19世纪末为快速开发的商业无线电和建立业余无线电基础提供了舞台,那里有为数众多的无线电技术早期贡献者,如伟大的奥斯特、安培、法拉弟、亨利等等。然而,真正的转折是1873年苏格兰人J.C.麦克斯韦尔(不在本文叙述中)的有争议的工作,他提出了电磁场理论,是那个被后来者深爱而传遍全球的杰出方程的创始人。 (Heaviside对麦克斯韦尔方程也做出了较大的贡献,但是那的另一个故事。) 他以前的那些人,特别是法拉弟,很大地影响了Maxwell的工作,但是许多MAxwell的同代人确信他的新的理论是正确的。它将以没有比rock-solid更小的实验来打破那些怀疑之墙。德国物理学家H.赫兹不只是这些,他于1880年未在对根据麦氏方程所预言的电磁波的发生、检测及其属性的测量中进行了一系列着名的实验。赫兹,虽然,除了对知识分子对他们的发现的挑战之外那些波并没有特定的兴趣,但他的发现终究被应用于人类无线电的开发。比赛在继续。 比赛的参加者之一、发展了无线电的是年青的意大利人G.马可尼. 他是一个对物理学和电的科学有极强的兴趣的男孩。他在学校里学习的主科和后来可能成名的是电磁波在通信中的应用,1894年,他开始了这个项目的认真的工作。二年后他在英格兰做出了一个可用的无线电装置。在一次表演中,马可尼当着英国官员的面,进行了距离超过2英里的无线电通信。这在当时是一个令人惊讶的伟绩,并从此启动了马可尼的职业生涯。后来呢,就象拉旧锯条那样,都是历史了。 谁是第一个业余无线电操作员? 我们可能无法知道。有些人说就是马可尼。马可尼一生贯穿着对业余无线电的狂热,并在内心也考虑自己是一个业余爱好者。尽管如此,他还是选择了将他的生命奉献给无线电通信市场的竞争;他始终没有像一名业余无线电家那样获取执照和操作。 前面说过了,我们可能无法弄清究竟谁第一个进行了业余无线电操作,但英国人L.密勒确实是这项荣誉的有力竞争者。 L.密勒在业余无线电历史上有其牢固的地位是因为是他第一个公布了他的简单业余无线电收信和发信装置。他的文章刊登在1898年一月在伦敦发行的《模型工程师和业余电工》。他的读者把这篇文章牢记在心。1898年三月出版的"E.A."写道,他有一个2英寸火花线圈和三个黄铜球,但没有结构方面的细节。 (而这种三个黄铜球被认为是受了密勒公布的三个发信装置之一的影响。)一些美国人紧随其后,在1899年七月的美国电工杂志上对这个题目发表了不少于三封来信。兴趣的爆炸发生在后面的十年里,但是19世纪缩短了业余无线电和我们的距离。 二十世纪第一个十年:开端 作为20世纪的开端,商业得到快速发展。1901,马可尼用大功率和庞大的天线实现了跨越大西洋的无线电通信。业余爱好者运用他们的先进设备继续进行改进和实验,1902年六月的波士顿杂志“业余爱好者工作”中刊有介绍其详细构造的文章。从那里可以清楚地看到许多当时就已发现的技巧直到今天业余爱好者们还在继续运用:如文章中所说的平衡馈线。 这些早期发射机完全利用电容间隙放电产生振荡火花。这些早期火花发送器能生产无线电频率,但自然是频带宽、制造困难,并且是两个邻居通常不能同时发信。收信机是简单的检波器,一般是金属粉末检波器,后来出现了更灵敏的矿石检波器。 那时候当然还没有规则,业余爱好者的呼号由自己确定,经常是用操作员名字的缩写。 1904年,当英国人J.A.弗莱明发明了第一个真空二极管“弗莱明真空管”时,一个暗示将来发展的机遇出现了。1906年,L.德福斯特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,但对大多数业余爱好者来说则太昂贵了。直至几年后它才被用于射频发生。同时,矿石接收机和火花发射机的频道也有了规定. 二十世纪十年代--规则 在1900年早期,业余电台的发射范围最初只局限于院子里,接着发展到街区。随着功率的增大和技术的进步,到了1912年设计精良的1000瓦(火花)电台的发射范围几乎达到 100英里。那些有较大功率的电台可以工作好几百英里。大功率通常意味着更多的乾扰,因此建立规则的呼声越来越强烈。 实际上,国会从1910年就开始调查有关无线电的问题。1912年,经过对十几个不同议案的评估,国会最终通过了无线电法案。从而使无线电爱好者第一次得到认可。