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1.2 射頻/微波的發展簡史

1864年,英國物理學家麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831—1879年)提出了著名的麥克斯韋方程,從理論上預測了電磁波的存在。

1887年,德國物理學家赫茲(Heinrich Rudolf Hertz,1857—1894年)通過實驗驗證了電磁波的存在,證實了麥克斯韋的預言。赫茲和麥克斯韋因其卓越貢獻而被世人銘記(見圖1.2)。

1901年,意大利發明家馬可尼(Guglielmo Marconi,1874—1937年)首次實現了穿越大西洋的無線電通信,傳輸距離為2100英里(1英里=1.609 km),證明了無線電波不受地球表面曲率的影響。他的無線電通信使用的發射天線與地面之間連接著70 kHz的電火花發生器,接收天線由風箏支撐。馬可尼及其發明的無線電報如圖1.3所示。

1931年,英國與法國之間建立了第一條微波通信線路。第二次世界大戰后,微波中繼通信得到了迅速發展,20世紀50—70年代,微波中繼通信是電視信號遠距離傳輸的主要手段。

1935年,英國的瓦特(James Watt)開展了無線電探測與測距(radio detecting and ranging),簡稱“雷達”(radar)的研究,同年首次在試驗中測得飛機的回波。

圖1.2 赫茲(左)和麥克斯韋(右)

圖1.3 馬可尼及其發明的無線電報

1938年,第一個調速管問世;1940年,英國的布特和蘭特爾研制出磁控管。這些微波電子管器件都是雷達不可缺少的源。

1940年,第一臺10 cm波長雷達問世。雷達的出現和發展,才使人們對微波理論和技術有了根本的認識。美國在麻省理工學院(MIT)專門成立“輻射實驗室”,調集了大量頂尖科學家(許多人后來獲得諾貝爾獎),以戰時狀態對雷達進行大規模、全方位研究,極大地促進了雷達與微波技術的發展。他們的工作包括波導元件的理論與實驗分析,研究微波天線、小孔耦合理論以及初期的微波網絡理論。

1945年,雷神公司把磁控管用于微波加熱,誕生了微波爐,如今磁控管依然是微波爐的核心源。

1963年,國際通信衛星組織發射了第一顆同步通信衛星。

20世紀70年代,雷達、衛星通信、微波中繼通信成為射頻/微波應用的主要領域,并迅速擴展到微波加熱和微波遙感等領域。同時,射頻集成電路(RFIC)、微波集成電路(MIC)開始迅速發展。

20世紀80—90年代,移動通信成為射頻/微波最耀眼的應用領域,如同第二次世界大戰中雷達對射頻/微波發展的促進作用一樣,移動通信尤其是蜂窩移動通信給射頻/微波帶來了第二次發展浪潮,并因為應用于千家萬戶,因此發展迅猛,以至于徹底改變了人類的生活習慣。

2003年,美國在伊拉克戰爭中使用了微波高能武器(微波炸彈),展現了射頻/微波在軍事應用上的突破。

如今,射頻/微波的應用幾乎深入各個領域,我們身邊隨處可見:手機、藍牙、無線上網,衛星電視、定位導航,等等。

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