作者：Brad Brannon

第1部分：初期

雖然很多人都對(duì)早期無線技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但古列爾莫·馬可尼(Guglielmo Marconi)卻是其中的佼佼者。雖然他以無線技術(shù)而聞名，但很多人并不熟悉他在19世紀(jì)末創(chuàng)建的無線技術(shù)事業(yè)。在20世紀(jì)的頭20年中，他建立了一項(xiàng)至關(guān)重要的事業(yè)，使無線世界走向了今天的方向。

雖然他的商業(yè)化技術(shù)并不是最新的技術(shù)，而且技術(shù)發(fā)展迅速，但該技術(shù)已經(jīng)足夠好了，因?yàn)樗氲搅宿k法，知道如何利用現(xiàn)有技術(shù)來創(chuàng)造一個(gè)新的行業(yè)。20世紀(jì)初，殖民主義走向終結(jié)，戰(zhàn)爭(zhēng)和災(zāi)難大規(guī)模爆發(fā)，1912年4月，皇家郵輪泰坦尼克號(hào)沉沒；值此世界大亂之際，馬可尼著手部署一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)，以便以無線方式發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)信息。泰坦尼克號(hào)沉沒后，無線技術(shù)在救援幸存者和傳播事故新聞方面發(fā)揮了積極作用，提升了這一新興技術(shù)的重要性。公眾和軍方都意識(shí)到了無線技術(shù)的重要性，尤其是后來成為美國(guó)海軍部長(zhǎng)的約瑟夫·丹尼爾斯(Joseph Daniels)。在美國(guó)及其他地區(qū)，像丹尼爾斯這樣的領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為，軍方應(yīng)將無線電國(guó)有化，確保他們?cè)趹?zhàn)爭(zhēng)期間能使用無線電。必須記住，在此期間，唯一可用的頻譜低于200 kHz左右。至少有一段時(shí)間，事情是朝著這個(gè)方向發(fā)展的，但在第一次世界大戰(zhàn)之后，政府對(duì)無線技術(shù)的控制減弱，不過，這是在形成政府特許壟斷權(quán)并因此成立美國(guó)無線電公司(RCA)之后。1

根據(jù)我們的推測(cè)，馬可尼時(shí)代的無線電非常原始。發(fā)射器采用火花隙裝置（后來才使用機(jī)械交流發(fā)電機(jī)）產(chǎn)生射頻，但在接收端，系統(tǒng)完全是無源的，由天線、諧振式LC調(diào)諧器和某種檢波器組成。我們很快就會(huì)討論這些檢波器，但在當(dāng)時(shí)，它們可能是機(jī)械式的，也有可能是化學(xué)式的或有機(jī)式的。其中一些系統(tǒng)通過電池對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單的偏置，但不提供任何電路增益，不同于今天。這些系統(tǒng)的輸出被提供給某種頭戴式耳機(jī)，把信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻，這種音頻總是非常弱，不過是簡(jiǎn)單的咔噠聲或嗡嗡聲。

因?yàn)檫@些系統(tǒng)未在接收端提供增益，所以其有效范圍取決于發(fā)射功率的大小、接收器的質(zhì)量、操作員在調(diào)整方面的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然還有大氣條件。馬可尼意識(shí)到，在可合理預(yù)測(cè)有效范圍的情況下，可以建立一個(gè)站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，在大洲和大洋之間可靠地傳遞信息。其中包括在陸上和海上安裝設(shè)備。馬可尼開始在全球各地和海上安裝無線電臺(tái)，包括在客船和貨船上。通過在航海船只上安裝無線電系統(tǒng)，他不僅使這些船只能與其在岸上的商業(yè)利益相關(guān)者進(jìn)行溝通，而且還能在必要的地方提供中繼和冗余，從而馬可尼填補(bǔ)了其網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵空白。

