作者：徐江编著
出版社：通信图书编辑部
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让生活更美好——身边的无线电设备试读：
前言
无线电经过了100 多年的发展，逐步被人类所认识并被广泛运用于国防建设、经济发展、社会生活的各个领域，对人类社会的发展起到了重要的推动作用。在现代生活中，形形色色的无线电设备遍布我们身边的各个角落，无论是在生活中还是工作中，都可以找到无线电设备的身影，要想脱离无线电而生活已经是不现实的想法。既然人类已经离不开无线电设备，我们就应该好好地了解我们这个伙伴的脾气与特点，它的历史渊源与来龙去脉，以及无线电设备大家族的成员。有了深入的了解，才能让我们明白无线电设备的原理，也才能更好地、安全地、放心地使用无线电设备。
本书总共分为5章。第一章主要介绍电磁波的原理与电磁波家族的构成，然后引出无线电波的概念及无线电波的种类。第二章主要是回顾了电磁波与无线电波的发明历程与主要的发明家，以及一些早期的无线电设备与无线电在中国的发展历史。第三章对什么是无线电设备做了详细的解释，并且介绍了包括天线、干扰、屏蔽等在内的无线电设备的主要特性，最后给出了无线电设备的分类。第四章是本书最重要的部分，也是着墨最多的章节。这一章挑选出了人们身边常见的一些无线电设备：手机、无绳电话、对讲机、蓝牙设备、遥控器、无线话筒、Wi-Fi 设备等，图文并茂地讲解使用这些无线电设备给人们生活带来的种种方便，使人们在趣味中轻松了解这些无线电设备。第五章通过对几个无线电新技术与新应用的介绍与描述对未来的无线电设备的发展做了展望。
作者在编写过程中，结合自己对相关内容的认识与理解，参考了一些资料，在此表示由衷地感谢。
虽然作者一直在无线通信领域从事相关工作，但由于写作水平与专业能力有限，加上时间仓促，本书如有笔误或与事实有出入之处，还请各位专家和读者批评指正。第一章从无线电波说起引子《礼记·大学》——欲诚其意者，先致其知；致知在格物。物格而后知至，知至而后意诚。
对于任何事物，都要通过了解其原理及来龙去脉，才能有深入的认识。
看不见的无线电波通常跨越数万公里的距离在空中传送音乐、话音、图片、图像和数据——无线电波每天都以成千上万种不同的方式进行传播！虽然无线电波对人类而言是看不见且察觉不了的，但它们却改变着整个社会。1.1 神奇的电磁波
电磁波自从被发现那天起，就与人类社会结下了不解之缘。虽然看不见摸不着，但它已经遍布我们生活中的每个角落，广泛应用于工业、农业、军事、科技、通信、IT（信息技术）、航空、航天等领域。在日新月异的高科技时代，电磁波正在发挥着越来越神奇的作用，如图1-1 所示。图1-1 电磁波时刻在我们的身边产生
电磁波对于我们大多数人来说，是既熟悉又陌生。虽然人们天天都离不开它，但对它的庐山真面目还是如雾里看山一般。我们的生活中少不了使用各种各样的电器用品：电扇、吹风机、电视机、电灯、空调、微波炉、手机，等等，这些电器产品在使用过程中都会产生相应的电磁波并传播出去。从科学的角度来说，电磁波是能量的一种形式，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。只要是本身温度大于绝对零度（–273.15℃）的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，事实上人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射，连浩瀚宇宙中的星星也都在发射自己的电磁波。
那电磁波又是怎么形成的呢？它到底有什么特点？让我们看看电磁波的科学定义吧。
根据英国科学家麦克斯韦的理论，电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场可以生成磁场，而变化的磁场也能带来电场，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一体，这就是电磁场。振荡的电场与磁场这样环环相扣地交替产生，并在空间中由近及远进行传播，就形成了电磁波。
正如它被称为“波”，电磁波的传播类似于水波与声波的传播方式，但要注意的是它的本质与声波是不同的，声波属于机械波，其传递需要介质（比如空气）才能进行，所以真空中是无法传递声音的。而电磁波的传播是不需要介质的，所以电磁波可以在真空与太空中传递。
电磁波也同样具有波的传播特性，当电磁波从一种传播介质入射于另一种介质时，会产生折射、衍射、反射和吸收等现象，电磁波传播的方向和速度会改变。所以当宇宙中的电磁波进入到地球大气层的时候，很多会被地球的大气层反射回太空中，只有一小部分能够透过大气层到达地球表面。同样的道理，当地面的电磁波要想穿透大气层走向太空也不是件容易的事情，大多数还是被反射回了地球表面。利用这一特点，我们的短波收音机才能够收听到距离数千公里以外的广播电台。
