03 无线电通信和真空管收音机

无线电通信是20世纪初电子技术发展的动力。19世纪，人类发明了有线电报，这是人类第一次利用电讯号作为通信媒介的尝试。有线电报在效率和准确性上远远超过了以往的邮件通信。有线电报有两项意义非凡的创新，第一是利用了电讯号，其传播速度极快；第二是编码技术，即把英文的26个字母利用点、横来进行编码，其实这就是最初的二进制。

19世纪下半叶，电磁波的发现为无线电通信提供了物理基础。从此，人类开始以光速来进行信息交流。与此同时，由于大量电子元器件的不断发明，开启了人类电气化时代的到来。

无线电报的发端

1844年，美国画家莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse）发明了电报和莫尔斯电码，将人类远程通信推向新的领域。使用莫尔斯电报工作时必须要有导线连接两端的收发报机，这就是有线电报通信（见图3-1）。今天，我们的远程通信使用的是以电磁波为媒介的无线电通信。

1888年，德国科学家赫兹（Heinrich Hertz）发现了由英国科学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）预言存在的无线电波。

1890年，法国科学家爱德华·布兰利（édouard Branly）在重复赫兹实验时探测到电磁波通过金属粉末（铜、铁或铝屑）时，其导电率大增的现象。他把金属粉末装入玻璃管，再在两头各引出一根电极。布兰利利用这个检波器把探测距离增大到了140米。

1894年，英国的罗基爵士（Sir Oliver Joseph Lodge）改进了布兰利的检波器，使远程探测和接收电磁波成为可能。

1895年夏，一位意大利地主的儿子，年仅21岁的马可尼在他父亲的庄园里，成功地实现了1.7千米的无线电报通信。后来，马可尼又用加格迪许·波斯（Jagadish Chandra Bose）发明的无线电接收器设计方法改进了他的无线电报接收器。1896年，马可尼做了10～20千米的无线电通信演示，并为他的无线电报申请了专利（见图3-2）。

1894年，俄国物理学家波波夫（Alexander Stepanovitch Popov）改良了粉末检波器，并通过高架导线，记录了大气放电现象。1895年5月7日，波波夫在俄国科学院物理学部年会上演示了他的“雷暴指示器”。

1896年，波波夫在两幢相距250米的大楼之间表演了无线电通信。

1897年，波波夫制作了军舰与陆地间的无线通信设备，无线电报被普遍认可。

1898年，马可尼的无线电报首次应用于商业性通信。

1899年，波波夫将无线电通信用于军事，建立了方圆40千米的无线电通信网络。

1900年，马可尼正式取得由线圈和可变电容器组成的调谐回路专利权，调谐回路被广泛地应用到各类无线电通信设备上。

1901年，马可尼用10千瓦的火花式发报机，完成了大西洋间的无线电通信。马可尼因此获得了1909年度的诺贝尔物理学奖。

马可尼很有商业头脑，他很快就成立了世界上第一家收音机工厂并获得了专利权。尽管有人批评他制造的收音机，只是结合了其他人的发明——赫兹的线圈天线、罗基的调谐器及接收器、尼古拉·特斯拉（Nikola Telsa）的火花器。但不可否认，马可尼在无线电通信设备的实际应用方面贡献非常突出。

无线电广播的发端

1900年，出生于美国缅因州波特兰市的无线电先驱格林利夫·皮卡德（Greenleaf Whittier Pickard）发明了最早的收音机——矿石收音机（见图3-3）。矿石收音机由天线、地线及基本调谐回路和矿石做的检波器组成的没有放大电路的无源收音机，是最简单的无线电接收装置，主要用于中波公众无线电广播的接收。

矿石收音机无须电源，结构简单，深受无线电爱好者的青睐。但它只能供一人收听，接收性能比较差，在客观上制约了无线电广播的普及和发展。

尽管矿石收音机有很多缺点，但是它宣告了人类通信史上的一个崭新时代的到来。很快，收音机就成了人们的日常消费品进入了千家万户的的普通家庭。矿石收音机是一个简单的无线电接收机，由长导线天线、用于选择信号频率的调谐器和由二极管解调器构成的检波器组成，矿石收音机的最大特点是不需要任何电源就能工作，这一特点让其在那个电力不算普及的年代获得了极大的优势。即使在一战后，真空管收音机已经开始普及，矿石收音机依旧很流行，尤其是在业余初级无线电爱好者和学生中。他们通过制作矿石收音机来学习基本的电子和通信知识。

