03 無線電通信和真空管收音機

無線電通信是20世紀初電子技術發展的動力。19世紀，人類發明了有線電報，這是人類第一次利用電訊號作為通信媒介的嘗試。有線電報在效率和準確性上遠遠超過了以往的郵件通信。有線電報有兩項意義非凡的創新，第一是利用了電訊號，其傳播速度極快；第二是編碼技術，即把英文的26個字母利用點、橫來進行編碼，其實這就是最初的二進制。

19世紀下半葉，電磁波的發現為無線電通信提供了物理基礎。從此，人類開始以光速來進行信息交流。與此同時，由于大量電子元器件的不斷發明，開啟了人類電氣化時代的到來。

無線電報的發端

1844年，美國畫家莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse）發明了電報和莫爾斯電碼，將人類遠程通信推向新的領域。使用莫爾斯電報工作時必須要有導線連接兩端的收發報機，這就是有線電報通信（見圖3-1）。今天，我們的遠程通信使用的是以電磁波為媒介的無線電通信。

1888年，德國科學家赫茲（Heinrich Hertz）發現了由英國科學家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）預言存在的無線電波。

1890年，法國科學家愛德華·布蘭利（édouard Branly）在重復赫茲實驗時探測到電磁波通過金屬粉末（銅、鐵或鋁屑）時，其導電率大增的現象。他把金屬粉末裝入玻璃管，再在兩頭各引出一根電極。布蘭利利用這個檢波器把探測距離增大到了140米。

1894年，英國的羅基爵士（Sir Oliver Joseph Lodge）改進了布蘭利的檢波器，使遠程探測和接收電磁波成為可能。

1895年夏，一位意大利地主的兒子，年僅21歲的馬可尼在他父親的莊園里，成功地實現了1.7千米的無線電報通信。后來，馬可尼又用加格迪許·波斯（Jagadish Chandra Bose）發明的無線電接收器設計方法改進了他的無線電報接收器。1896年，馬可尼做了10～20千米的無線電通信演示，并為他的無線電報申請了專利（見圖3-2）。

1894年，俄國物理學家波波夫（Alexander Stepanovitch Popov）改良了粉末檢波器，并通過高架導線，記錄了大氣放電現象。1895年5月7日，波波夫在俄國科學院物理學部年會上演示了他的“雷暴指示器”。

1896年，波波夫在兩幢相距250米的大樓之間表演了無線電通信。

1897年，波波夫制作了軍艦與陸地間的無線通信設備，無線電報被普遍認可。

1898年，馬可尼的無線電報首次應用于商業性通信。

1899年，波波夫將無線電通信用于軍事，建立了方圓40千米的無線電通信網絡。

1900年，馬可尼正式取得由線圈和可變電容器組成的調諧回路專利權，調諧回路被廣泛地應用到各類無線電通信設備上。

1901年，馬可尼用10千瓦的火花式發報機，完成了大西洋間的無線電通信。馬可尼因此獲得了1909年度的諾貝爾物理學獎。

馬可尼很有商業頭腦，他很快就成立了世界上第一家收音機工廠并獲得了專利權。盡管有人批評他制造的收音機，只是結合了其他人的發明——赫茲的線圈天線、羅基的調諧器及接收器、尼古拉·特斯拉（Nikola Telsa）的火花器。但不可否認，馬可尼在無線電通信設備的實際應用方面貢獻非常突出。

無線電廣播的發端

1900年，出生于美國緬因州波特蘭市的無線電先驅格林利夫·皮卡德（Greenleaf Whittier Pickard）發明了最早的收音機——礦石收音機（見圖3-3）。礦石收音機由天線、地線及基本調諧回路和礦石做的檢波器組成的沒有放大電路的無源收音機，是最簡單的無線電接收裝置，主要用于中波公眾無線電廣播的接收。

礦石收音機無須電源，結構簡單，深受無線電愛好者的青睞。但它只能供一人收聽，接收性能比較差，在客觀上制約了無線電廣播的普及和發展。

盡管礦石收音機有很多缺點，但是它宣告了人類通信史上的一個嶄新時代的到來。很快，收音機就成了人們的日常消費品進入了千家萬戶的的普通家庭。礦石收音機是一個簡單的無線電接收機，由長導線天線、用于選擇信號頻率的調諧器和由二極管解調器構成的檢波器組成，礦石收音機的最大特點是不需要任何電源就能工作，這一特點讓其在那個電力不算普及的年代獲得了極大的優勢。即使在一戰后，真空管收音機已經開始普及，礦石收音機依舊很流行，尤其是在業余初級無線電愛好者和學生中。他們通過制作礦石收音機來學習基本的電子和通信知識。

