美國業余無線電愛好者埃德蒙·B·達勒姆(呼號3VM)于1914年出現。這位技術嫻熟的“老火腿”(OM,業余無線電愛好者互稱)制作了兩臺接收機,使用一根12米高、22.5米長的T型天線,以30瓦功率在180米波段用莫爾斯電碼(CW)發射信號。資料來源:火花博物館。
一個漫長的故事(一)
如同任何科學故事一樣,若不考慮其誕生的社會經濟背景,我們就無法講述業余無線電的發展歷程。因此,在接下來的篇幅中,您不僅會看到業余無線電的歷史,還會了解到以某種方式推動無線電通信發展的其他發現和發明。
為尊重歷史,我們盡量使用當時的詞匯,例如“兆周”(Mc),該單位一直沿用至1960年國際單位制(SI)被采用為止。
本研究主要探討美國的業余無線電,不僅因為美國擁有全球最大的火腿群體(約占全球持照人數的30%),更因為許多業余無線電活動最初由美國人發起,隨后傳播到世界各地。
不過,為照顧國際業余無線電愛好者群體,我們也盡量兼顧其他國家的業余無線電歷史,如加拿大、英國、比利時和日本等。
由于這段歷史相當漫長且信息豐富,我們力求使其盡可能生動有趣,避免枯燥。為幫助您快速找到所需信息,以下先列出幾個關鍵日期和事件作為里程碑。
一切故事由此開始——
探索時代
讓我們回到過去。公元前900年,荷馬在《奧德賽》中描述了“一條工藝精湛的金鏈,串著如太陽般閃耀的琥珀珠”,這是佩內洛普收到的禮物。
公元前1世紀,在羅馬帝國,老普林尼記載了一種名為琥珀的物質的奇怪特性。
這種由樹木樹脂化石形成的黃色半透明寶石,可能是最早被認為具有治療耳聾和失明功效的礦石之一。燃燒時,其特有的松香味被視為具有凈化作用。
如今,這些琥珀滴的價格依然高昂,尤其是當它們包含侏羅紀或始新世時期生活在地球上的昆蟲、花朵等內含物時。例如,上面展示的標本距今約4000萬年!此特寫放大了2.5倍。
但這種石頭還有另一種更奇特的特性:用羊毛或毛皮摩擦后,它能吸引羽毛、樹葉和纖維等輕小物體。
公元前600年,著名的希臘哲學家米利都的泰勒斯將這種特殊特性稱為“elektron”,拉丁語“electrocus”(意為“通過摩擦琥珀產生”)以及現代詞匯“electricity”(電)均源于此。事實上,琥珀能夠儲存電荷并產生靜電放電。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
然而,直到19世紀,邁克爾·法拉第的研究才揭示了電與磁之間的真正聯系,但他的研究尚未與數學發展結合。因此,1873年,蘇格蘭人詹姆斯·克拉克·麥克斯韋以數學形式“重新構建”了這些概念,并提出了電磁波的存在。
如今,麥克斯韋方程組仍被用于計算波在電子管接收機或衛星天線中傳播的特性等應用。
麥克斯韋提出了“場”的基本概念,摒棄了以太中的電流體概念。他說:“場在整個天空中構成了一張網絡。”
這一特性使麥克斯韋能夠預言(電磁)波的存在。在場外,力無法發揮作用。正因如此,在廣播電臺的電磁場之外,我們無法接收到其發射的信號。
1844年:塞繆爾·莫爾斯發明電報
在莫爾斯發明電報之前,信號系統最初是口頭的,但除了哨聲、風聲或打擊樂器外,效率并不高。后來,信號系統轉為視覺信號。
18世紀末,法國人克勞德·查佩發明了信號旗(或“光學電報”),用于遠距離傳遞信息。信息中的字符由臂桿的位置定義。
這些信號站設置在塔頂或遠處的山丘上,操作員用旗幟或燈光將編碼信息從一個站點發送到另一個站點。但該系統存在局限性,在夜間、霧天或暴雨天氣幾乎無法使用。
19世紀,年輕的美國政府懸賞3萬美元,獎勵能發明覆蓋整個大西洋沿岸的更高效通信系統的發明家。
塞繆爾·芬利·布里斯·莫爾斯接受了這一挑戰。莫爾斯最初的職業生涯與電學或任何相關領域毫無關聯。
他生于1791年(沒錯,就是19世紀?。?,是一位畢業于耶魯學院的畫家和雕塑家,并于1823年開設了自己的藝術工作室。
傳說在1832年秋天,41歲的莫爾斯從歐洲乘“蘇利”號船返回美國途中,一次與乘客的交談中萌生了利用電進行遠距離通信的想法。
當時,船上的乘客正在討論邁克爾·法拉第最近發明的電磁鐵,莫爾斯由此理解了其工作原理,并開始思考是否可以通過電線發送編碼信息。
1835年至1836年間,莫爾斯發明了第一種代碼,該代碼由與字典關聯的數字組成,需配合按鍵使用以加快通信速度。
信息記錄在一條長長的移動紙帶上,要求操作員具備實時解碼和解讀信息的技能,并能將聽到的內容轉錄為數字和字母。但這還不是莫爾斯電碼,而是一種需要字典對單詞進行編碼的電報碼。
1837年12月,莫爾斯對自己的新系統有了足夠的信心,于是向聯邦政府申請撥款。次年,他在紐約和華盛頓展示了自己的電報系統。
然而,1837年的經濟災難引發了一場真正的恐慌,并隨之而來長期的經濟蕭條,沒有人對他的發明感興趣,莫爾斯不得不等待時機好轉。在此期間,他再次訪問歐洲,并在英國結識了查爾斯·惠斯通——一種競爭性電報系統的發明者。會面后,莫爾斯意識到自己的系統更簡單、更高效、更易用。