接下来我们来看看电磁波是如何区分和定性的。
以电磁波传播的方向与幅度为坐标轴，可以看到电磁波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成，两个相邻的波峰（幅度最大值）或波谷（幅度最小值）之间的长度就称为波长，也就是在一个振荡周期内电磁波所传播的距离。依据不同的种类，电磁波的波长会有很多不同的尺寸，从非常长的无线电波（比机场跑道还长）到非常短的伽马射线（比原子半径还短）。
另外一个描述电磁波的重要参数是频率。对于电磁波来说，频率相当于单位时间里的振荡次数，国际单位制单位是赫兹。每秒钟振荡一次的频率是1 赫兹。
最后一个就是传播速度。不管哪种类型的电磁波，在自由空间内的传播速度都是一样的。电磁波在真空中的传播速度等于光速（3×810 m/s）。在其他介质里，则会小于光速。
波长、频率与速度之间的关系可通过公式v=λf 来描述。其中，v 是波速，f 是频率，λ 是波长。
当电磁波在不同介质中传播时，波速与波长会有所改变，但是频率永远是不变的。而且电磁波的频率与波长是成反比关系，也就是说频率越高的电磁波的波长越短，而频率越低的电磁波的波长越长，如图1-2 所示。所以我们可以用频率与波长来区分电磁波大家族中的各个成员。图1-2 波长与频率、能量成反比
前面已经提到过，电磁波是能量的一种存在形式，因此它的传播过程也就是一种能量传递的过程，在电磁波入射到物质后，它所传递的大多数能量会被物质所吸收，从而将物质加热。身边最普遍的例子就是光波所带来的热能辐射了，大家在阳光下晒一段时间就会感觉到热量，同样微波炉的加热原理也是微波能量的传递过程。
我们这里就可以对电磁波的特性参数加以一个简单的总结：波长与频率成反比，波长越长，频率越低；反之，频率越高，波长越短，其乘积是一个常数即光速。1.2 电磁波家族
电磁波家族成员很多，电磁波里能够作用于人们眼睛并引起视觉的部分，只是一个很窄的波段，通常叫作可见光。在可见光波范围外还存在着大量不能引起人类视觉的电磁波——红外线、紫外线和伦琴射线等，如图1-3 所示。图1-3 电磁波家族
就如1.1 节所介绍的，当电磁波在不同介质中传播的时候，速度可能会改变，但其频率是不会改变的，各种电磁波的区别仅在于频率或波长有很大差别。例如，光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X 射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱（如图1-4 所示）。图1-4 电磁波谱图
电磁波谱按频率从低到高分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线几大类。电磁波谱波长有长到数千公里的，也有短到只有原子半径的一小部分的。原则上，电磁波谱是无限而且连续的。
■ 无线电波
从电磁波谱中可以得知，无线电波属于电磁波大家族中频率最低的成员，同时也是波长最长的成员。具体的频率范围各国及相关组织有具体的分配范围，一般无线电波的频谱范围为9kHz~3000GHz。
无线电波可以由天线发射出去或接收回来，通过振幅调制、频率调制、相位调制等技术，无线电波可以传递信息。电视、广播、移动电话、无线网络和业余无线电，都使用无线电波来传递信息。无线电波还可以按照不同频率细分为低频、中频、高频、甚高频等频段。具体我们会在1.3 节中进行介绍。
■ 微波
微波，一般指分米波、厘米波、毫米波波段的电磁波，频率范围从300MHz 到300GHz。微波波段的电磁波可用于卫星通信、中继接力通信、无线网络通信、移动通信、航空通信等领域，还有军事及民用雷达所使用的电磁波也属于微波波段。大家所熟悉的微波炉就是采用2.45GHz 频段的微波来对食品进行加热的，如图1-5 所示。图1-5 微波炉
有些书籍及资料将微波划归到无线电波中，与长波、中波、短波并列。但由于波长很短，特别对于厘米波与毫米波段的电磁波，其传播特点与一般的无线电波有较大的区别，所以现在也有将微波与无线电波分列的情况。在本书中所提及的无线电设备及无线电也将采取广义的无线电定义，将微波包含在内。
■ 红外线
红外线是波长介于可见光与微波之间的电磁波，波长范围在700nm~1000μm。红外线在光谱上位于红色光外侧。红外线具有很强的热效应，易于被物体吸收，通常被作为热源。另外，它的透过云雾能力比可见光强，在通信、遥感探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。
