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第13章 无线电波家族(5)

实际上光通信系统使用的不是单根光导纤维,而是由许多光导纤维聚集在一起组成的光缆。一根直径为1厘米的光缆,里面有近百根光导纤维。光缆和电缆一样可以架在空中,埋在地下,也可以铺设在海底,它的出现使激光通信进入实际应用阶段。1976年日本在大阪附近的奈良县开始筹建世界上第一个完全用光缆实现光通信的实验区,到1978年7月已拥有300个用户。

如果把光通信用于地球之外的宇宙空间就是宇宙激光通信,宇宙空间没有大气或尘埃,激光在那里传输时比在大气中的衰减小得多,因而激光用于宇宙通信既优越又经济,受到各国的普遍重视。

无线电广播的发明

在现代信息社会中,无线电广播技术起着极为重要的作用。而广播技术的发明过程是很复杂的,它是多种重要发明汇合起来形成的一个大型技术。

无线电的基本发明是德国人赫兹的功绩,1889年,赫兹发现,在火花线圈的两端加上高电压使它发生火花,这时便从火花射出电波,可以使远处的线圈产生电流,无线电的基础就是电波的利用。

有记载的首次成功的无线电广播是在1906年的圣诞节之夜,美国的费森登使用功率为1千瓦、频率为50赫的交流发电机,借助麦克风进行调制、播发讲话和音乐,许多地区,包括海上的船只都可清楚地收听到。

第一次世界大战前,许多国家进行无线电广播试验。大战期间,比利时、荷兰和德国出现一些地区性广播节目。正规的定时广播是从1920年开始的,两年以后,在美国约有600个广播台,100万听众。在英国,马可尼公司进一步试验,并于1922年5月在伦敦创办了著名的ZLD广播台。

无线电广播技术史上的一个最重要的进展方向是使用波长的不断缩短。

在20年代,所使用的波是长波和中波,许多国家完全依赖于中波,由于传播距离有限,不得不建立许多中继站。有些国家除中波外还利用长波,因为使用功率强大的发射机发射的长波,可以覆盖全国。

地面波传播理论使人们以为只有长波才能远距离传播,而波长在200米以下的短波,由于传播距离极短,不会有什么用处。可是,大批无线电业余爱好者由于在长波波段的活动受到限制,一心想在较短波长的波段内创造奇迹。

第一次大战结束后,那些入了迷的业余爱好者积极探索用短波通信的可能性,他们日以继夜地在家中安装无线电装置进行试验探索。1921年12月,在从美国到英国的试验中,利用200米波获得成功,从此短波广播成为长距离广播的主要方式。

与长波相比,短波传播可以做到有较强的方向性,因而用较低的功率就可以发射较远的距离。所以200米波广播试验成功后,对短波的研究进展很快,特别是荷兰的年轻工程师冯·贝茨利尔于1925年4月建造了一个波长约为30米的发射机,在5月13日的试验中,在印度尼西亚收到了这个发射机发射的信号。两个月后,在荷兰和印尼之间建立了短波无线电联系。

后来还发现,用特制的高频发射管制造的发射机可以向世界范围发射信号。1927年6月1日,荷兰女皇利用这种发射机向东、西印度群岛发表了广播讲话,这是第一个“世界广播系统”。从此,在长距离广播中,短波取代了长波。

利用波长更短的微波进行通信的研究早在20年代就开始了。1920年研制成功的巴克豪森板栅振荡器可以有效地发射40厘米的微波,引起了人们对微波的兴趣。1929年,法国人克拉维尔开始研究如何利用微波进行通信。1931年3月,克拉维尔和他的同事在加来和多佛尔之间40公里的距离上进行试验,证明了微波通信的高质量、独立、灵活和经济。1933年,他建立了英法之间的第一条商用微波无线电线路。20世纪40年代发现微波在对流层中的散射现象后,发展起微波超视距通信,它的特点是距离远、容量大、保密性好、适合于军事通信,但也有可靠性差和所需发射功率大等缺点。

信号装置

在广阔的原野上依靠看得见的信号进行通信是很古老的,从阿伽门农征服威廉这样一些军事指挥官,都曾使用烽火台打信号,传递胜利的消息。1588年,当西班牙的无敌舰队逼近边境时,英国以同样的方法报警。在近一个世纪之后,正是英王詹姆士二世任英国海军的最高统帅时,发明了军舰之间进行通信的一种早期的海军信号装置。

