习物理时,受赫尔姆霍兹的鼓励研究麦克斯韦电磁理论。当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论,因此赫兹就决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。1888年,赫兹的实验成功了,验证了电磁波的存在。而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。

赫兹在实验时曾指出,电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。通过实验计算,他发现电磁波的传播速度与光速相同,从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。

1888年1月,赫兹将这些成果总结在《论动电效应的传播速度》(On the electric effect of the propagation velocity of moving)一文中。赫兹实验公布后,轰动了全世界的科学界。由法拉第开创,麦克斯韦总结的电磁理论,至此才取得决定性的胜利。而无线电波也因此被命名为赫兹波。

1888年,成为了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦发现的真理,更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。从中国人的眼界来看,这一年也是非常具有历史意义的。无线电,1888,要发!发!发!

无线电的启航(1889-1896)

1889年,在一次著名的演说中,赫兹明确地指出,光是一种电磁现象。至此,无线电这个概念也逐渐走入了科学研究的视野,他的发现继而被应用于人类无线电事业的开拓。而这一次,上帝将他的手抚摸到了三个国家——美国、意大利和俄国,后来者居上再一次印证了中国古老的训言。

1893年,克罗地亚尼科拉·特斯拉(Nikola Tesla)在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。而具有历史意义的无线电发射,却是由俄国科学家波波夫和意大利的马可尼完成的。

1888年,赫兹的发现激发了俄国科学家波波夫(亚历山大·斯塔帕诺维奇·波波夫,Александр Степанович Πопов,1859~1906)的研究兴趣。1889年,他多次重复了赫兹的实验,并提出“电磁波可以用来向远处发送信号”。1894年,波波夫改进了赫兹的实验装置,利用撒了金属粉末的检波器,通过架在高空的导线,记录了大气中的放电现象。这是世界上第一台无线电接收机。1895年5月7日,波波夫在俄国的物理学部年会上表演了他创造的这个“雷暴指示器”。

一年后即1896年3月24日,波波夫又在彼得堡大学两幢相距250米的大楼之间表演了无线电通信,他和助手进行了一次正式的无线电传递莫尔斯电码的表演。波波夫把接收机安放在物理学会会议大厅内,他的助手把发射机安装在森林学院内。时间一到,助手沉着地把信号发射出去,波波夫这边的接收机清晰地收到信号。此时俄罗斯物理学会分会长把接收到的字母一个个地写在黑板上。最后,黑板上出现一行字母:“海因里希·赫兹”。这是世界上的第一份无线电报,内容是纪念赫兹这位电磁波发现者。

下面我们介绍另一位伟大的人物——马可尼(古列尔莫·马可尼,Guglielmo Marconi,1874~1937)。马可尼出生在意大利博洛尼亚市的一个中产阶级家庭。由于他的家庭十分富裕,因此他的父母专门请了家庭教师指导他学习。

马可尼对物理和电磁学有着极强的兴趣。1894年,也就是赫兹去世的那年,马可尼刚满20岁,他在电气杂志上读到了赫兹的实验和洛奇的报告。从小就喜欢摆弄线圈、电铃的他,便一头钻进了对电磁波的研究中。在他看来,既然赫兹能在几米外测出电磁波,那么只要有足够灵敏的电波检测装置——检波器,也一定能在更远的地方测出电磁波。经过多次的失败,他终于迈出了可喜的第一步。

他在家中的楼上安装了发射电波的装置,楼下放置了检波器,并让检波器与电铃相接。他在楼上一接通电源,电磁波便穿过了检波器,让楼下的电铃迅速响了起来。晚上,当他的父亲看到了这个新奇的装置,把以前憋在肚子里的火气和不满都抛到九霄云外,再也不叫他“不切实际的空想家”了。自此,他的父亲开始给儿子经济资助,让他一心搞实验。

马可尼初次体会到胜利的喜悦后,信心增强了。他大量收集资料和文章,无论这些文章的作者是有名气的还是无名气的,只要对他有用,有所启发的文章,他都耐心阅读,仔细分析。他把各家的缺点分析清楚,把各人的长处集合起来,改进自己的宝贝机器。

第二年(1895年)夏天,马可尼又完成了一次非常成功的实验。到了秋天,实验又获得很大的进步。他把一只煤油桶展开,变成一块大铁板,作为发射的天线。把接收机的天线高挂在一棵大树上,用以增加接收信号的灵敏程度。他还发现金属碎屑可以通过一个装置牢牢抓住空中的无线电信号,因此还改进了洛奇的金属粉末检波器,使它更加卓越。马可尼在玻璃管中加入少量的银粉,与镍粉混合,再把玻璃管中的空气排除掉。这样一来,发射端增大了功率,接收端也增加了检测电波的灵敏程度。他把发射机放在一座山岗的一侧,接收机安放在山岗另一侧的家中。当给他当助手的同伴发送信号时,他有些紧张地守候着信号接收机。突然,电铃发出了清脆的响声。这响声对他来说比动人的交响乐更悦耳动听,让他几乎跳了起来。

马可尼成功了!