实际上，自然界有无数的红外放射源：宇宙星体、太阳、海洋、山岭、岩石、土壤、森林、城市、乡村，以及人类生产制造出来的各种物品，等等。目前，我们可以肯定的一点是：所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。因此在夜间可见光线很微弱或者完全漆黑的情况下，红外夜视仪可以利用这一特点通过捕捉物体的红外辐射来发现目标（如图1-6 所示）。
与我们生活接触最多的红外线设备可能就是家用电器遥控器、住宅小区的防盗报警器，此外像军用的红外夜视仪、手机与笔记本电脑上的红外线数据传输功能也都是比较普及的应用。图1-6 红外线摄像头下的街景
■ 可见光
可见光是人眼唯一可以感知的电磁波。一般人的眼睛可以看到的可见光波长范围在400~700nm。
人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通信波段等例外。
麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波——这就是光的电磁说，后来赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。
■ 紫外线
紫外线的波长小于可见光，地球表面大部分的紫外线来自太阳，虽然大气层会保护我们免于许多辐射线的伤害，但仍有些辐射线会穿越大气层造成某种程度的伤害。1801 年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。
自然界的主要紫外线光源是太阳。太阳光透过大气层时短波紫外线被大气层中的臭氧吸收掉。紫外线能使照相底片感光，荧光作用强。另外，紫外线能用于杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等。
■ X 射线
X 射线是波长介于紫外线和γ 射线间，由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波，由德国物理学家伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。宇宙中不少天体也会辐射X 射线。图1-7 所示为为纪念发现X 射线的意大利邮票。图1-7 纪念X 射线发现的意大利邮票
X 射线的特征是波长非常短，频率很高，具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料产生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离。大家最熟悉的就是医用诊断X 线机，也就是利用了X 射线的穿透能力。此外X 射线在工业中也用来探伤，查看有无内在的裂痕。长期受X 射线辐射对人体组织会造成伤害。
■ γ 射线
γ 射线，又称γ 粒子流，中文音译为伽马射线。是由核子蜕变过程中发射的一种电磁波，也同样存在于宇宙空间中，波长极短（如图1-8 所示）。1900 年被发现，1913 年γ 射线被证实为是电磁波，和X 射线极为相似，具有比X 射线还要强的穿透能力。工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ 射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤，现在医院已经普遍使用伽马射线放射治疗系统，俗称“伽马刀”来对病变组织进行切除。图1-8 费米空间望远镜拍摄的银河系的伽马射线照片
■ 电磁波谱总结
这些频率不同的电磁波看上去各有各的本领与特性，但本质是相同的，它们都是电磁场运动的产物，都是电磁波家族中的一员。它们的行为服从共同的规律，但是它们产生的机理不同，因而具有不同的特性。1.3 无线电波与无线电频谱
依据国际电信联盟ITU-RR 的定义，无线电波为频率在3000GHz 以下，不用人工波导而在空间传播的电磁波。无线电波都具有一定的频率和波长，即位于无线电频谱中的一定位置，并占据一定的宽度。无线电频谱（radiospectrum）一般指9kHz~3000GHz 频率范围内发射无线电波的无线电频率的总称，无线电频谱是电磁波谱的一部分。《无线电规则（RR）》的“术语和定义”中，把整个无线电波细分为14 个频段，详见表1-1。表1-1 无线电频段表续表
■ 无线电波的传播
无线电波的传播不依靠电线，也不像声波那样必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些电波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些电波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间（如图1-9所示）。我们可将电波传播方式分成下列几种。图1-9 无线电波的各种传播方式