法案同时有一个起先几乎令业余无线电于死路的规定:爱好者被限制只能工作于200米波段。在那个时期人们普遍认为长波可改进远距离通信。而200米波长的 “短波”被认为无用,有些人甚至期望无线电爱好者都拥挤在这无用的波段,最终放弃无线电爱好转而追求其他爱好。 但阴谋并没有得逞,虽然在1921年无线电法案实施后爱好者的人数有所下降,但很快美国的业余无线电开始逐步壮大,到1917年,在空中的无线电爱好者已经超过6000人。 许多爱好者通过其他爱好者相互接力转播延伸有效的通信范围。在美国康涅狄格州首府哈特福德呼号为1WH, 后为1AW的爱好者Hiram Percy Maxim认识到如果将接力转播的电台组织起来,消息可以被更可靠地进行长距离的传送。在1914年,美国无线电联盟诞生了,接着在1915年开始发行 QST杂志。今天呼号“1WH”和“1AW”看起来有点奇怪,但在业余无线电早期却很普通。1913年商业部为爱好者的字母呼号制定规则,但是却没有定义和需要前缀。直到20年代中期和晚期才出现前缀。 大约在相同的时间内,一项无线电收信技术的奇迹问世。1913年纽约业余无线电爱好者Edwin H. Armstrong发明了用电子管工作的再生接受机,到了1915年,这项技术的知识已经得到广泛普及。这种新型收信机比那时的晶体检波的灵敏度更高。虽然那时电子管的价格很昂贵,不少爱好者开始用Armstrong的设计进行实验。 1914年在欧洲爆发了第一次世界大战。到 1917年,美国卷入其中,所有的业余无线电爱好者停止活动。事实上,业余无线电爱好者们组成了以Hiram Percy Maxim为中坚的培训无线电操作员的联合体当时令人注目,并有约4000爱好者服役,最终为国家服务。单词“服务”在这里非常重要,它强调业余无线电的一个重要的作用——为公众和国家服务。 战争最终在1918年11月11日结束,经过较量,海军控制了全美国的无线电。随着军人爱好者的转役,他们期望海军废除1917年的关闭业余无线电的命令,但没有成功。海军部长拒绝爱好者重返天空。美国业余无线电的未来再一次扑朔迷离。 海军似乎决心继续控制所有无线电服务,甚至在和平时期,业余无线电表面上也不在他们允许的无线电服务的名单上。支持海军的观点甚至要被写入立法中。美国业余无线电联盟和其他反对者奋力反对国会的做法,并呼吁所有的爱好者以及他们的家属向他们的议员写信抗议。政治上的压力影响了没有表决的立法,但海军部长仍然拒绝让业余无线电爱好者重返天空。最后,麻萨诸塞州的代表William S. Greene听到呼声,并在议院表决上说情,指示海军结束对爱好者的禁令。海军服从了命令,僵局被打破,美国业余无线电在1919年11月重新开始活动。这段插曲被作为用上千名爱好者集体的力量来解决困难的典范被写入课本。 二十年代——发现时代 随着国家进入二十年代,爱好者又在200米波段上安营扎寨。美国无线电联盟的网络工作的记录不断被打破,给人印象最深的是在1921年初,有一段报文被康涅狄格州的1AW Hiram Precy Maxim 传到加利福尼亚州的6JD V.M. Bitz,6.5分钟后就收到了回电,一次往返回路。 短短的几年内,一些爱好者预言的在业余无线电中发生的革命性的变化就得到应验。如果有人需要指出产生巨变的最重要的原因的话,那就是电子管以及伴随爱好者的永无止境的对新事物的追求。 到了20年代,电子管的价格开始回落,这使利用Armstrong灵敏再生电路设计收信机进入高潮,这个发展导致火花电台的传播范围得到增强,这个技术能检测到原来无法检测的微弱信。一些高级别的爱好者对Armstrong和法国人Lucien Levy在战争期间发明的超外差式收信机进行实验。越来越多的爱好者在他们的收发信机中使用电子管,产生均衡的连续波信号(CW),CW信号频带窄,几乎只有火花信号的1%,降低了乾扰,增加了在同一时间内在空中同时工作的电台的数量。 随着业余电台发射范围的增加,DX——远距离通信才成为现实。1921年进行了大西洋彼岸的收信实验,看小功率的业余无线电信号能否穿越大西洋。实验最终证实了电波穿越大西洋的可行性,同时最后也显示出CW等幅报比话更具有优越性。到1923年,欧洲和北美之间的通信仅剩下时间的问题了。