揭秘无线电通信的起源

从远古时代起，人类最早的所谓“无线”通信是指基于在视线距离内的烟、火、信号灯等原始工具传递信号，这些信号的发送站或接收站通常建在山顶上或者道路旁，信号以视距传递的方式传递到远方。

真正使用电磁波来传递信号则发生在19世纪后期。1886年的赫兹实验从物理学的角度证明了电磁波的存在和产生方法，虽然在实验中赫兹设计了巧妙的电磁波产生和检测装置，但实验的本意在于验证麦克斯韦的理论以及电磁波的存在，并非利用电磁波来作为通信的工具。

在赫兹实验之后，一些聪明人开始思考如何利用电磁波来传递人类社会中的信息。于是，对电磁波的研究从物理学家的手中传到了工程师和发明家的手中。

究竟谁是第一个发明无线电通信的人，这是一个颇有争议的话题。通常认为，俄罗斯人波波夫、美国人特斯拉和意大利人马可尼都是早期无线电通信的先驱。他们在不同的地点相对独立地做了大量实验工作。其中，尤其以马可尼做出的贡献最大，取得的商业成功最显著，影响也最为深远。

伽利尔摩·马可尼(Guglielmo Marconi)于1874年出生在意大利博洛尼亚(Bologna)一个富裕的家庭。由于家境富裕，少年马可尼没有去学校接受正规教育，父母专门请了一位大学教授指导马可尼自学各种科学知识。少年马可尼非常勤奋好学，他对物理学尤其是电学有着非常浓厚的兴趣，经常跑到大学的图书馆里阅读电磁学的各种书籍，其中自然也包括赫兹、法拉第、麦克斯韦等人的著作。他还在自己家阁楼的小实验室里动手做了很多电磁学方面的实验(图1-14)。

图1-14 马可尼和他的无线电收发装置

1.发明无线电报

1894年马可尼听说了赫兹电磁波实验。赫兹实验清楚地表明了电磁波的存在，并且可以光速在空中传播到远方。当时人们构想，也许人类利用这种波可以向远方发送信息。马可尼对此也非常感兴趣，基于赫兹实验，他自己设计并制作了发射机和接收检测装置，开始了利用电磁波传输信息的实验。

经过反复实验，马可尼取得了很大进展。他找了一块大铁板，作为电磁波发射的天线，把另一块铁板作为接收机的天线高挂在远处的一棵大树上，以增加接收电磁波的能力。他还自己动手改进了当时的金属粉末检波器，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。这样接收侧的电磁波检测灵敏度获得了很大的提高。

1895年，马可尼在自己家的庄园里成功地进行了第一次无线电通信的实验。当远处的助手把发射端电路开关合上时，电路产生振荡进而发送无线电波，他守候着的接收机成功地接收到了信号，电路中的电流驱动了相连的电铃发出铃声。这次实验成功地把无线电信号发送了1.5英里(约2.4 km)的距离。(注：百度百科马可尼)

马可尼发明的无线电装置外形如图1-15所示。马可尼无线电实验的发射机和接收机原理如图1-16所示。

图1-15 马可尼在1895年设计的电报发射机原型

图1-16 马可尼无线电实验的发射机和接收机原理图

1896年马可尼携带他的无线电装置来到了英国，申请并取得了世界上第一个无线电报系统的专利。接下来，他在英国各地成功地演示了他的无线通信装置。1897年7月，马可尼注册并成立了“无线电报及电信有限公司”，即后来著名的“马可尼无线电报有限公司”。

此后，马可尼领导他的公司不断地改进他的无线电路和天线的设计，以增加通信的距离。到1899年，马可尼的公司成功地实现了跨越英吉利海峡的无线电通信，连接了英、法两个国家。

1901年12月，马可尼成功地使用无线电波实现了英格兰康沃尔郡的波特休到加拿大纽芬兰省的圣约翰斯之间的通信，此次通信跨越了整个大西洋，距离达到2 100英里(约3 381 km)。这次实验还首次证明了无线电波可以超越视距传输，并能克服地球表面弯曲的影响(也就是无线电波在长波波段的绕射现象)。