1838年1月,在阿爾弗雷德·維爾的幫助下,莫爾斯放棄了用數字代碼表示單詞的電報字典,轉而采用更簡單的解決方案:用一個或多個點和劃對每個字符進行編碼。這種方法無需對傳輸或接收的每個單詞進行編解碼。
1月6日,他使用一根5公里長的電導體,首次成功用新代碼傳輸了字母表中的字母。莫爾斯電碼誕生了(可惜流言蜚語隨之而來?。?/p>
莫爾斯電碼與電報
回顧一下,1835年發明的莫爾斯電碼是一種通過間歇性發送編碼信號來表示字母、數字和標點符號的系統,如下方展示的兩個示例所示。這些純音調比調制語音更容易在干擾(QRM)中傳播。
即使是5瓦的弱信號也能穿透干擾或衰落,這正是這種通信方式的強大之處。發送的字符與代表單詞或完整句子的縮寫關聯,以加快通信速度并降低出錯風險。關于摩爾斯電碼可參閱:
摩爾斯電碼(CW Morse Code)系列文章
但早在1854年,美國各地數百家電報公司就已按發送信息的長度收費。
1866年,西部聯合電報公司與美國電報公司合并,和所有歐洲電報公司一樣,它們推動了莫爾斯家族財富的增長。
如今,莫爾斯對自己的高效傳輸代碼充滿信心。1843年,他向國會提交了自己的發明,要求獲得3萬美元撥款,用于建設從華盛頓到60公里(40英里)外巴爾的摩的電報線路。
眾議院同意了這一請求,參議院在最后一次會議上通過了該法案。泰勒總統于3月3日簽署了文件,莫爾斯收到了建設第一條電報線路的資金。
工程師以斯拉·康奈爾本打算將電線鋪設在管道內,但莫爾斯發現國會議員F.O.J.史密斯購買的電線絕緣層有缺陷。隨著最后期限的臨近,為加快項目進度,康奈爾建議,連接華盛頓和巴爾的摩最快、最便宜的方法是將電線架設在樹木和電線桿上。無奈之下,莫爾斯同意了,電線就這樣掛在了電線桿上。
1844年5月24日,有線電報以一種戲劇性的方式誕生了。莫爾斯從華盛頓國會大廈的最高法院會議廳向巴爾的摩的鐵路 depot 站發送了電報信息“What hath God wrought ?”(“上帝創造了何等奇跡?”)。這條信息被記錄在一卷紙上,現仍保存在美國國會圖書館檔案中。
不久,一個使用新莫爾斯電碼的有線網絡連接了從新澤西到佛羅里達的城市。電報線路很快向西延伸。1850年,約20家電報公司在美國各地鋪設了約1.9萬公里(1.2萬英里)的電報線路。
1854年,美國最高法院支持莫爾斯對電報的專利主張。所有使用其系統的美國公司開始向莫爾斯支付特許權使用費。莫爾斯贏得了本世紀的大獎!
1855年,英國和法國為克里米亞戰爭修建了他們的第一條電報線路。政府首次能夠直接與戰場上的指揮官通信,新聞記者也首次從前線“電報”發回他們的報道。
1861年美國內戰期間,美軍認識到電報在其戰略中的重要作用,電報成為其主要戰術工具之一。
1858年:第一條跨大西洋電纜鋪設
1854年3月10日,第一家大西洋電報公司在紐約、紐芬蘭和倫敦成立,資本為150萬美元。
在歐洲,倫敦大西洋電報公司于1856年10月20日注冊,資本為35萬英鎊。
該公司的目標是在紐芬蘭和愛爾蘭之間鋪設一條電報電纜。美國政府授予該公司50年的電纜登陸壟斷權。
1858年起,第一條跨大西洋電纜開始鋪設。該電纜由7股22 BWG銅線組成。在克服和解決了許多困難后,電報電纜于1858年8月投入使用。據記載,“在1858年10月20日電纜最終失效前,共發送了732條信息。”
與此同時,為發展與漁業相關的經濟,1861年挪威議會(Stortinget)撥款將電報線路從瑟爾沃根延伸至勒斯特、韋呂和羅弗敦半島,創建了挪威首個漁業電報服務。
根據瑟爾沃根的挪威電信博物館記載,這些 臺站只在捕魚季節開放四個月。1868年,羅弗敦線路與挪威主要網絡連接,從1873年起,瑟爾沃根電報站全年開放。
這一舉措提高了羅弗敦漁業對漁民、商人和國家的收益,在這些漁村附近創造了許多新就業機會。電報增強了漁民的安全(如向他們發送氣象預報),并通過提供魚類位置信息改善了他們的工作。
1906年,該網絡與全國其他地區連接,北歐首個無線電報服務由此誕生。
在跨大西洋通信取得有限成功后,歐洲和美國之間的通信于1866年恢復。1865年斷裂的電纜被打撈修復,很快兩條電纜投入使用。到1880年,兩大洲之間鋪設的海底電報電纜估計已達16萬公里(10萬英里)!
塞繆爾·莫爾斯于1872年4月2日在紐約市去世,享年81歲。他被安葬在布魯克林的格林伍德公墓。可以說,他是所有“靜默鍵”(Silent Key,已故業余無線電愛好者)的先驅,從字面意義和象征意義上來說都是如此。
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