地表传播：对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就像拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地面波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率越高，地面波随距离的增加衰减越快。因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。
天波传播：声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十千米至几百千米的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就像一只悬空的金属盖，电波射到“电离层”就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。在无线电波中，主要是短波具有这种特性。
电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。电离层对电波的反射和吸收与频率有关。频率越高，吸收越少；频率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作远距离通信。此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。对于短波，电离层吸收得较少，所以短波收音机不论白天黑夜都能收到远距离的电台。不过，电离层是变动的，反射的天波时强时弱，所以，从收音机里听到的声音忽大忽小，并不稳定。
视距传播：若收、发天线离地面的高度远大于波长，电波直接从发射天线传到接收地点（有时有地面反射波）。这种传播方式仅限于视线距离以内。目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式。
散射传播：利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现超视矩传播。这种传播方式主要用于超短波和微波远距离通信。
波导模传播：在电离层下缘和地面所组成的同心球壳形波导内的传播。长波、超长波或极长波利用这种传播方式能以较小的衰减进行远距离通信。
在实际通信中往往是取以上5 种传播方式中的一种作为主要的传播途径，但也有几种传播方式并存来传播无线电波的。一般情况下都是根据使用波段的特点，利用天线的方向性来限定一种主要的传播方式。
■ 无线电波的频段划分与特性（1）超长波与甚长波
频率从30Hz 到300Hz（ 波长从10000km 到1000km）的无线电波称为超低频无线电波或超长波。频率从3kHz 到30kHz（波长从100km 到10km）的无线电波称为甚低频无线电波或甚长波，它们最主要的应用就是水中潜艇的通信。
大家知道潜艇可以在深达数百米的海水中航行，这时潜艇还需要接收来自基地及指挥机关的命令，在深水中短波通信是没有用武之地的，只有使用甚长波或超长波通信。和在空气中传播不同，海水对电磁波能量的吸收作用很强，但对于不同波长的电磁波又有所不同。波长越短、频率越高，在海水中的衰减就越厉害。因此短波在水中的衰减是很快的，几乎无法穿过海水传播，而波长更长的长波、甚长波、超长波在海水中的衰减程度就要小得多，能够进入几十米甚至几百米的水中。如果是一般潜艇通信，甚长波就足够了，核潜艇全球活动而且深潜时间更长，就需要超长波进行通信。
世界上许多国家建有甚长波电台，用于对潜艇和远洋水面舰艇发信，是指挥潜艇最重要的通信设备，还应用于远距离无线电导航及通信。甚长波电台的规模都较庞大，特别是它的天线与铁塔可以算是无线电家族的巨人了，例如瑞典建于1923 年的GRIMETON 电台（如图1-10 所示），使用6 个高达127m 的铁塔来架设相应的天线，工作频率为17.2kHz。图1-10 瑞典GRIMETON 甚长波电台的天线铁塔
超长波发射装置更是稀少，目前世界上只有美国与俄罗斯建设了超长波电台。美国Seafarer 系统使用76Hz 频率，俄罗斯的ZEVS 系统使用82Hz 频率。由于相应的波长要数千千米，因此不可能使用在空中架设导线的方式来发射与接收电波，而是将两个相隔数十千米的电极埋入地下，让大地也起到传播电流的作用。（2）长波