1906年12月24日，加拿大發明家費森登（Fessenden）在美國馬薩諸塞州的布蘭特羅克鎮的國家電器公司（National Electric Company）128米高的無線電塔上進行了一次無線電廣播。廣播節目是讀《圣經》中有關耶穌降生的故事，另外還配有小提琴演奏曲。在演播前，費森登在報紙上進行了預告，并發出無線電報，通告報界和大西洋上的來往船只。那天晚上，大西洋上船只的無線電發報員聽到了小提琴和一位男子朗讀圣經的聲音。這是世界上第一次成功的無線電傳聲實驗，被公認為是無線電廣播誕生的標志，費森登也因此被稱為無線電廣播之父（見圖3-4）。

費森登雖然最早實現了無線電廣播，但因受限于當時的技術，無線廣播很不穩定，信息傳送的距離也不遠，沒能實現大規模應用。在費森登第一次實現無線電廣播的同年，福雷斯特發明了真空三極管。真空三極管的發明是電子科技革命的標志，因為只有當真空三極管的放大作用被發現后，電子科技史上影響深遠的各類電路才被發明出來，電子技術才走向實用。20世紀初，無線通信和廣播的出現無疑是電子技術發展的巨大推動力。

1909年，從斯坦福大學畢業的查爾斯·哈羅德（Charles Herrold）在圣何塞市成立了歷史上第一家無線廣播電臺，哈羅德任臺長兼工程師，他的妻子擔任播音員。該電臺在舊金山灣區的青少年中引起了巨大轟動，催生了一批業余無線電臺和興趣小組。硅谷之父弗雷德里克·特曼（Frederick Terman）教授就是其中的狂熱分子，他與鄰居的兩個孩子建立了一個業余電臺，他們一個是斯坦福大學化學教授的兒子，另一個是斯坦福首屆畢業生，后來的美國總統赫伯特·胡佛的兒子。特曼后來回憶道：“想起過去我很開心，當時我們三家是鄰居，我們高興地擺弄自己的新玩意，試驗它的功能，然后推開窗戶大聲問對面的伙伴是否能聽到這邊的聲音。”

1912年，還在哥倫比亞大學讀書的埃德溫·阿姆斯特朗（Edwin Howard Armstrong）發明了反饋振蕩器和再生電路。反饋振蕩器的發明，使產生特定頻率的無線電波成為可能。再生電路，利用正反饋原理，使信號的放大能力大大加強，顯著提高了接收機的性能。再生電路因其性能好、結構簡單，在一戰和二戰時都曾被廣泛應用。1918年，阿姆斯特朗又提出了超外差接收機，這是一個具有劃時代意義的發明，這使得接收機的靈敏度、選擇性都大大提高，使商業無線電廣播成為可能，直到今天，超外差原理仍然被廣泛應用于各類收音機中。

超外差收音機的發明得益于真空管放大器和反饋振蕩器的發明。調幅（AM）廣播信號是利用音頻信號調制一個高頻的載波信號得到的，高頻的載波信號有利于發射，而音頻信號攜帶信息，音頻信號控制載波信號的幅度變化，即為調幅。接收時，收音機要從信號中去除載波信號，再把音頻信號，傳送給耳機或音響，該過程叫檢波。

早期收音機將高頻載波信號放大后，直接檢波得到音頻，這種方式對選頻網絡的靈敏度要求很高，由于當時的技術條件有限，高頻放大器很難有足夠的增益。而超外差接收機則利用本機振蕩器產生一個等幅正弦信號，與天線接收回來的調制信號進行混頻，得到中頻信號。這個中頻信號低于載波高于音頻，在接收不同載波頻率（不同頻道的電臺）的調制信號時，只需改變本機振蕩器的頻率，就能在中頻頻率不變的情況下，選擇接收到另一個頻道的信號。這樣，中頻放大器就可以用高性能的窄帶放大器來實現，并且用窄帶的中頻濾波器實現高選擇性。經過中頻放大器放大的中頻信號得到了足夠的增益后，再進行檢波獲得音頻信號。

超外差技術使收音機的靈敏度大大提高了，促成了美國商業無線廣播的誕生。而無線廣播的迅速發展，則又帶動了模擬通信技術的革新，從此進入了長達70年的模擬電子技術的黃金時代。

阿姆斯特朗獲得超外差接收機的專利后，很快就賺了很多錢。1923年，他已經是百萬富翁了。這一年，他和瑪麗·麥克英尼斯（Marion MacInnis）結婚了，作為結婚禮物，阿姆斯特朗制作了世界上第一臺便攜式超外差收音機送給了妻子（見圖3-5）。阿姆斯特朗的妻子當時是RCA總裁大衛·沙諾夫（David Sarnoff）的秘書，沙諾夫是阿姆斯特朗的好友。沙諾夫邀請阿姆斯特朗加盟他的公司改良調幅無線電廣播，以消除信號干擾和畸變。