经过精心准备和辛勤的劳动,最终于1923年11月27日法国的电台8AB和美国康涅狄格州的爱好者Fred Schnell, 1MO以及John Reinartz, 1XAL在特别授权使用的110米波段上用CW成功地进行了联络。实验一直持续,到1924年后期,英国和新西兰之间的爱好者也成功地进行了通信联络,几乎绕地球一半。在1926年,Brandon Wentworth, 6OI用设在加利福尼亚地斯坦福大学的草坪上的电台几乎和所有大陆的电台进行过联络并得到确认,被尊称为是DX-远距离通信的权威。次年便出现了永盛不衰的ARRL DX-contest国际远距离通信比赛的前生-ARRL 业余无线电传播联盟。 在二十年代中期,通过业余无线电爱好者自己大量地测量,短波的价值已完全被政府和商业实体所公认。二十年代末,空旷的波段空间时代已一去不复返,而业余无线电爱好者被调整到169米到5米波段外加狭窄的400MHz。 二十年代还有两个事件值得一提:第一件是以代表世界范围内的业余无线电团体而成立的业余无线电国际业余无线电联盟(IARL)。至今IARU仍然一个专一的代表国际无线电的组织。第二件是由于商业部控制而造成的美国广播行业的混乱,国会于1927年通过了无线电法案并成立了FRC——联邦无线电委员会。 二十世纪三十年代——成长 业余无线电进入三十年代,火花电台已成为过去,所有的爱好者都使用电子管的收发信机,话不如等幅报普及,但已经逐渐流行。在早几年,日本教授Hidetsugu Yagi研究偶极天线阵排列进行微波定向传播。到三十年代,这种设计被运用到短波上,一些爱好者用这种新发明的YAGI天线(即八木天线)进行实验,他们既用导线又用金属元件,但通常用木制支架支撑。一些技术丰富的爱好者继续在5米和更高的波段上做通信试验。 ARRL奖金赛创立于1930年,1933年设立了ARRL “户外日”,而ARRL DX比赛仍然是远距离通信爱好者最受欢迎的比赛。 几乎在不引人注目的同时,Robert M. Moore, W6DEI 于1933年九月和十月间在洛杉矶出版了由三部分内容组成的《R/9》杂志,发表了关于“业余无线电话单边带发射”的文章。Moor 记述了他和其他爱好者通过实验并已在空中实际发射的单边带系统。但文章并没有产生引起很多的兴趣,直到1947年新的实验在业余频段上进行。 1927年的无线电法案仅仅持续了七年,1934年国会通过了通信法。法案没有立即对无线电爱好者产生影响,只是从此爱好者的活动受FCC限制,并一直延续至今。 Hiram Percy Maxim,一位资深爱好者,ARRL和IARU的创始人之一,于1936年谢世。他是集众多才能于一身的杰出人物:领导者、作家、摄影家、工程师、企业家,业余无线电从此失去了一位朋友。 对DX的兴趣持续高涨,1937年,在大范围地讨论了究竟什么是“country(国家)”后,ARRL宣布了DXCC计划。但对究竟什么样的实体能荣获DXCC的殊荣的疑问一直持续到63年后的今天。 1939年9月,战争再次在欧洲爆发。多数欧洲国家的业余电台停止了活动。多数英联邦国家也离开了业余无线电,包括加拿大。美国的爱好者继续活动,虽然DX电台从电波中消失,但西海岸杂志《无线电》仍然宣布他们第一年的DX比赛于1939年举行。 四十年代——战争与和平 四十年代美国的爱好者在空中仍然相当活跃,但远距离通信已成为过去。1940年,美国FCC下令禁止美国的无线电爱好者跟国外的电台通信。美国FCC还规定除“户外日”和“业余无线电突发事件组织”以外,禁止移动电台在56Mhz以下工作。 1941年12月7日发生美国珍珠港被袭事件,美国突然进入战争状态。虽然那些既有技术又有无线电操作技巧的“战争突发事件无线电服务组织”成员在 112M上训练,但美国业余无线电活动还是立即停止了活动。作为参与者,“战争突发事件无线电服务组织”的工作是非常重要而且非常严肃的,但缺乏作为普通爱好者的随心所欲的快乐。 战争刚开始时,大约有六万美国人拥有执照。有近两万五千人在二战中为武装部队工作。其余两万五千人在重要的战争工业或者作为教师在军事学校工作。 与第一次世界大战不同的是,ARRL在战争中开放商业通信。《QST》继续坚持发行,但由于战争期间纸张定量供应,所以杂志的页数比以前减少。