频率从30kHz 到300kHz（波长从10km 到1km）的无线电波称为低频无线电波或长波。长波以地波和天波两种方式进行传播，地波作用距离可达2000~3000km，天波经一跳或多跳传播，作用距离可达几千千米以至上万千米。长波主要用于远距离精密无线电导航、标准频率与时间信号的广播、可靠通信等。在欧洲及非洲大陆和某些亚洲区域，不少广播电台使用长波进行调幅广播，信号可以覆盖整个欧亚大陆。在中国，一直没有长波广播，所以国产收音机一般没有长波的频段。（3）中波
频率从300kHz 到3MHz（波长从1000m 到100m）的无线电波称为中频无线电波或中波。中波主要用于近距离广播与无线电导航，535~1605kHz 是国际规定的中波广播段，也是我们普通收音机必备的波段。中波可以用天波和地波的方式传播。使用地波传播时，传播的有效距离比长波近，但比短波远，一般为几百公里。在晚上，吸收显著减小，天波显著增强，且作用距离可大大超过地波，大家在听收音机的时候可能也会发现在晚上收听中波节目时，常常会找到一些白天很难收听到的国外广播电台，这就是晚上通过天波传递过来的广播信号。（4）短波
频率从3MHz 到30MHz（波长从100m 到10m）的无线电波，称为高频无线电波，又称短波，广泛应用于定点通信、国际通信及广播、船岸间的航海移动通信和飞机与地面间的航空移动通信等。
短波相对长、中波段而言，发射功率较小，设备较简单，成本较低。电波经电离层反射或电离层和地面间多次反射，可实现数千公里的通信。所以各国在对外广播的时候一般都是采用短波方式进行，而为了适应电离层的每日变化、季节变化和太阳黑子周期的变化，必须在不同的时间选用不同的频率。这也是为什么短波广播电台常常在一天中的不同时段要转换不同的广播频率，在一年内也至少发布两次以上的本季度播出频率的原因。图1-11 所示为建伍公司生产的短波电台。图1-11 建伍公司生产的短波电台（5）超短波
频率从30MHz 到300MHz（波长从10m 到1m）的无线电波，称为甚高频无线电波，又称米波或超短波。调频（FM）广播就是使用的超短波，此外不少对讲机、无线电台、电视广播、雷达、定点通信也是在使用这一频段，超短波频段的利用率也是非常之高。
超短波的传播特性比较特殊，它既不能绕射，也不能被电离层反射，只能以直线传播。以直线传播的波就叫作空间波或直接波。由于空间波不会拐弯，它的传播距离就受到限制。发射天线架得越高，空间波传得越远。所以电视发射天线和电视接收天线应尽量架得高一些。尽管如此，传播距离仍受到地球拱形表面的阻挡，实际只有50km。（6）微波
频率从300MHz 到300GHz（ 波长从100cm 到1mm）的无线电波称为微波。微波与其他频段的电波相比有如下特点：微波天线（如图1-12 所示）的辐射波束可做得很窄，因而天线的增益较高，有利于定向传播；其次，微波的频率很高，信道容量很大。这一波段的传播方式，主要是视距传播。在如今的科技时代，微波应用的范围也非常广，我们现在身边很多便携无线通信设备都是在使用微波波段的无线电波，如手机、蓝牙耳机，因为波长短，所以天线都可以设计得很短，便于随身携带。此外雷达、中继传输等领域都可见到微波的身影。图1-12 微波天线第二章无线电设备的历史引子
苏轼《念奴娇· 赤壁怀古》—大江东去，浪淘尽，千古风流人物。
与其他科学发明一样，无线电技术与设备的发展历程也是从无到有，波澜壮阔，英雄辈出。2.1 赫兹与电磁波的证明
如果把物理学比作是一出歌剧，那歌剧最精彩的一个高音无疑就是电磁波的研究。今天的无线电波、收音机、电视、人造卫星通信，都是对电磁波的研究成果。1864 年，著名的科学家麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。他认为，在变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场，如此一层层地像水波一样推开去，便可把交替的电磁场传得很远。
麦克斯韦的方程组打开了电磁学领域的大门。但在当时，真正能读懂的人却寥寥无几。因为，单凭几个公式与符号，就包罗了电荷、电流、电磁等自然界一切电磁现象的规律，这在一般人看来确实是不可思议的。能否证明有电磁波存在，是检验麦克斯韦理论的关键。
那么，又有谁来证实电磁波的存在呢? 此人便是德国物理学家赫兹（如图2-1 所示）。1887 年的一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到也有火花从圆环的开口处迸发出来。图2-2所示为赫兹发现电磁波所使用的实验装置。赫兹的这个实验充分证实麦克斯韦的电磁说是正确的，也证明了圆环上火花的发生是由于金属球所发出的电磁波所至。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，成为当时最重要的科技发现之一。后来科学界为了感谢他的贡献，将电磁波每一秒钟振荡一次的频率称为赫兹（1Hz）。图2-1 电磁波的发现者——海因里希·鲁道夫·赫兹图2-2 赫兹发现电磁波所使用的实验装置
赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是开辟了无线电时代的新纪元，为之后的无线电发明铺平了道路，也是整个移动通信的发源点。2.2 是谁最早发明了无线电报
自从贝尔发明了电话机，人人都能利用电话听筒和远方的亲朋好友谈天说地了。有线电报和电话的相继发明，使人类获得了远距离传送信息的重要手段。但是，电信号都是通过金属线传送的。线路架设到的地方，信息才能传到，这就大大限制了信息的传播范围。有没有能让信息无线传播的办法？
赫兹通过闪烁的火花，第一次证实了电磁波的存在，他却否定利用电磁波进行远距离通信的可能性。赫兹发现电磁波的消息传到世界各地之后，许多人开始梦想是否能利用这神奇的物理现象来传递信息。
意大利人马可尼就是其中之一，他为无线电的发明和实际应用作出巨大贡献。他对无线电的研究始于1894 年。20岁的马可尼偶然读到一篇介绍赫兹研究电磁波的文章。他说服了父亲，并从他那里得到一切财政支持。于是他开始在他父亲的庄园里进行无线电报的实验。1895 年，他已能把无线电信号传送到1.7km 以外的距离。马可尼设计的无线电发报装置很像当年赫兹的实验装置，当按下莫尔斯电键时，线圈两端就会产生瞬时高压，于是两个金属小球间就会迸发出电火花，这些火花产生的电磁振荡就会通过天线向外发射电磁波。这种最原始的电磁波发射器后来被称为“火花振荡器”。
1897 年，他在意大利建立了一座陆上无线电发射台，把无线电信号发射到相距19.2km 的军舰上。1899 年，马可尼应美国邀请，在快艇上用无线电报报道“美洲杯”快艇比赛盛况，轰动了世界，这被认为是无线电通信的第一次实际的商业应用。1901 年12 月12 日，他更实现了从英国康瓦尔和加拿大圣约翰斯港之间横越大西洋的无线电报通信。两地距离达2500km，这在无线电通信发展史上无疑具有划时代的意义。接着，马可尼在英国建立了世界上第一家无线电器材公司——英国马可尼公司。由于他在无线电报方面作出了杰出贡献，他获得1909 年度的诺贝尔物理奖。图2-3 所示为马可尼与他发明的无线电报机。图2-3 古列尔莫·马可尼与他发明的无线电报机
由于无线电通信不需要昂贵的地面通信线路和海底电缆，因而很快便受到人们的重视。它首先被用于敷设线路困难的海上通信。第一艘装有无线电台的船只是美国的“圣保罗”号邮船。后来，海上无线电通信接二连三地在援救海上遇险船只的行动中发挥作用，从而初露头角。
和许多包括电话、电灯在内的重大发明一样，无线电也有着好几个众口不一的“父亲”。现在提到无线电的发明者，人们普遍想到的是意大利的马可尼，也常把无线电与马可尼联系起来。尽管马可尼在西方的地位已经无可动摇，但是俄罗斯人始终认为波波夫才是第一个发明无线电的人（如图2-4所示）。图2-4 俄罗斯发行的纪念无线电发明者波波夫的邮票小型张
1859 年3 月波波夫出生在俄国乌拉尔一个牧师的家庭里，他从小就对电工技术有一种特别的嗜好。18 岁时波波夫考进彼得堡大学物理系不久转入森林学院学习，由于家庭贫困，波波夫只好半工半读维持学习并且以优异的成绩毕业。1888 年波波夫听到了赫兹发现电磁波的消息后，他开始萌生要让电磁波飞跃全球的梦想。1894 年，波波夫改进了无线电接收机并为之增加了天线，使其灵敏度大大提高。1895 年5月7 日，他在彼得堡俄国物理化学学会的物理分会上展示了世界上第一台无线电接收机，成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250m，电文内容为“海因里斯·赫兹”，以表示对电磁波发现者的敬意。1895 年波波夫曾经向俄国政府申请1000 卢布进行无线电实验的投资，然而却没有被采纳。
除了俄国的波波夫，在美国还有一位发明家尼科拉·特斯拉（如图2-5 所示）曾经与马可尼打过无线电发明专利的官司。说起特斯拉，他其实与许多发明都有渊源，在他的实验室中，诞生了100 多项专利，他为电磁学的发展作出了伟大贡献！但是他生前却遭受了同事的排挤和许多不公正待遇。特斯拉在科学技术上的最大贡献是开创了交流电系统，促进了交流电的广泛应用。