这次实验的距离达到2.7公里,出现了历史性的突破。那时,在博洛尼亚大学学习的他只有21岁。这在当时是一个令人惊讶的伟绩,并从此让马可尼走上了职业道路。喜讯传到了英国邮局主管工程师威廉·普尔斯的耳朵里,促使马可尼日后来到英国发展。

1896年,马可尼抱着自己简陋的无线电发射机来到了工业革命的中心——英国,在伦敦开始了自己的创业生涯。这一年的6月,他用电磁波进行了约14.4公里距离的无线电通讯实验,再一次展现了自己的才华。1897年7月,以其姓名命名的 “马可尼无线电电报与信号有限公司”(后更名为“马可尼无线电电报有限公司”)成立。

应当指出的是,马可尼和波波夫关于无线电通信的发明,都是在1895年到1901年这短短的五、六年时间内,各自独立完成的。因此可以说,无线电应用的大门是马可尼和波波夫同时打开的。

无线电应用初露端倪(1897-1910)

马可尼成立公司以后,无线电的发展便进入了一个新的时代。从此不再是单兵作战,而是一群人的你思我想。智慧的火花点燃了无线电向着更广阔范围的延展。

1897年,波波夫奉命在俄国波罗的海舰队的一些舰艇上建立无线电通信设备。

1897年,不用导线传送电码的无线电通信完全得到了世人的承认。此后无线电通信的距离不断加大。

1898年,马可尼的无线电报首次应用于商业性通信。1898年在英吉利海峡两岸进行无线电报跨海试验成功,通讯距离为45公里;1899年又建立了106公里距离的通讯联系。

1899年,波波夫将无线电投入军事应用,建立了40多公里的无线电通信网。

1900年,马可尼正式取得由线圈和可变电容器组成的调谐回路专利权(即著名的第7777号专利),调谐回路被广泛地应用到各类无线电通信机。

1900年10月马可尼在英国建立了一座强大的发射台,采用10千瓦的音响火花式电报发射机。1901年12月,马可尼在加拿大用风筝牵引天线,成功地接收到了大西洋彼岸的无线电报,完成了横跨大西洋3600公里的无线电远距离通信。由于他的卓越贡献,1909年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦马可尼无线电报公司的意大利物理学家马可尼(Guglielmo Marconi, 1874—1937)和德国阿尔萨斯州斯特拉斯堡大学的布劳恩(Karl Braun,1850—1918),以承认他们在发展无线电报上所作的贡献。

从1903年开始,从美国向英国《泰晤士报》用无线电传递新闻,当天见报。到了1909年无线电报已经在通讯事业上大显身手。在这以后许多国家的军事要塞、海港船舰大都装备有无线电设备,无线电报成了全球性的事业。

在此期间,1904年,当英国人J·A·弗莱明(约翰·安布鲁斯·弗莱明,John Ambrose Fleming,1849~1945)发明了第一个可以确定是否有单向电流的真空二极管“弗莱明真空管”时,一个暗示将来发展的机遇出现了。

1906年,美国的李·德·福斯特(Lee de Forest ,1873~1961)在弗莱明真空管中加了一个栅格网,制成了第一个三极真空管。命名为“Audion”三极管检波器非常有效,可以将空中的无线电波用无形的手捕捉到人们的面前,用声音的形式让无形的电磁波显现出来,从而开启了无线电正式进入通信世界的新篇章。他高兴地宣告:“我发现了一个看不见的空中帝国。”福斯特先生被美国人誉为“无线电之父”。虽然谁是真正的“无线电之父”的争论仍然没有停止,但这不妨碍我们向这些先驱科学家表示崇尚的敬意。