马可尼公司在1901年建造的位于Poldhu的无线电报基站如图1-17所示，后用于跨越大西洋通信实验。

图1-17 马可尼公司在1901年建造的位于Poldhu的无线电报基站

无线电报发明后受到了很多关注。1909年，一艘叫共和国号的汽船在大西洋上由于碰撞遭到毁坏而沉入海底，由于使用了无线电发报求救，船上多数人得以获救。

1910年，马可尼因其在无线电通信方面的贡献而获得诺贝尔物理学奖。(www.xing528.com)

1902年马可尼无线电报有限公司位于爱尔兰都柏林的电台站点如图1-18所示。

图1-18 1902年马可尼无线电报有限公司位于爱尔兰都柏林的电台站点

马可尼去世于1937年7月。他为无线电通信做出了十分重要的开创性贡献，他的马可尼无线电报有限公司也取得了非常大的商业成功。

当然，在无线电通信的早期发展中，还有其他一些先驱者也做出过很大的贡献，其中值得一提的是俄罗斯人波波夫和美国人特斯拉。

2.波波夫

俄罗斯物理学家亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫(Alexander Stepanovich Popov)是俄罗斯海军鱼雷学校的电子学教师和实验室主任，他研究了赫兹的实验，并改进了检测器(coherer)的设计，以增加检测电磁波的灵敏度，从而增加电磁波的传送距离。1895年5月7日，波波夫在俄罗斯物理化学学会展示了他的无线电发明，这一天后来在俄罗斯成为无线电日并予以庆祝。此后，他设计的通信装置发送信号的距离达到了10 km远。他还发明了一个装置，用于检测闪电的发生，这个装置被证明可以检测30 km范围内的雷电，可供森林防火之用。后来，波波夫成为圣彼得堡电子工程学院的教授。虽然名气远不如马可尼，但是他确实独立于马可尼做了不少成功的早期无线电通信的实验。

3.特斯拉

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)是塞尔维亚裔美国科学家，以发明交流发电机和三相电力传输系统而闻名。在赫兹实验后不久，特斯拉就产生了设计无线电通信装置的想法。1891年，特斯拉发明了可用于发射和接收电磁波的特斯拉线圈，并申请了美国专利。但是在1895年，正当他准备在纽约州的西点进行一次实验时，一场意外的大火烧毁了特斯拉的实验室，破坏了他的实验计划。1898年，特斯拉还发明了一种无线电遥控装置，可以用来遥控一艘船，他希望能卖给海军用来遥控鱼雷的运动轨迹。在1960年巴黎召开的国际计量大会上，为了纪念特斯拉在电磁学领域做出的重要贡献，用他的名字命名了磁通量密度的国际单位。美国人埃隆·马斯克(Elon Musk)所创立的电动汽车品牌也是以特斯拉命名的。

图1-19所示是尼古拉·特斯拉在他的实验室里，旁边是他发明的巨型电磁发射装置。

图1-19 尼古拉·特斯拉在他的实验室里

有一些人认为，特斯拉才是真正的无线电通信的发明人。马可尼在商业上取得了很大的成功，但是他的贡献更多的是在于工程上的改进和商业上的推广。特斯拉则构想了很多原创的好主意，并且很多时候都会通过数学和物理方法予以原理上的分析证明。

在美国，特斯拉和马可尼因为无线电通信的专利进行了旷日持久的争夺战。直到两人都过世后，美国最高法院才最终判决把无线电通信的发明权授予特斯拉。

到今天，无线电通信的发明权究竟是谁的似乎已不那么重要，因为它其实是很多人共同努力的结果，不论是马可尼、特斯拉，还是波波夫，都既有他们自己原创的想法，也有很多工作是基于别人的成果之上所做的改进，用牛顿的话说，都是“站在巨人的肩膀上”。除了他们3位，还有一些其他的无线电先驱者做了很大的贡献，如法国人Edouard Branly发明了电磁波检测器(即在玻璃管中加入金属粉末，用于检测电磁波的装置，当有电磁波出现时，金属粉末会黏合在一起，从而导通线路中的电流)，这是世界上第一个真正实用的无线电波检测器。如果没有它，在当时的条件下，较远距离的无线电通信根本无法实现。

正是在这些先驱者们所做工作的基础上，人类在20世纪初正式进入了无线电通信大发展的时代。