1906年12月24日，加拿大发明家费森登（Fessenden）在美国马萨诸塞州的布兰特罗克镇的国家电器公司（National Electric Company）128米高的无线电塔上进行了一次无线电广播。广播节目是读《圣经》中有关耶稣降生的故事，另外还配有小提琴演奏曲。在演播前，费森登在报纸上进行了预告，并发出无线电报，通告报界和大西洋上的来往船只。那天晚上，大西洋上船只的无线电发报员听到了小提琴和一位男子朗读圣经的声音。这是世界上第一次成功的无线电传声实验，被公认为是无线电广播诞生的标志，费森登也因此被称为无线电广播之父（见图3-4）。

费森登虽然最早实现了无线电广播，但因受限于当时的技术，无线广播很不稳定，信息传送的距离也不远，没能实现大规模应用。在费森登第一次实现无线电广播的同年，福雷斯特发明了真空三极管。真空三极管的发明是电子科技革命的标志，因为只有当真空三极管的放大作用被发现后，电子科技史上影响深远的各类电路才被发明出来，电子技术才走向实用。20世纪初，无线通信和广播的出现无疑是电子技术发展的巨大推动力。

1909年，从斯坦福大学毕业的查尔斯·哈罗德（Charles Herrold）在圣何塞市成立了历史上第一家无线广播电台，哈罗德任台长兼工程师，他的妻子担任播音员。该电台在旧金山湾区的青少年中引起了巨大轰动，催生了一批业余无线电台和兴趣小组。硅谷之父弗雷德里克·特曼（Frederick Terman）教授就是其中的狂热分子，他与邻居的两个孩子建立了一个业余电台，他们一个是斯坦福大学化学教授的儿子，另一个是斯坦福首届毕业生，后来的美国总统赫伯特·胡佛的儿子。特曼后来回忆道：“想起过去我很开心，当时我们三家是邻居，我们高兴地摆弄自己的新玩意，试验它的功能，然后推开窗户大声问对面的伙伴是否能听到这边的声音。”

1912年，还在哥伦比亚大学读书的埃德温·阿姆斯特朗（Edwin Howard Armstrong）发明了反馈振荡器和再生电路。反馈振荡器的发明，使产生特定频率的无线电波成为可能。再生电路，利用正反馈原理，使信号的放大能力大大加强，显著提高了接收机的性能。再生电路因其性能好、结构简单，在一战和二战时都曾被广泛应用。1918年，阿姆斯特朗又提出了超外差接收机，这是一个具有划时代意义的发明，这使得接收机的灵敏度、选择性都大大提高，使商业无线电广播成为可能，直到今天，超外差原理仍然被广泛应用于各类收音机中。

超外差收音机的发明得益于真空管放大器和反馈振荡器的发明。调幅（AM）广播信号是利用音频信号调制一个高频的载波信号得到的，高频的载波信号有利于发射，而音频信号携带信息，音频信号控制载波信号的幅度变化，即为调幅。接收时，收音机要从信号中去除载波信号，再把音频信号，传送给耳机或音响，该过程叫检波。

早期收音机将高频载波信号放大后，直接检波得到音频，这种方式对选频网络的灵敏度要求很高，由于当时的技术条件有限，高频放大器很难有足够的增益。而超外差接收机则利用本机振荡器产生一个等幅正弦信号，与天线接收回来的调制信号进行混频，得到中频信号。这个中频信号低于载波高于音频，在接收不同载波频率（不同频道的电台）的调制信号时，只需改变本机振荡器的频率，就能在中频频率不变的情况下，选择接收到另一个频道的信号。这样，中频放大器就可以用高性能的窄带放大器来实现，并且用窄带的中频滤波器实现高选择性。经过中频放大器放大的中频信号得到了足够的增益后，再进行检波获得音频信号。

超外差技术使收音机的灵敏度大大提高了，促成了美国商业无线广播的诞生。而无线广播的迅速发展，则又带动了模拟通信技术的革新，从此进入了长达70年的模拟电子技术的黄金时代。

阿姆斯特朗获得超外差接收机的专利后，很快就赚了很多钱。1923年，他已经是百万富翁了。这一年，他和玛丽·麦克英尼斯（Marion MacInnis）结婚了，作为结婚礼物，阿姆斯特朗制作了世界上第一台便携式超外差收音机送给了妻子（见图3-5）。阿姆斯特朗的妻子当时是RCA总裁大卫·沙诺夫（David Sarnoff）的秘书，沙诺夫是阿姆斯特朗的好友。沙诺夫邀请阿姆斯特朗加盟他的公司改良调幅无线电广播，以消除信号干扰和畸变。