同年,第一次有声广播问世,女歌手的歌声、小提琴演奏声和讲故事的声音为那年的圣诞节抹上了一缕幸福的色彩。

而此时的中国,也逐渐受到了来自西方的影响,出版了一些无线电的刊物,促使无线电在中国的起步。1897年5月2日,《时务报》第25册刊出一份由英文翻译过来的《无线电报》成为了无线电技术正式引入中国的开始。自此,以无线电报为代表的无线电技术拉开了经由期刊传播给清末中国人民的序幕。

无线电及战争与和平(1910-1950)

无线电在这个当时人们还靠书信和昂贵的有线电话进行通信的年代,起到了革命性的作用。人们自此可以自由架设无线电通信台,完成任意两点甚至多点的通信,极大提高了人们通信的空间,从而让马匹、信使传递命令的时代一去不返。历史车轮走进了二十世纪,无线电通信也首先在军事方面发挥了重要作用。

1914年,第一次世界大战爆发了,无线电立即成为将军们的新宠。它使得战地部队间能够快速地通信,从而加快战事移动速度,掌握主动权。但是,无线信息被加密后通过莫尔斯电码以电波形式传送出去时,也就将携带的每一个密码电文都泄露出来,这使敌方可以截取大量的连续的战报信息。8月5日,英国“泰尔哥尼亚”号船上的潜水员割断了德国在北大西洋海下的电缆。促使德方大量的通信从电缆转向了无线电。而德国因为大意无线电的作用,泄露了关键情报,而成为战争的牺牲品。

第二次世界大战开始前,无线电得到了一定程度的发展,聪明的英国人和美国人发挥了重要作用。他们发明了早期的电视和雷达,进而在二战时可以传送加密情报和摸清敌情。1941年12月7日发生的珍珠港被袭事件,使得美国突然进入战争状态。那时,大约有六万美国人拥有无线电台执照。其中约90%在为其战争或相关军事工业或教学服务。这为美国的胜利奠定了基础。

在两次世界大战期间,各国的无线电爱好者们也始终没有放弃自己的事业,而使得业余无线电通信蓬勃发展起来。1945年,战争结束了,无线电发展迎来了和平的发展时期。而另一个值得一提的应用就是广播。

1910年,刚才提到的其中一个“无线电之父”——福斯特从纽约的大都会歌剧转播了恩里科·卡鲁索的歌唱演出。随后他播送报纸要闻,成了最早的广播简讯。一时间,“空中之声”引起了人们广泛的趣谈。

1920年8月31日,美国底特律建立一家试验性电台,播送州长竞选新闻,被称为首次广播新闻。同年11月2日,美国业余无线电爱好者弗兰克·康拉德建造了世界上第一座广播电台。此后,法国、英国、德国、意大利和日本相继在1921-1925年间成立了自己的广播电台。你仍能听到几个耳熟能详的名字:英国广播公司BBC、日本广播协会NHK,等等。

不久以后,中国、印度、加拿大、澳大利亚等国的无线电广播也相继问世。特别是在中国,在历经短暂的中华民国建制和漫长而苦难战乱的过程中,靠着从外国带回来和从外国人手中缴获的电台,中国人越来越离不开无线电这个朋友。广播电台和收音机甚至成为了共产党员传递秘密情报的工具,正如谍战片《潜伏》所展现给大家的一样,惊心而神奇。可以说,在这样一个时代,无论是战争时期,还是和平时期,无线电这一新事物已经被人们认可,并进入了快速发展的时期 。

无线电大发展(1950-1980)

二战结束后,无线电的作用已经完全被人们接受了。因此,我们不得不提到一个国际组织——国际电信联盟(International Telecommunication Union)。ITU的历史我们不去追溯了,但自1865年5月17日成立以来,它一直扮演着无线电国际协调与共享的重要角色。1947年10月15日,国际电信联盟成为联合国的一个专门机构,其总部由瑞士伯尔尼迁到了日内瓦,一直到现在都没有搬家。自那以后,无线电的发展便插上了翅膀,飞得更高,飞得更远。

早期的人们由于电子元器件的限制,只能使用20kHz到30MHz左右的短波频率完成无线电通信。但20世纪60年代以后,人们把频率扩展到150MHz和400MHz,无线电传输的质量也越来越高。同时技术上的进步——晶体管的出现,使移动电台向小型化方面大大前进了一步,效果也比以前有了明显的好转。网络的覆盖使得无线电不得不采用中继通信,以确保几千公里外无线电接受者能够享受到与无线电发射者相同的信号质量。因而,在1939年就显现雏形的中继通信,在11年后的1950年开始大放光彩,像流行歌曲一样在美国传播开来。随着中继系统贯穿全美,一种新的革命在静静地进行之中。让我们由衷地感谢一下加拿大的无线电爱好者朋友们吧,是他们引领了这项新革命。这就是1978年他们创造的分组数据交换通信技术实验。这也得益于数字计算机的发明。