在對調幅無線電廣播的改良過程中，阿姆斯特朗意外地發明了一種更好的調制方法——調頻（FM）技術，徹底解決了調幅無線電廣播中的信號干擾。經過了幾年的實驗，阿姆斯特朗證明FM信號能夠減少100多倍的電磁干擾，傳遞的聲音也更加清晰和保真。阿姆斯特朗于1934年獲得了這項技術的專利。圖3-6是阿姆斯特朗手繪的反饋電路。

獲得專利后的1935年，阿姆斯特朗向聽眾展示了FM技術的優勢，他發送了潑水和撕紙的聲音，這兩種聲音通過AM發送時完全無法識別，但是通過FM發送就可以。用FM傳輸的爵士樂效果也非常好。當時《奧格登標準觀察報》（Ogden Standard-Examiner）的一篇報道中曾寫道：“如果在座的50位工程師閉上眼睛，那感覺就像是這間屋子里有一個爵士樂隊一樣。沒有任何多余的聲音。”

阿姆斯特朗堅信FM具有比AM更大的優勢，但他在推廣自己的發明時面對的最大阻力，是來自AM技術的既得利益者，他的昔日好友——沙諾夫。

沙諾夫是RCA的總裁，被譽為美國廣播通信業之父。RCA通過AM技術已經建立了一個巨大的商業帝國。但FM技術的出現，使這個商業帝國遇到了威脅。于是，沙諾夫利用他的影響力，雪藏了FM技術。沙諾夫說服了美國聯邦通訊委員會（Federal Communications Commission，FCC），讓他們相信FM技術可以改良調幅技術，但還需很長時間。于是，美國聯邦通訊委員會禁止了商業調頻廣播的運作，并限制FM技術的實驗研究。圖3-7是AM與FM原理示意圖。

后來，RCA開始開發自己的FM技術，并無視阿姆斯特朗的專利，直接銷售調頻收音機。RCA稱該技術是由自己公司發明的，并獲得了專利。

1948年，阿姆斯特朗起訴RCA，指控該公司盜竊和侵犯了他的五項基本FM專利。RCA聚集了一眾律師開始訴訟前的準備，在持續數年的訴訟中，這些律師采用了車輪戰，不停地質疑阿姆斯特朗，直到他的健康狀況和財務狀況開始惡化。有報道引述阿姆斯特朗的話說：“只有我死了或者破產，他們才會停止。”在1953年的感恩節的晚上，阿姆斯特朗不停地咒罵著，喋喋不休地向他的妻子抱怨錢的事，他拿著火鉗咒罵，然后在他的妻子的手臂上打了一下，他的妻子因此離開了他，搬去和自己的妹妹同住。

接下來的圣誕節和新年，他都是一個人孤獨地度過的。2個月后，1954年1月31日的晚上，阿姆斯特朗在他的13層樓的公寓里穿好自己的大衣，戴好了帽子和手套，然后小心地將空調從窗子上移下來，從樓上跳了下去。《紐約時報》在報道他的死亡時提到他留給妻子的遺言：“他因為沒能再看到自己妻子一眼而傷心欲絕，他因為自己傷害了她而感到非常后悔，她是他這一生最寶貴的財富。”他曾經的朋友沙諾夫對此只說了一句：“我沒有殺他。”

阿姆斯特朗的妻子在他死后繼續著他的戰斗，在律師達納·雷蒙德（Dana Raymond）的幫助下，最終贏得了2場勝利，其他18項專利也達成了協議。贏得這些訴訟得到的錢進入了阿姆斯特朗紀念研究基金會，開始該基金會支持小型的FM公司，而現在該基金會的目標是激勵和獎勵無線電的研究人員。1955年，國際電信聯盟（International Telecommunication Union）將阿姆斯特朗的名字加入了名人堂。1983年，美國發行了阿姆斯特朗的紀念郵票。2000年，他進入了消費電子協會的名人堂。

阿姆斯特朗最終還是沒能看到訴訟勝利的那一天，任何偉大的創新都會受到既得利益者的拼命阻撓，這是資本世界的本性，我們無法準確地判斷這到底是好還是壞。只能說，這是一個悲傷的故事。

20世紀20年代是真空管收音機發展最快的年代，首先得益于軍事科技的發展，其次是因為1920年美國匹茲堡KDKA電臺作為世界上第一家商業電臺面向民眾正式開播后，人們對信息的渴望如決堤的水壩一樣洶涌而出。經過短短的2年，1922年美國商業電臺就超過了500家。20世紀20年代，美國任何一家電器商店都有很多購買真空管收音機的普通民眾。真空管收音機的風靡程度可見一斑。