在对调幅无线电广播的改良过程中，阿姆斯特朗意外地发明了一种更好的调制方法——调频（FM）技术，彻底解决了调幅无线电广播中的信号干扰。经过了几年的实验，阿姆斯特朗证明FM信号能够减少100多倍的电磁干扰，传递的声音也更加清晰和保真。阿姆斯特朗于1934年获得了这项技术的专利。图3-6是阿姆斯特朗手绘的反馈电路。

获得专利后的1935年，阿姆斯特朗向听众展示了FM技术的优势，他发送了泼水和撕纸的声音，这两种声音通过AM发送时完全无法识别，但是通过FM发送就可以。用FM传输的爵士乐效果也非常好。当时《奥格登标准观察报》（Ogden Standard-Examiner）的一篇报道中曾写道：“如果在座的50位工程师闭上眼睛，那感觉就像是这间屋子里有一个爵士乐队一样。没有任何多余的声音。”

阿姆斯特朗坚信FM具有比AM更大的优势，但他在推广自己的发明时面对的最大阻力，是来自AM技术的既得利益者，他的昔日好友——沙诺夫。

沙诺夫是RCA的总裁，被誉为美国广播通信业之父。RCA通过AM技术已经建立了一个巨大的商业帝国。但FM技术的出现，使这个商业帝国遇到了威胁。于是，沙诺夫利用他的影响力，雪藏了FM技术。沙诺夫说服了美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission，FCC），让他们相信FM技术可以改良调幅技术，但还需很长时间。于是，美国联邦通讯委员会禁止了商业调频广播的运作，并限制FM技术的实验研究。图3-7是AM与FM原理示意图。

后来，RCA开始开发自己的FM技术，并无视阿姆斯特朗的专利，直接销售调频收音机。RCA称该技术是由自己公司发明的，并获得了专利。

1948年，阿姆斯特朗起诉RCA，指控该公司盗窃和侵犯了他的五项基本FM专利。RCA聚集了一众律师开始诉讼前的准备，在持续数年的诉讼中，这些律师采用了车轮战，不停地质疑阿姆斯特朗，直到他的健康状况和财务状况开始恶化。有报道引述阿姆斯特朗的话说：“只有我死了或者破产，他们才会停止。”在1953年的感恩节的晚上，阿姆斯特朗不停地咒骂着，喋喋不休地向他的妻子抱怨钱的事，他拿着火钳咒骂，然后在他的妻子的手臂上打了一下，他的妻子因此离开了他，搬去和自己的妹妹同住。

接下来的圣诞节和新年，他都是一个人孤独地度过的。2个月后，1954年1月31日的晚上，阿姆斯特朗在他的13层楼的公寓里穿好自己的大衣，戴好了帽子和手套，然后小心地将空调从窗子上移下来，从楼上跳了下去。《纽约时报》在报道他的死亡时提到他留给妻子的遗言：“他因为没能再看到自己妻子一眼而伤心欲绝，他因为自己伤害了她而感到非常后悔，她是他这一生最宝贵的财富。”他曾经的朋友沙诺夫对此只说了一句：“我没有杀他。”

阿姆斯特朗的妻子在他死后继续着他的战斗，在律师达纳·雷蒙德（Dana Raymond）的帮助下，最终赢得了2场胜利，其他18项专利也达成了协议。赢得这些诉讼得到的钱进入了阿姆斯特朗纪念研究基金会，开始该基金会支持小型的FM公司，而现在该基金会的目标是激励和奖励无线电的研究人员。1955年，国际电信联盟（International Telecommunication Union）将阿姆斯特朗的名字加入了名人堂。1983年，美国发行了阿姆斯特朗的纪念邮票。2000年，他进入了消费电子协会的名人堂。

阿姆斯特朗最终还是没能看到诉讼胜利的那一天，任何伟大的创新都会受到既得利益者的拼命阻挠，这是资本世界的本性，我们无法准确地判断这到底是好还是坏。只能说，这是一个悲伤的故事。

20世纪20年代是真空管收音机发展最快的年代，首先得益于军事科技的发展，其次是因为1920年美国匹兹堡KDKA电台作为世界上第一家商业电台面向民众正式开播后，人们对信息的渴望如决堤的水坝一样汹涌而出。经过短短的2年，1922年美国商业电台就超过了500家。20世纪20年代，美国任何一家电器商店都有很多购买真空管收音机的普通民众。真空管收音机的风靡程度可见一斑。