ARRL的出版对军事和民间的培训内容较多,1942年最受欢迎的国防专刊Handbook(无线电手册)出版发行。 1945年初,已预示着战争即将结束,纽约的一些爱好者们确信和平即将到来,随着战争的结束,业余无线电的春天即将到来。他们于1945年1月出版了一本新的杂志——《CQ》。同年敌人在8月17日战败,仅仅四天后,业余无线电爱好者就在VHF上出现,到1946年夏天,从3.5到30 MHz,所有的业余波段全部开放,以前的5到2.5米波段被6到2米波段所代替。短波远距离通信有活跃起来,DXCC计划重新开始。令对VHF和UHF钟情的爱好者兴奋的是由于军用品过剩,使其价格大大降低。 当然短波爱好者们也大有所获,过剩的发信机、收信机、大功率管、零部件,几乎所有渴望得到的东西都能够从当地的剩余物商业中心友好地获得。剩余的机器也推动了对爱好者们来说,一种新的发信模式RTTY(无线电传)方式。在战争期间,一些爱好者曾经在军队中使用过RTTY,战争结束后,全国的过剩的机器很快消失,并出现在爱好者们的工作室中。 正当爱好者们高兴地重返空中,公众们也欢欣地购买电视机,对爱好者们地一个重大的威胁电视乾扰随之而来,可怕的TVI。TVI的问题随着时间的推移逐步减少,但从来没有彻底解决。对家庭电器的乾扰以及家庭电器产生的乾扰至今仍困绕着我们,但远没有令人沮丧的50年代的TVI那样严重。 还记得 1933年在《R/9》杂志发表的“单边带技”术吗?很多人尝试过。1947年9月,Mike Villard, W6QYT和一群学生爱好者在斯坦福大学开始SSB的实验。在SSB以前的十年中,波段上出现的是(AM)双边带的调幅话。除了相当少数狂热的AM爱好者,SSB已最终已取而代之。这些AM爱好者非常简单的原因是喜欢操作旧设备以及喜欢AM发信机的那种调制极好的声音。 50年代——常态 五十年代初,在1951年,由于宣布业余无线电执照的结构调整而使业余无线电受到冲击。FCC宣布业余无线电的执照由初级、技师级和特级组成,连同旧的 A类、B类和C类分别改为高级、普通级和有条件级。初级的执照为期一年,不可更新,在两个短波部分波段上享有使用CW的权利,在两米波段的部分波段上享有使用“话”的权利。技师级是应那些强烈要求在220MHz以上的VHF和HF进行实验,而没有参加每分钟13个字数的测试的爱好者设立的。这两种新的执照要求通过每分钟5个字数的测试。如果从新爱好者的数量来看,新执照的划分取得了巨大的成功。 在几乎不到一年之后,即1952年12月,FCC再一次改变执照的设置结构,不再注册新的高级执照,并撤消了高级和特级执照再短波“话”上的特权。而初级和技师级执照的权利保持不变,技师级最终获得了6米和2米的通信权利。 其间,一项技术革命逐渐发生,人们开始使用被称为晶体管的材料,关于晶体管设备的文章也出现在业余无线电爱好者的杂志上。就像20年代使用“火花”设备的爱好者认识电子管那样,现在电子管使用者不得不去学习晶体管知识了。 60年代——激励性的特许制度 60年代是业余无线电界令人振奋的时代。这个十年中带来了月面反射通信、奥斯卡通信卫星和调频中继通信技术,而60年代将永远令人难忘的不是激动人心的技术成就,而是激励性的特许制度。 追溯到1952年,FCC取消了爱好者在短波上的激励性的特许制度;普通级、高级和特级执照给予同样的权利。随着时间的推移,许多爱好者相信,对于他们中间那些拥有高级别的执照的爱好者缺少通信的特权妨碍技术的发展。结果在数月后的QST杂志和其他杂志、在俱乐部的小报上、在会议中、在空中等都出现了对这一问题的争论,ARRL请求FCC恢复爱好者激励性的特权。1963年文件归档,请求恢复高级执照的特权,对高级和特级没有提出新的特权许可,但提出取消对普通执照的在80米、40米、20米和15米上“话”的权利。自从50年代创立初级和技术级执照以来,美国无线电爱好者队伍以每年8%到 10%的速度增长,一旦争论开始,增长的速率将急剧下降。 争论一直继续到1967年,FCC宣布他的决定:恢复激励性的执照特权。80米、40米、20米、15米和6米波段的低波段留出给特级和高级执照拥有者,这些低波段从普通级爱好者的使用范围中撤出。只要说大多数普通级爱好者非常不悦就足够了。 1967年以后,放宽了初级和技师级执照权利,扩充了短波“话”的波段,修改了对高级和特级执照独占低波段的细节。