1980年3月,美国开始使用一种方便把人们的文字符号转换成计算机符号的ASCII码。而这时个人计算机开始在美国普及。个人电脑与无线电的结合,点燃了人们对分组数据交换通信和其他数据通信的狂热追求。

此时,集成电路技术、微型计算机和微处理器的快速发展,以及由美国贝尔实验室推出的蜂窝系统的概念和其理论的在实际中的应用,使得美国、日本等国家纷纷研制出陆地移动电话系统。可以说,这时的无线电移动通信系统真正地进入了个人领域:具有代表性的有美国的AMPS(Advanced Mobile Phone System)系统,英国的TACS系统,北欧(丹麦、挪威、瑞典、芬兰)的NMT系统、日本的NAMTS系统等等。

由于无线电可移动通信的便利性,这些系统均先后投入商用。在美国、日本、英国、西德等国家开始应用汽车公用无线电话。专用移动无线电话系统也如雨后春笋般大量涌现,广泛用于公安、消防、出租汽车、新闻、调度等方面。这时,移动通信逐步走进了公众的日常生活,人们已经看到了未来个人移动通信的曙光。这时的移动通信,开始快速地向小型化、便捷化以及个人化发展。而中国在1979年改革开放以后,开始建设国家层面的微波干线中继传输网络,用以服务改革开放的经济建设大潮。无线电应用也从军事应用开始转向民用领域。

数字化生存(1980-2010)

美国麻省理工学院教授尼葛洛庞帝(Negroponte)先生1995年所写的《数字化生存》(Being Digital)描述了20世纪信息技术及理念的发展,同时也预示了数字化时代的即将到来。无线电的发展当然成为了数字化发展的先锋之一。由于模拟无线电通信在信号传输和数据处理上不能像排格子一样规矩,增加了信息处理的难度,同时也降低了通信效率,因此制约了无线电的发展。不过没有关系,我们还有一张王牌——数字化通信。

伟大的数学家们已经证明,如果将一个连续的模拟信号像切肉丁一样进行切分,那么你可以从刚出生一直切到退休,但是却只切了一个开始。这会是多么令人悲哀的一件事,真是一个“杯具”。因此,我们将模拟的无线电信号进行有限的切割,只要抓住了它的最典型特征就可以了。这样有两个好处,一是抓住了重点,保证了质量减少有限;二是可以将有限的无线电信号用来存放更多的内容。同时,数字化的无线电在保密等方面具有独特优势。这就是为什么各个国家朝着数字化的方向发展无线电通信的原因。

从20世纪80年代中期,数字化革命开始了。从短波到超短波,只要能在无线通信的某一个部分加入计算机或数字信号处理,那么这个部分就成为了数字化无线电的实践场所。

1983年,一位数字无线电的爱好者欧文·夏洛特(Owen Garriott)带着人们的梦想,以航天员的身份坐上了航天飞机,直冲云霄。在太空中,欧文用一个2米的设备,从空间进行了近300次的短波数字无线电通信联络。这让人感到激动。

1991年,第三代移动通信系统(3G,3rd Generations)的概念闪现在当时仍然拿着“大哥大”通话的移动运营商面前。他们已经着手准备建立更加先进的无线通信系统了。这一次,虽然开始是模拟的构想,但是经过不断的探讨,最终大家达成了一致,向数字化演进。

在那个年代,晚于西方发达国家20年的BP机在中国大地如雨后春笋般出现了。随后而来的是“大哥大”。这个电话机又大又沉,使用起来也不便宜,但那时的人们把它作为了身份的象征,直到现在还记忆犹新。这是移动通信系统第一次在中国大规模地应用,虽然它遵循的是国外标准,但至少中国人已经开始像400年前的先人一样接纳世界上最先进的技术了。

2000年5月,ITU公布了3G标准,但只有WCDMA和CDMA2000两种,而我国的无线电工作者还在全力以赴、夜以继日地追赶着世界的潮流,将我们的TD-SCDMA也纳入国际标准行列。这是一场关乎民族尊严的伟大行动,只能成功,不能失败。2003年,中国人的努力获得了承认,ITU公布了这个标准。2008年8月,3G网络已经开始在中国运转开来了。一直到现在,我们还可以看到这个进程在进行之中。