馬可尼擁有的一項(xiàng)技術(shù)是早期的真空管。真空管公認(rèn)的發(fā)明者約翰·安布羅斯·弗萊明(John Ambrose Fleming)曾為馬可尼公司工作，但弗萊明和馬可尼當(dāng)時(shí)分析認(rèn)為，他們現(xiàn)有的技術(shù)足以檢測(cè)無線電信號(hào)。此外，他們認(rèn)為，他的發(fā)現(xiàn)雖有好處，但尚不值得為閥管運(yùn)行投入額外的資金或電池。馬可尼已經(jīng)擁有了數(shù)種信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，與閥管不同，這些技術(shù)不需要高功率來運(yùn)行燈絲和加熱板。因此，他們開始時(shí)放棄了這種技術(shù)。

然而，所謂的無線電之父李·德·福雷斯特(Lee de Forest)撿起這種技術(shù)，意識(shí)到了其巨大的潛力。通過在燈絲和加熱板之間插入簾柵極，他不僅可以整流信號(hào)，還能控制加熱板中的電流量。這就實(shí)現(xiàn)了放大。盡管有證據(jù)表明，他并不理解其三極管的工作原理，但他確實(shí)意識(shí)到了其巨大的潛力，并盡力發(fā)揮這一發(fā)明的優(yōu)勢(shì)，不但將其作為一項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)也作為與馬可尼的發(fā)明類似的一種增值服務(wù)。通過建立各種企業(yè)，德·福雷斯特嘗試制造和銷售他的真空管，并建立了與馬可尼類似的無線網(wǎng)絡(luò)。然而，這些企業(yè)注定要失敗，并不是因?yàn)榧夹g(shù)不好，而是因?yàn)榈隆じ＠姿固氐纳虡I(yè)伙伴往往不夠誠(chéng)實(shí)，而且常常讓他獨(dú)自為別人的錯(cuò)誤承擔(dān)責(zé)任。最后，德·福雷斯特不得不賣掉自己發(fā)明的權(quán)利，讓其他人享受該發(fā)明帶來的利潤(rùn)。

埃德溫·阿姆斯特朗(Edwin Armstrong)是早期率先認(rèn)識(shí)到真空管各種可能性的人之一。他還在上高中的時(shí)候，家里一位朋友就送了一個(gè)德·福雷斯特三極管給他玩。阿姆斯特朗已經(jīng)獲得了無線技術(shù)專家的聲譽(yù)，還在家里建了自己的無線電臺(tái)，他很快就想到辦法，知道如何利用該裝置開發(fā)出更好的接收器。在大學(xué)期間，他繼續(xù)開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，并開發(fā)出了再生式接收器，與當(dāng)時(shí)所有無線電臺(tái)采用的無源系統(tǒng)相比，該接收器具有卓越的性能。

大衛(wèi)·沙諾夫(David Sarnoff)是美國(guó)馬可尼公司的高級(jí)人物。與馬可尼本人長(zhǎng)期建立的合作關(guān)系，專注的敬業(yè)精神，使他在公司快速崛起。剛開始時(shí)，沙諾夫就在AMC跑跑腿，在馬可尼一次訪美時(shí)，偶然遇到了馬可尼。沙諾夫給馬可尼留下了深刻印象，馬可尼為他在公司的發(fā)展創(chuàng)造了條件，最終，沙諾夫先后成為AMC和RCA的高級(jí)領(lǐng)導(dǎo)。在參觀紐約工程實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他偶然遇到了阿姆斯特朗。得益于阿姆斯特朗淵博的無線技術(shù)知識(shí)及其再生式接收器的強(qiáng)大功能，二人建立起了長(zhǎng)期的職業(yè)合作關(guān)系和個(gè)人關(guān)系。