1893 年，特斯拉在美国圣路易斯首次公开展示了无线电通信。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。1897 年，特斯拉在美国获得了无线电技术的专利。然而，美国专利局于1904 年将其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电的专利。1943 年，在特斯拉去世后不久，美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因。这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。图2-5 尼科拉·特斯拉
到底谁是无线电的发明人？长时间的争论也没有得出结论。各种看法都有他们的依据和理由。很可能，马可尼和波波夫还有特斯拉都在独立进行他们的研究。他们都为无线电的发明和应用作出了自己杰出的贡献。2.3 无线电广播与收音机的发明
1906 年12 月24 日圣诞节前夕，在美国新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上，报务员们忽然听到耳机中传来有人正在朗读圣经的故事，有人拉着小提琴，还伴奏有亨德尔的《舒缓曲》，报务员们怔住了，他们大声地叫喊着同伴的名字，纷纷把耳机传递给同伴听，果然大家都清晰地听到说话声和乐曲声，最后还听到亲切的祝福声，几分钟后，耳机中又传出那听惯了的电码声。
其实这并不是什么奇迹的出现，而是由美国物理学家费森登主持和组织的人类历史上第一次无线电广播（如图2-6所示）。这套广播设备是由费森登花了4 年的时间设计出来的，包括特殊的高频交流无线电发射机和能调制电波振幅的系统，从这时开始，电波就能载着声音开始“展翅飞翔”了。图2-6 费森登教授在他的广播室中
美国的KDKA 广播电台则被公认为世界上第一个真正的无线广播电台。它于匹兹堡诞生，率先在预定的时间里每天定时进行广播。KDKA 电台的第一次广播是在1920 年11 月2 日，这取得了惊人的成功。它播出的沃伦·哈丁击败詹姆·考克斯当选为总统的消息。由于它进行了一系列的突破，如第一个报道体育比赛，第一个播出舞台戏剧演出实况，因此很快就被载入史册。
1922 年11 月14 日，伦敦ZLO 广播站正式开始在英国广播节目，该站在1927 年改为英国广播有限公司，即BBC。1922 年法国埃菲尔铁塔也正式开始播音。截至1927 年，美国国内已拥有737 个广播站。这一时期，广播站如雨后春笋在各国相继涌现。
1906 年，当美国的费森登教授在世界上首次用无线电波发送音乐和讲话时，附近的许多无线电通信电台接收到了费森登教授的信号。但是，普通公众不可能都拥有无线电电台。要真正实现无线电广播，就要有一种普通公众都能拥有的、专门用于收听声音信号的无线电接收机，即收音机。
矿石收音机是在无线电广播事业初期出现的一种简单无线电接收机（如图2-7 所示），它是由美国科学家邓伍迪和皮卡尔德发明的。1910 年，随着无线电广播事业的兴起，邓伍迪和皮卡尔德开始研究无线电接收机，他们利用某些矿石晶体进行试验，发现方铅矿石具有检波作用，如果将其与几种简单的元件相连接，就可以接收到无线电台放送的广播节目。矿石收音机无需电池，结构简单，几乎所有的无线电爱好者可自己装配制作。但它只能供一人收听，而且接收性能也比较差。图2-7 20 世纪早期的矿石收音机
1913 年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了超外差电路，这种电路能有效地防止两个频率相近信号在接收机中的互相干扰，能够保证把不同频率的信号区别开来，使接收机能分别接收各个不同频率的信号。同年，法国人吕西安、莱维利用超外差电路制作成了收音机，并申请了专利，从而结束了以往收音机必须安装许多旋钮，调谐十分困难的历史，大大地简化了收音机的调谐过程，为工业化生产提供了条件。1924 年，超外差式收音机首次投入市场，1934 年得以推广。
最早时期的收音机由于使用的是电子管，大多都体积大、耗电多且笨重。直到1948 年，美国工程师约翰·巴丁等人发明了晶体管，收音机的小型化才得以实现。1955 年，首批晶体管收音机几乎同时在美国和日本问世。
无线电广播和收音机是神奇的。它的神奇，在于人们能在方寸之间收听和了解千里万里之外的各种信息。因此，从它诞生的那天起，就受到了人们的喜爱。2.4 早期的无线电设备
最早的无线电设备就是无线电报机，还只能收发莫尔斯电码（如图2-8 所示）。不过很快对直接语音交流的需求马上推动了发明的进程。利用无线电技术直接进行通话的设备也被开发出来，它结合了无线电波与有线电话的技术。日本的安中电机会社（安立公司的前身）在1913 年推出了实际商用的TKY 无线电话系统（如图2-9 所示）。图2-8 正在工作中的无线电报操作员图2-9 日本安中电机会社于1919 年推出的TKY 无线电话系统