在这20年中,数字化无线电通信在其他领域也施展着自己的才华。广播、交通、文化领域,无不因为数字革命带来的新空气而以前所未有的速度向前跨越。当你乘坐350km/h的高速列车,在车上给亲友拨打电话,并观看来自移动基站的北京奥林匹克运动会开幕式转播实况时,你已经完全融入了这个全新的世界。

无线电走进中国

无线电技术在中国的应用已有上百年的历史。早在1897 年(光绪二十三年),由黄遵宪、梁启超等创办的期刊《时务报》便刊出译文——《无线电报》,该文介绍了1896 年马可尼进行无线电报通信实验的情况,“无线电报”一词从此在中国出现。从清末到民国时期,无线电报、无线电广播等无线电业务进入中国的时间基本上与国际社会同步。

☆ 1899 年年初,清政府购买了几部马可尼猝灭火花式无线电报机,安装在广州两广总督署和马口、威远等要塞以及南洋舰队各舰艇上,供远程军事指挥之用。这是无线电报业务在中国的首次使用。

☆ 1906 年,因广东琼州海缆中断,清政府在琼州和徐闻两地设立了无线电报机,开通了民用无线电报通信。这是中国民用无线电通信之始。

☆ 1919 年,民国政府成立北京无线电报局,并利用无线电接收机接收欧美各国的广播新闻。

☆ 1926 年10 月,无线电专家刘瀚创办了第一个由中国人自己经营的广播电台——哈尔滨无线电广播电台。

☆ 1927 年3 月,上海新新公司开办了我国第一座商业无线电广播电台。此后,天津、北京也先后创办了广播电台。

☆ 1933 年前后,上海、杭州、济南、天津等几个大城市相继出现了业余无线电台。我国的业余无线电活动由此发端。

革命战争时期的红色通信

新中国的无线电事业,由土地革命时期的“半部电台”起家,并不断发展壮大。从艰苦卓绝的红军时期、抗日战争时期到波澜壮阔的解放战争时期,由党中央亲自领导和指挥的红色通信战士屡建奇功。回首那些艰难困苦的岁月,一部部珍贵的无线电台,一道道划过长空的红色电波,为我党、我军取得中国革命的胜利发挥了至关重要的作用。

反“围剿”时期,半部电台来起家

1927年后,中国共产党在江西井冈山建立了第一个农村革命根据地。但初创时期的红军,一开始就处于敌人的四面包围之中,各根据地之间的联系主要依靠十分不便的地下交通。

1930年年底第一次反“围剿”,红军在江西永丰的龙岗打了个大胜仗,不但活捉了敌18师师长张辉瓒,还意外获得了只能收信、不能发信的半部电台。毛泽东、朱德对缴获的电台极为重视,决定利用这半部电台起家,于1931年1月中旬成立了红一方面军总部第一个无线电队,由王诤任队长。在几次反“围剿”期间,红军各方面军又缴获了数十部国民党军队的无线电台,为红军建立中共中央无线电通信网奠定了基础。

无线电通信网的建立,使得我党、我军能够随时撒得开又收得拢,赢得了军事斗争的主动权。1931年1月,毛泽东、朱德明确指出:“无线电的工作,比任何局部的技术工作都更重要些。”

万里长征时期,力助红军出重围

“横断山,路难行……战士双脚走天下,四渡赤水出奇兵……调虎离山袭金沙,毛主席用兵真如神。”《长征组歌》生动地表现了红军长征期间机动灵活的作战风格和毛泽东用兵如神的指挥艺术。长征期间,面对敌军的围追堵截,红军之所以能屡次突出重围,其实是与无线电通信和无线电侦察工作分不开的。

1932年10月,红军长征开始后,党中央和中革军委的重大战略决策几乎都通过无线电通信及时传达到各部队。中共中央及中央红军离开遵义后,曾四渡赤水河、巧渡金沙江,摆脱了几十万国民党军队的围追堵截,就是因为红军通过截获敌人的电报,完全掌握了敌人的力量部署和行踪。正因为如此,在万里征途中,红军总能在国民党军设置的包围圈中找到空隙,成功摆脱困境。