虽然如此,由FCC于1967年决定的详细的波段安排一直沿用至今。33年后的今天,仍有人对于60年代的激励性特权的辩论的结果怀恨在心。 激励性特许制度决不是60年代唯一主要的事件。比如,1960年7月,第一次在1296MHz上通过月亮反射的双向通信在麻萨诸塞州实现、发生在 W1BU和充当先锋的W1FZJ之间,以及由W6HB领导的加利福尼亚州的Eimac无线电俱乐部。仅仅1年多的时间后,业余无线电以OSCAR卫星飞跃进入太空。这是由至今闻名于世的硅谷地区的无线电爱好者智慧的结晶。他们计划发射3颗小卫星,然后将指挥权传给AMSAT-马里兰州基地的业余卫星组织,该组织至今仍是美国最重要的业余无线电卫星研究组织。60年代第一次出现了业余调频中继,注定改变了 2米波可利用的特性。 七十年代——中继通讯和分组数据交换通信(Packet radio)时代 七十年代最令人难忘的是调频中继的十年。并不是因为七十年代发明了调频中继,其实很早以前就发明了调频中继。而是在这十年中,业余调频中继在VHF和UHF波段上腾飞然后逐步扩展到2米、1.25米和70厘米波段。 业余调频中继的革命可以追溯到很久以前。1939年中继就被使用在5米波段上,但从本质上说那时尚处于实验状态,而从没有获得广泛流行。到1950年调幅中继开始出现,分散全国。从此中继的想法开始流行。 商业上调频中继系统的成功大大推动了业余调频中继。第二次世界大战后商业使用者发现调频网络对运动使用者的价值。1950年,制造商大量生产满足这一设想的设备。随着新系统的流行,频道出现拥塞现象。为了减轻拥塞现象,FCC最后要求商业使用者压缩他们频宽,商业使用者不得不照办,结果到1960年,商业使用者认为的过时,但其实完全有用的设备在市场上大量过剩。这些设备的频率靠近业余频段的6米和2米以及70厘米,很容易就转换成业余无线电爱好者们能使用的设备。由于增加建立业余调频中继,大量改制后的商业设备、低成本的移动和手提设备需求的增加,同时满足了国内、国外制造商们。业余调频中继进入繁荣的世纪。 随着中继系统贯穿全美,一种新的革命在静静地进行之中。感谢我们加拿大无线电爱好者朋友们的早期工作。这项革命基于数字计算机,它深深吸引了东方技术派爱好者。加拿大的实验者们的分组数据交换通信技术实验始于1978年。到1979年,Doug Lockhart, VE7APU已经开始向供爱好者们提供套件。套件很快畅销,在七十年代末分组数据交换通信出现了淘金热。可惜ASII码不在FCC允许的规则之内,所以尽管实验继续进行,美国法律上不允许本国爱好者间或和加拿大爱好者间进行这种方式的通信。 另外一件重大的事件发生在1979年日内瓦的世界无线电管理会议上。在会议的最后,经过美国代表团的游说,为爱好者们增加了三个新的频段,即10MHz、18MHz和24MHz。 八十年代——空间和分组数据交换无线电 1980年3月,FCC最终允许在美国使用ASCII码。这和个人电脑突然增长的现象相符合,并点燃了业余无线电爱好者对分组数据交换通信和其他数据通信的狂热追求。在华盛顿特区的业余无线电研究和开发公司的成员为核心代表着一伙对分组数据交换通信的狂热者。他们和AMSAT合作负责第一次ARRL业余无线电计算机网络会议。从西部向外,图桑和亚利桑那州成立了TAPR(图桑业余分组数据交换无线电通信组织)。在TAPR组织进行生产终端节点控制器,为分组数据交换通信的发展推波助澜。 数字通信在短波上也蓬勃发展。1982年,Peter Martinez, G3PLX,结合SITOR协议,将计算机用于短波通信,创造了AMTOR——第一个业余短波数字通信,并提供自动纠错的通信方式。 其间,令爱好者们激动的是于1983年爱好者Owen Garriott,W5LFL,作为宇航员乘航天飞机进入太空。Garriott 携带了一个2米的设备,从空间进行了近300次的联络。从此每次航天飞行中都包含业余无线电爱好者。在近期的SAREX计划(航天飞机业余无线电实验), Roy Neal,K6EDU打头阵,开始帮助全球的学生了解奇妙的宇宙和空间计划。同时有益于新的热心者和新的业余无线电爱好者。 在规程方面,1984年着手进行非常成功的义务考试协调计划。另外有FCC发布PRB-1法令,提供对无线电爱好者的保护。 