收音机是历史上最普及的无线电设备之一。第一次世界大战期间，由于对空中电波的限制，无线电的开发工作受到了阻碍。技术上的限制也是一个问题，很少人有收音机，即便有也得戴上耳机听。收音机当时是电报研究迷的业余爱好。20 世纪20 年代中期，技术发展扩大了无线电传输距离。美国各地都建立了电台，收音机的性能和外观都有了改进。无线电工业在10 年间达到了鼎盛时期。到了20 世纪30 年代中期，几乎每一个美国家庭都有一台无线电收音机。
1925 年，英国科学家研制成功电视机（如图2-10 所示）。1928 年，美国纽约31 家广播电台进行了世界上第一次电视广播试验。1936 年11 月2 日，英国广播公司首次开办每天2 小时的电视广播。全伦敦只有200 多台电视机，但它标志着世界电视事业开始发迹。对当年柏林奥林匹克运动会的报道，更是年轻的电视事业的一次大亮相。此后，价格相当昂贵的电视机在英国中上层家庭开始有所普及。1939 年，第二次世界大战爆发时，英国约有两万家庭拥有了电视机。图2-10 最早的电视接收机
无线电设备在军事上的应用也出现较早。1935 年，英国著名的物理学家沃特森·瓦特发明了一种无线电装置，它能在很远的距离就探测到飞机的行动。这就是世界上第一台雷达。当时称这种雷达为CH 系统（如图2-11 所示）。经过几次改进后，1938 年，CH 系统才正式安装在泰晤士河口附近。这个200km 长的雷达网，在第二次世界大战中给希特勒的轰炸机造成极大的威胁，也给英国空军与民众创造了足够的预警时间（见图2-12）。随后，英国海军又将雷达安装在军舰上，这些雷达在海战中也发挥了重要作用。图2-11 英国CH 雷达图2-12 二战时期英国的雷达监控人员
大家熟悉的手机与对讲机的前身也是诞生在二战期间。大家熟悉的摩托罗拉公司是老牌的无线通信设备厂商，它最早是一家生产车用收音机的公司，二战时期公司转入无线电通信设备的生产。1941 年，摩托罗拉生产出了美军参战时唯一的便携式无线电通信工具——5 磅（约2.268kg）重手持无线电对讲机SCR536 及SCR-300 型高频率调频背负式通话机（如图2-13 与图2-14 所示）。1956 年，第一个无线电寻呼机也在该公司问世了。图2-13 手持无线电对讲机SCR536图2-14 美军使用的SCR-300 型背负式通话机
在20 世纪上半叶，最具代表的先进的电子设备就是无线电设备，包括无线电广播、收音、无线通信（电报）、业余无线电台、无线电定位、导航等设备。早期就是这些无线电设备带领着许多青少年步入了奇妙的电子世界，无线电技术展示了当时科技生活的美妙前景。2.5 无线电进入中国
100 多年前，国人开始知悉“无线电报”这种神奇的新事物，惊呼其“竟能穿山水”、“凭空发递”。首先传播这一新奇事物的就是创刊于上海的《时务报》。光绪二十三年四月一日（1897 年5 月2 日）的《时务报》刊出译文《无线电报》，这是中文“无线电报”一词在中国的最早出现（如图2-15 所示）。同年第31 册刊出译文《电浪新法》，首次提出了电磁波在中国的最早中文译名——“电浪”。图2-15 1897 年5 月《时务报》刊出译文《无线电报》
我国最早使用无线电通信的地区是广州。早在1899 年，就在广州督署、马口、 前山、威远等要塞以及广海、宝壁、龙骧、江大、江巩等江防军舰上设立无线电报机。
1905 年北洋大臣袁世凯在天津开办了无线电训练班，聘请意大利人葛拉斯为教师。他还托葛拉斯代购马可尼猝灭火花式无线电机，在南苑、保定、天津等处行营及部分军舰上装用，用无线电进行相互联系。
1906 年因广东琼州海缆中断，在琼州和徐闻两地设立了无线电机，在两地间开通了民用无线电通信。这是中国民用无线电通信的开始。图2-16 展示了当时上海吴淞无线电报局5kW 火花式电报机。图2-16 吴淞无线电报局5kW 火花式电报机
1923 年1 月23 日上午，上海的“大陆报”在大来洋行的楼顶，架设两座距地面约240 英尺（约73.152m）的大型天线，面向上海地区广播最新新闻和自制的音乐节目，这是中国第一次出现广播。图2-17 展示了当时上海报纸上出现的收音机广告。图2-17 1933 年上海亚美无线电公司矿石收音机广告
1927 年6 月，沈阳大型短波电台竣工，装设10kW 德制无线电发报机。年底，成立了沈阳国际无线电台，与德国建立了双向通报电路。这是中国与欧洲直接通信之始。沈阳国际无线电台承接转发北京、上海、天津、汉口等各地的国际电报，成为当时我国最大的国际电台。
1930 年上海国际电台建成（如图2-18 所示），与旧金山、柏林、巴黎建立了直达无线电报通信。正式开通中美、中德、中法电路。
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