红军长征结束后,毛泽东高度评价和赞扬负责无线电技术侦察的军委二局说:“没有二局,红军长征是不可想象的。有了二局,我们就像打着灯笼走夜路。”

抗日战争时期,编织红色通信网

1937年7月7日,卢沟桥事变发生后,中国抗日民族解放战争的帷幕从此拉开。抗战期间,我党、我军根据形势的发展及战局演变,进一步加快了红色通信网建设。

到1940年,华北各战区已有电台160余部,华中、江南各部队已有电台近60部,建立了以延安为中心的多个无线电专用网络和各级无线电通信网,初步建成以延安为中心,沟通党政军,辐射全国各部队、各根据地、游击区的无线电通信网络,完成了军委战略指挥通信体系的建立。同时,还先后选派上百名精通电报业务的骨干,到国统区和日占区各大城市党的秘密电台帮助开展工作,有力地配合了正面抗日战场的武装斗争。

鉴于无线电通信所肩负的重要使命和所发挥的重要作用,1941年10月10日,毛泽东为《通信战士》题词:“你们是科学的千里眼、顺风耳。”

解放战争时期,电报飞扬布大局

解放战争期间,不论是党中央转战陕北,还是实施具有决定意义的三大战役,无线电通信都发挥了至关重要的作用,成为党中央运筹帷幄、掌控全国战局的杀手锏。

在转战陕北的困难时期,无线电台成为中共中央、中央军委指挥前线的唯一通信工具。在险恶的形势下,中央机关一驻扎下来,毛泽东便立即通过电台和电报指挥前线作战。

在中国革命胜利的决战阶段,毛泽东在河北平山县西柏坡的一间旧民房里,用一封封电报,统筹指挥了交错推进的辽沈、平津和淮海三大战役,创造了142 天歼敌154 万人的奇迹。 据统计,毛泽东当年在西柏坡亲笔书写和口述的电报达408 份,阅读的前线电报有上千份。仅在辽沈战役期间,毛泽东共拟就77 封电报,其中指挥锦州之战的电报多达50 余封。因此, 周恩来曾感慨地说:“在西柏坡,我们不发枪,不发粮,不发人,只是天天发电报!”

电子对抗简介

电子对抗是指作战双方利用电子设备和器材所进行的电磁频谱斗争。电子对抗也称“电子战”或“电子斗争”。敌对双方利用电子技术进行的作战行动。目的是削弱、破坏敌方电子设备的使用效能,以保护己方电子设备效能得到充分发挥。包括雷达对抗、无线电通信对抗、光电对抗等。基本内容有电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗是现代战争的重要作战手段。?

随着科学技术的发展,军队的电子化程度得到迅速提高,专门用于电子对抗的飞机、舰艇、卫星,以及用来摧毁雷达等装置的反辐射导弹相继出现,使电子对抗的地位和作用大大提高,电子对抗逐渐以一种直接用于攻防的作战手段,活跃在现代化战争的舞台上。传统的陆、海、空战已发展形成了加天、电的“多维立体战”,电子对抗以一种“软杀伤”为主要特点的新战法贯穿于战争的全过程。?

电子对抗(ECM—Electronic?countermeasures),美国及北约国家称为“电子战”,俄罗斯称为“电子斗争”。电子对抗技术主要是指以专用电子设备、仪器和电子打击武器系统降低或破坏敌方电子设备的工作效能,同时保护己方电子设备效能的正常发挥。电子对抗

的基本手段是电子侦察与反侦察,电子干扰与反干扰,反辐射摧毁与反摧毁。电子对抗的主要内容包括:电子侦察、电子进攻和电子防御。?电子对抗的实质就是敌我双方为争夺电磁频谱的控制权(即制电磁权)所展开的斗争。制电磁权,如同制空权、制海权,是指在一定的时空范围内对电磁频谱的控制权。夺取了制电磁权就意味着己方能自由使用电磁频谱,不受对方的电磁威胁;同时剥夺了对方自由使用电磁频谱的权利。制电磁权有其时空性。在总体上处于相对劣势的一方,并不是一筹莫展,若科学指挥,合理集中力量,能在某一时域或地域内,夺取局部的制电磁权。?

电子对抗的范围,在频域上包括声学对抗、射频对抗和光学对抗(光电对抗)三个领域。从空间上可分地面、海上、空中、空间和水下。就使用的装备而言,可分为无线电通信对抗、雷达对抗、光电对抗和C3I系统电子对抗等技术 。

来源:领袖家人物百科

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