最后,但同样重要的是,在1989年的7月,在ARRL一致投票通过了FCC的请求,设立30MHz以上无需通过莫尔斯电码技能考试的执照。许多人认为无电码的时代到了。 九十年代——无需电码执照和数字通信革命 尽管对持技师级和初级执照的爱好者的摩尔斯电码速度的要求只是每分钟5个字码,但摩尔斯电码仍然阻碍了许多潜在的业余无线电爱好者。他们可能指出在全世界范围内,在军事和商业通信中摩尔斯电码的作用正在缩小。随后在业余无线电界的激烈的争论使ARRL提出一个新的建议,设立30MHz以上一个无需电码要求的技师级的执照。 1991年FCC同意这个建议,业余无线电活动再次活跃。在90年代末,美国持有执照的业余无线电爱好者达700 ,000人。但有人预测,业余无线电将走向厄运。“无电码学院”在空中诞生,设立中转,加入俱乐部和紧急救援组织,建立领导地位。 接着便出现了因特网,在短短的几年内戏剧性地改变了世界。在九十年代初,就有博学者预言我们将进入通信革命的新纪元。 当我们即将离开九十年代之际,博学者们早期的预言得到证实。谁能相信仅仅几年,拨打全美国的电话每分钟就只需要5美分,而拨打英国的电话也只是这个价格的两倍?谁能相信万维网的出现改变了商业中几乎一个世纪或更长时间的模式?所有这些都是对业余无线电活动的挑战。电脑和因特网的魅力吸引了无数年轻人,以前从事无线电活动的人从技术上来说也很容易掌握。这些现象导致这样的预言:业余无线电走向末日,取而代之的是电脑特别是因特网。爱好者似乎接受这个事实。今天大多数ARRL的成员使用因特网。DXer使用信息包和网络基础配置网络工作,自动位置报告系统(APRS)利用因特网进行远距离传递。爱好者被电脑空间紧紧地包围,利用网络交换信息和软件,爱好者在Ebay等网络中买卖过剩的设备,讨论新闻组中讨论。 令人激动的短波PSK31数字通信方式的实用软件在网络中免费获得,使之推波助澜。远征爱好者在联络之后很短的时间内,甚至在偏远的地方,就可以通过网络公布LOG(电台日记)。这当然要感谢业余卫星以及PACTOR和COLBER短波数字通讯技术。 电脑也使业余无线电进入通信实验的新天地,例如,将电脑和电台连接在一起,可以做出很多年前无法想象的数字技术的通信实验。TAPR就是一个积极努力的结果,例如,最终将提供传播电磁波谱的装置等。很显然那种因特网对业余无线电的“威胁”的说法是有些夸张的。相反,电脑和因特网使业余无线电内容更加丰富,更加有趣,比以前更加引人入胜。 在20世纪结束之际,ARRL和FCC都再一次提出改变美国业余无线电爱好者的执照结构。在 ARRL提议中最有争议的内容就是降低对短波执照摩尔斯电码考试的速度要求。在这篇文章撰写之际,FCC已答复了ARRL的提议,在众多的内容中没有看到反对的意见。如果这一建议得到实施,那么美国的业余无线电将走向一条新的道路,但这并不是一条平坦的道路,是一条向前的有坡度的道路,但决不是下坡路。 ******************************************************************************************************************* 无线通信与天然磁石——来自中国的伟大启迪(约前240-1590)静电——英国医生的发现(1591-1776)
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。
测量电与磁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。这好像一对陌生的俊男靓女第一次通过QQ互致问候一样平常,但却没有人知道他们是否会成为恋人,彼此心心相惜。
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。 电生磁的奠基人(1782-1820)
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。
电流磁效应实验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——黎明前的最后一刻(1821-1855)
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”。
电磁波来了(1855-1888)这位帅哥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。
《电磁场的动力学理论》封面麦克斯韦于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。 《电磁学通论》封面据此,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。 赫兹 (1857-1894)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。 赫兹实验的原理图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。
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”。
一年后的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。
马可尼 (1874-1937)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。 二级检波管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。 马可尼检测电波的原理图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!
马可尼正在电报机前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。一年后的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。 群策群力——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。
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。四年后的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。 无线电大发展,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。
早期军用电台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。直到今天,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。
红军所使用的电台不久以后,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。 不断接力,闪亮登场,覆盖全球(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。
卫星中继通信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。
我国微波干线中继网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,中国的回归(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。
3G标志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。 CRH3型高速列车在这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。是的,就是这样! 未来(2010- )历史总是在你并不经意的时候就被创造了出来。无线电的发展,在迈向数字化、宽带化的道路上以后,最终会成为网络融合的先行者和智能网络的见证者么?没有人知道那一天会在什么时候到来,但它一定会到来!
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