第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)，阿姆斯特朗感到責(zé)任的召喚，應(yīng)征入伍。但當(dāng)時(shí)，他已經(jīng)享有無線技術(shù)專家的聲譽(yù)，因而沒有被派往作戰(zhàn)崗位，而是被派往法國(guó)，為各地的作戰(zhàn)軍種檢修和安裝無線電臺(tái)。他的職責(zé)使他能使用設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室和各種技術(shù)，還能附帶地繼續(xù)從事研究活動(dòng)。在1918年初的一次空襲中，他獲得一系列發(fā)現(xiàn)，使他合成了超外差接收器。整個(gè)1918年，他全力發(fā)展自己的概念，到11月，他與一群親密的朋友會(huì)面，展示了超外差無線電的原型。朋友們印象深刻，敦促他繼續(xù)開發(fā)。到1918年底，戰(zhàn)爭(zhēng)行將結(jié)束，在返回美國(guó)之前，阿姆斯特朗于1918年12月30日申請(qǐng)了法國(guó)專利?；氐矫绹?guó)后，他用了幾周時(shí)間才從一場(chǎng)疾病中恢復(fù)過來，使他推遲了提交美國(guó)專利申請(qǐng)。最終，1919年2月8日，他為超外差接收器申請(qǐng)了美國(guó)專利。

雖然馬可尼在無線技術(shù)愿景方面只關(guān)注兩方電報(bào)承載的商業(yè)信息，沙諾夫的愿景則要廣闊得多——把信號(hào)發(fā)給多方。開始時(shí)，沙諾夫的愿景并未得到廣泛認(rèn)同，但其他人最終意識(shí)到，這項(xiàng)新技術(shù)提供了一種方法，借助該方法可以輕松實(shí)現(xiàn)新聞和娛樂節(jié)目的遠(yuǎn)距離傳送，包括傳送到美國(guó)的農(nóng)村地區(qū)。為了推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一愿景，沙諾夫和他的團(tuán)隊(duì)想到一個(gè)辦法，準(zhǔn)備于1921年7月2日廣播Dempsey與Carpentier的拳擊比賽。此次廣播活動(dòng)的成功使其他人看到了我們今天所熟知的這種廣播無線電的巨大潛力。

然而，當(dāng)時(shí)的真正挑戰(zhàn)是技術(shù)性的。早期的收音機(jī)很難使用，并且功能不佳。阿姆斯特朗、沙諾夫和美國(guó)無線電公司的故事就從這里繼續(xù)下去。通過之前發(fā)展的關(guān)系和RCA獲得的專利，包括超外差接收器專利，無線電技術(shù)已經(jīng)大大簡(jiǎn)化，能實(shí)現(xiàn)便攜，人人都可輕松使用。從技術(shù)角度來看，超外差架構(gòu)是這一成就的關(guān)鍵，時(shí)至今日，也是基本如此。

檢波器

無線電必須通過某種方式，產(chǎn)生承載著有意義的信息的輸出信號(hào)。在早期，這就是在接收環(huán)形天線中產(chǎn)生的共振火花。人們很快就意識(shí)到，需要用一種更敏感的方式，把輻射能轉(zhuǎn)換成有意義的信號(hào)。早期的技術(shù)存在很大的局限性，通常利用多種屬性，包括化學(xué)、機(jī)械和電氣等屬性。

最開始時(shí)，使用的首批檢波器中有一款被稱為金屬屑檢波器，這款檢波器是以一個(gè)名叫愛德華·布蘭里(édouard Branly)的法國(guó)人的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)開發(fā)的。該金屬屑檢波器由兩塊金屬板構(gòu)成，金屬板之間的間距很小，注入一定量的金屬粉。當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)金屬板時(shí)，金屬粉會(huì)吸附到金屬板上，使電路閉合。這種方式對(duì)檢波非常有效，但是，一旦射頻信號(hào)撤離，金屬粉會(huì)繼續(xù)吸附在金屬板上。為解決這個(gè)問題，安排了某種敲擊器，用于敲擊裝置側(cè)面，強(qiáng)制去除金屬板上的金屬粉。由于這個(gè)原因，這種原始檢波器雖然有效，但使用起來卻非常笨重。盡管如此，到了1907年，人們還在使用這種檢波器。