现代概念的电报是拿破仑战争的产物,在此战争中,法国人同时在几条战线上作战,在各个部队之间的快速通信成了至关重要的问题。1792年,法国革命委员会批准了专门为解决这个问题而设计的“光电报”,它是一个叫克洛德·夏普的工程师设计出来的。克洛德·夏普是法国革命的热情支持者,他和他的兄弟伊尼亚斯曾发明一种传递消息的系统,这种系统包括一根直立的杆子,杆子的顶端固定着一根横杆,横杆的两端各吊一个安装在支点上的较小的悬臂。夏普发明了一种“代码”,使这些臂处在不同的位置时代表不同的单词或字母。他提出,每隔约十英里的距离就立一根这样的杆子,每一台这样的信号机都用配有望远镜的官员来控制。他从邻近的信号装置获得消息,并将其沿路线传递下去。1793年,夏普发明了工程电报机,并奉令在巴黎和利尔之间建立起由一个一个的信号站连接成的通信路线。第一条消息——宣布俘虏勒凯努瓦——便是通过这条路线于1794年8月传到的。

到18世纪末,在巴黎、布雷斯特和斯特拉斯堡之间的通信路线已建立起来——后来夏普在法国建立的通信网长达3000英里。英国海军部照搬这种系统,建立了从伦敦到迪尔和朴次茅斯的电报线路(在风纪检查处的地图上随处可见的“电报山”,在那时初次开始修建)。在美国的波士顿地区也建立了一个类似的通信系统。

在理想的条件下,一则短的消息从伦敦传到迪尔只要一分钟,非常迅速。

但是夏普的系统非常浪费人力,而且容易受到气候条件的影响,甚至在尚未发明电报之前,它已经开始被废弃了,然而他的信号暗码却被许多国家的海军和童子军保留了下来。使用旗子作通信的媒介,铁路上使用的通信系统就是直接从他的这种想法发展起来的。夏普本人则因为这种发明的创举受到大量的诽谤,据说在1805年,他在一次抑郁症发作时自杀了。

电传打字电报机

研制电传打字电报机的前驱者克里德(1871~1957年),出生在加拿大诺瓦斯科夏的坎索附近。坎索的出名,是因为横跨大西洋的海底电缆最终通到那儿。克里德年轻时是那儿的一个报务员,他年轻时操作的机器,是用三个穿孔杆将莫尔斯电码打在一条纸带上:一个打点,一个打短横,一个打空。

在纸带上凿孔是用锤子敲打穿孔杆。对克里德来说,这是一种相当费力的工作,他下决心要简化这个工序。

待克里德于1897年旅行到格拉斯哥并为《格拉斯哥先驱报》工作时,他在用五先令租来的一间小屋里研制成功了第一台电传打字电报机,他是在索奇霍尔街用15先令买来的一台巴洛克打字机上进行实验的基础上研制成功的。克里德把这台打字机看作吉祥之物,毕生珍惜。

克里德设计的第一台仪器,旨在缩短将字母编成莫尔斯电码并将电码打在纸带上的过程,操作人员一按打字机的键,机器就对字母进行自动编码。

英国邮局在1902年买了12台这种仪器。但是在此后的20年左右,他很难说服人们接受他的发明,其原因大概是它虽然比现存的机器快,可是它的引进会使许多使用旧机器的熟练工人失业。

在20世纪20年代初期,自从克鲁姆于1907年制造出了一台样机以来,一直在独立地研究电传打字机的美国莫克鲁姆公司,终于制造出了一台机器。与此同时,德国的西门子——哈尔斯克公司也研制出了一台电传打字机。

这两种机器都采用一种基于五单位二进制码排列的新系统,五单位二进制码排列是鲍多特和一个新西兰农民默里研究成功的。五个键排成一行,垂直地横跨于纸带之上,可使所有的五个键或任何一个键在纸带上作记号。例如,如果第一、第四和第五个键在纸带上作记号,便构成字母B的编码。当这一行符号通过发射机的头部时,发射机便向接收机发出适当的电脉冲,然后由接收机将字母解码并印出来,这种电码至今还在使用。

《每日邮报》于1912年采用克里德的系统来同时发行此报的地方版。

克里德个子高大,具有强烈的清教徒的宗教信仰,雇员们在为他工作之前必须保证绝对戒酒。1930年3月8日,他在59岁的时候放弃了自己的公司的经理职务,因为他的雇员们坚持在星期天要到运动场上去玩。在放弃此职后,克里德继续搞发明。他最著名的发明是浮动机场或海面机场,他最不成功的发明是不能洗掉的染发剂,仅用来染过一次自己的胡子,染得五颜六色,洗也洗不掉。