1921年，英国、加拿大、新西兰、澳大利亚和丹麦；1922年，法国、苏联；1923年，德国、中国（1月23日，上海）；1924年，荷兰、意大利；1925年，日本，这些国家都相继建立起了商业无线电广播电台。

1935年，全世界的商业无线电广播电台已达到1700多家。

真空管收音机相对于早期的矿石收音机来说，最大的优势在于其使用方便且音质浑厚，使用者不需要具有专业的电子基础就可以对收音机进行操作，由于采用单独供电及真空管进行放大，因此对信号强度的要求相对矿石收音机来说要低，这一优势为电台的普及提供了良好的硬件基础。

1930年以前，几乎所有的真空管收音机都是采用两组直流电源供电，一组作为灯丝电源，一组作为阳极电源，而且耗电量较大，用不了多久就要换电池，收音机的使用成本很高。1930年前后，使用交流电源的收音机研制成功，真空管收音机开始大规模地走进普通民众家庭。但真空管具有体积大、功耗大、易发热、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，大大限制了它的应用空间。

中国无线电广播几乎和世界无线电广播同步发展。1923年1月23日晚，由在华经营电信业务的商人奥斯邦（E.G.Osborn）与《大陆报》（The China Press）联办的中国第一家民办广播电台——中国无线电公司（Radio Corporation of China），在上海开始播音。它每晚播音1小时，内容有国内外的新闻，但主要是娱乐节目，星期日设有《布道》《祈祷》等宗教性节目。为了推销收音机，该电台还举办了无线电基本常识讲座，同时出售真空管收音机。很快上海市就有500多台收音机可以接收该电台的广播节目了，这是上海地区最早出现的一批收音机。之后，随着广播电台不断的建立，收音机在上海逐渐兴起，但都是舶来品，以美国产品最多，其种类为矿石收音机和真空管收音机，市民大多喜欢用矿石收音机。

1924年8月，北洋政府交通部公布了组装广播无线电接收机的暂行规定，允许市民自行组装收音机。市民组装收音机者越来越多。同年8月，上海俭德储蓄会颜景焴组装出了超外差式收音机。翌年10月，亚美无线电股份有限公司在松江区图书馆内，试验组装的矿石收音机与真空管收音机均获得成功，它们不仅收到了上海电台的无线电电波，也收到了日本电台所播的音乐节目。

1933年10月，亚美无线电股份有限公司生产了1001号矿石收音机，外形小巧美观，价格低廉，收音性能良好，受到上海市民欢迎。1935年10月，该公司生产出第一台1651型超外差式五灯收音机。该机除真空管和碳质电阻外，所用的高周与中周变压器及电源变压器和线圈均为自行设计制造。此后，一批无线电制造厂相继开始生产收音机。其中中雍无线电机厂规模较大，仅次于亚美无线电股份有限公司，1936年其生产出标准三回路一灯收音机与直流三灯收音机等产品。此外，还有华昌无线电机厂、亚尔电工社等，都先后生产过一灯到五灯收音机。虽然生产手段较落后，产品数量不多，但这些产品在国内无线电制造业中占有一定的市场。

1936年，随着广播电台事业的发展，收音机在上海市逐步普及，总数约在10万台以上，但几乎都是国外制品，国内的无线电制造业发展缓慢。1937年7月，抗日战争全面爆发，上海无线电制造业受到打击。1942年，侵沪日军禁止市民使用七灯以上的收音机，并强迫市民拆除收音机的短波线圈，各无线电制造厂在日伪统治下，生产陷于停滞状态。

1945年，上海的无线电制造业重新得到恢复，同时又发展了一批新的无线电厂商。1947年年底，上海的电器公司有590家，其中无线电公司有235家。同年，国民政府资源委员会在上海建立研究所，制成资源牌台式和落地式八灯高档收音机。新中国成立前夕，上海从事收音机及其零件制造的工厂有7家，从业人员共113人。

1953年，新中国研制出了第一台全国产化的收音机——“红星牌”真空管收音机，并投放市场（见图3-9）。

无线电广播和收音机，从它们诞生的那天起，就受到了人们的喜爱。100多年来，它改变了我们的通信手段，改变了这个世界。正是无线电广播和收音机把我们带入了电子时代，此后，承载人类信息的载体成为尺寸极小的电子，而人类信息传播的速度则达到了光速。人类由此进入了一个崭新的电子时代。