一種更實(shí)用的解決方案是電解檢波器。這種裝置由浸入硫酸或硝酸溶液的一條超細(xì)鉑絲組成。用電池將該電路偏置到電解點(diǎn)。這會(huì)在鉑絲表面上形成氣泡，使電流下降。如果射頻電流耦合到該電路中，它將調(diào)制電解點(diǎn)并使電流隨耦合射頻信號(hào)的強(qiáng)弱變化。這項(xiàng)技術(shù)由費(fèi)森登(Fessenden)開發(fā)，1903年至1913年間被人們廣泛使用。德·福雷斯特基于這種技術(shù)開發(fā)了一種變體，被稱為應(yīng)答器，由浸入過氧化鉛溶液中的兩塊金屬板構(gòu)成。

馬可尼更喜歡被稱為磁檢波器的另一種方案。這些裝置被用戶親切地稱為瑪吉。它們的工作原理是，形成一個(gè)無端鋼絲環(huán)，使鋼絲環(huán)呈圓形旋轉(zhuǎn)的同時(shí)借助永磁體使其磁化。鋼絲磁化部分通過與天線相連的線圈。該線圈中的射頻場(chǎng)根據(jù)存在的接收信號(hào)電平對(duì)鋼絲去磁。然后，通過另一個(gè)線圈拾取鋼絲磁場(chǎng)的變化，該線圈連接到耳機(jī)，耳機(jī)負(fù)責(zé)提供聽得見的射頻信號(hào)。直到1912年，所有馬可尼裝置都使用這種方案，包括泰坦尼克號(hào)上的裝置。

另一類常見的檢波器是晶體檢波器，一直流行到1925年。這類流行器件通常被稱為晶須(cat whisker)，基本上是由各類礦物制成的早期半導(dǎo)體結(jié)。典型的礦物包括方鉛礦(PbS)、黃鐵礦(FeS2)、輝鉬礦(MoS2)和碳化硅(SiC)。在金屬杯制作這些巖石的小樣，用細(xì)線在巖石上形成點(diǎn)接觸。可以移動(dòng)該點(diǎn)接觸，放在巖石的各個(gè)位置，以發(fā)現(xiàn)最佳工作點(diǎn)。當(dāng)今的市場(chǎng)上仍有晶體收音機(jī)銷售；電路與100年前的電路完全相同，只是半導(dǎo)體二極管制成品取代了晶須。晶體檢波器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這些裝置提供更多的線性檢波，這在AM廣播發(fā)展之初變得非常重要。這使語(yǔ)音通信成為可能，而早期的傳輸僅由莫爾斯電碼發(fā)送。

另一類檢波器是由一名為馬可尼工作的工程師在1904年構(gòu)建的。約翰·安布羅斯·弗萊明(John Ambrose Fleming)發(fā)現(xiàn)，通過在愛迪生白熾燈泡上添加一塊板，就形成了一個(gè)通常被稱為整流器或整流閥的裝置。馬可尼和安布羅斯認(rèn)為，他們現(xiàn)有的檢波方案（通常為瑪吉）的效果優(yōu)于弗萊明整流閥，于是，他們暫時(shí)中止了尋找更好方案的努力，直到1912年之后才重啟此項(xiàng)工作。然而，包括德·福雷斯特在內(nèi)的其他人卻看到了該方案的直接價(jià)值，他們?cè)诟トR明和馬可尼的基礎(chǔ)上繼續(xù)探索，在燈絲與加熱板之間添加了一個(gè)簾柵極。這項(xiàng)工作成功申請(qǐng)專利，并于1906年正式發(fā)布。雖然德·福雷斯特意識(shí)到了他的發(fā)明對(duì)改進(jìn)收音機(jī)的價(jià)值，但他無法利用這一點(diǎn)，部分是因?yàn)樯虡I(yè)伙伴的不端行為，部分是因?yàn)獒槍?duì)其專利的各種侵權(quán)案件。

未完待續(xù)！第2部分：接收器架構(gòu)