1921年，英國、加拿大、新西蘭、澳大利亞和丹麥；1922年，法國、蘇聯；1923年，德國、中國（1月23日，上海）；1924年，荷蘭、意大利；1925年，日本，這些國家都相繼建立起了商業無線電廣播電臺。

1935年，全世界的商業無線電廣播電臺已達到1700多家。

真空管收音機相對于早期的礦石收音機來說，最大的優勢在于其使用方便且音質渾厚，使用者不需要具有專業的電子基礎就可以對收音機進行操作，由于采用單獨供電及真空管進行放大，因此對信號強度的要求相對礦石收音機來說要低，這一優勢為電臺的普及提供了良好的硬件基礎。

1930年以前，幾乎所有的真空管收音機都是采用兩組直流電源供電，一組作為燈絲電源，一組作為陽極電源，而且耗電量較大，用不了多久就要換電池，收音機的使用成本很高。1930年前后，使用交流電源的收音機研制成功，真空管收音機開始大規模地走進普通民眾家庭。但真空管具有體積大、功耗大、易發熱、壽命短、電源利用效率低、結構脆弱而且需要高壓電源的缺點，大大限制了它的應用空間。

中國無線電廣播幾乎和世界無線電廣播同步發展。1923年1月23日晚，由在華經營電信業務的商人奧斯邦（E.G.Osborn）與《大陸報》（The China Press）聯辦的中國第一家民辦廣播電臺——中國無線電公司（Radio Corporation of China），在上海開始播音。它每晚播音1小時，內容有國內外的新聞，但主要是娛樂節目，星期日設有《布道》《祈禱》等宗教性節目。為了推銷收音機，該電臺還舉辦了無線電基本常識講座，同時出售真空管收音機。很快上海市就有500多臺收音機可以接收該電臺的廣播節目了，這是上海地區最早出現的一批收音機。之后，隨著廣播電臺不斷的建立，收音機在上海逐漸興起，但都是舶來品，以美國產品最多，其種類為礦石收音機和真空管收音機，市民大多喜歡用礦石收音機。

1924年8月，北洋政府交通部公布了組裝廣播無線電接收機的暫行規定，允許市民自行組裝收音機。市民組裝收音機者越來越多。同年8月，上海儉德儲蓄會顏景焴組裝出了超外差式收音機。翌年10月，亞美無線電股份有限公司在松江區圖書館內，試驗組裝的礦石收音機與真空管收音機均獲得成功，它們不僅收到了上海電臺的無線電電波，也收到了日本電臺所播的音樂節目。

1933年10月，亞美無線電股份有限公司生產了1001號礦石收音機，外形小巧美觀，價格低廉，收音性能良好，受到上海市民歡迎。1935年10月，該公司生產出第一臺1651型超外差式五燈收音機。該機除真空管和碳質電阻外，所用的高周與中周變壓器及電源變壓器和線圈均為自行設計制造。此后，一批無線電制造廠相繼開始生產收音機。其中中雍無線電機廠規模較大，僅次于亞美無線電股份有限公司，1936年其生產出標準三回路一燈收音機與直流三燈收音機等產品。此外，還有華昌無線電機廠、亞爾電工社等，都先后生產過一燈到五燈收音機。雖然生產手段較落后，產品數量不多，但這些產品在國內無線電制造業中占有一定的市場。

1936年，隨著廣播電臺事業的發展，收音機在上海市逐步普及，總數約在10萬臺以上，但幾乎都是國外制品，國內的無線電制造業發展緩慢。1937年7月，抗日戰爭全面爆發，上海無線電制造業受到打擊。1942年，侵滬日軍禁止市民使用七燈以上的收音機，并強迫市民拆除收音機的短波線圈，各無線電制造廠在日偽統治下，生產陷于停滯狀態。

1945年，上海的無線電制造業重新得到恢復，同時又發展了一批新的無線電廠商。1947年年底，上海的電器公司有590家，其中無線電公司有235家。同年，國民政府資源委員會在上海建立研究所，制成資源牌臺式和落地式八燈高檔收音機。新中國成立前夕，上海從事收音機及其零件制造的工廠有7家，從業人員共113人。

1953年，新中國研制出了第一臺全國產化的收音機——“紅星牌”真空管收音機，并投放市場（見圖3-9）。

無線電廣播和收音機，從它們誕生的那天起，就受到了人們的喜愛。100多年來，它改變了我們的通信手段，改變了這個世界。正是無線電廣播和收音機把我們帶入了電子時代，此后，承載人類信息的載體成為尺寸極小的電子，而人類信息傳播的速度則達到了光速。人類由此進入了一個嶄新的電子時代。