美国业余无线电爱好者埃德蒙·B·达勒姆(呼号3VM)于1914年出现。这位技术娴熟的“老火腿”(OM,业余无线电爱好者互称)制作了两台接收机,使用一根12米高、22.5米长的T型天线,以30瓦功率在180米波段用莫尔斯电码(CW)发射信号。资料来源:火花博物馆。
一个漫长的故事(一)
如同任何科学故事一样,若不考虑其诞生的社会经济背景,我们就无法讲述业余无线电的发展历程。因此,在接下来的篇幅中,您不仅会看到业余无线电的历史,还会了解到以某种方式推动无线电通信发展的其他发现和发明。
为尊重历史,我们尽量使用当时的词汇,例如“兆周”(Mc),该单位一直沿用至1960年国际单位制(SI)被采用为止。
本研究主要探讨美国的业余无线电,不仅因为美国拥有全球最大的火腿群体(约占全球持照人数的30%),更因为许多业余无线电活动最初由美国人发起,随后传播到世界各地。
不过,为照顾国际业余无线电爱好者群体,我们也尽量兼顾其他国家的业余无线电历史,如加拿大、英国、比利时和日本等。
由于这段历史相当漫长且信息丰富,我们力求使其尽可能生动有趣,避免枯燥。为帮助您快速找到所需信息,以下先列出几个关键日期和事件作为里程碑。
一切故事由此开始——
探索时代
让我们回到过去。公元前900年,荷马在《奥德赛》中描述了“一条工艺精湛的金链,串着如太阳般闪耀的琥珀珠”,这是佩内洛普收到的礼物。
公元前1世纪,在罗马帝国,老普林尼记载了一种名为琥珀的物质的奇怪特性。
这种由树木树脂化石形成的黄色半透明宝石,可能是最早被认为具有治疗耳聋和失明功效的矿石之一。燃烧时,其特有的松香味被视为具有净化作用。
如今,这些琥珀滴的价格依然高昂,尤其是当它们包含侏罗纪或始新世时期生活在地球上的昆虫、花朵等内含物时。例如,上面展示的标本距今约4000万年!此特写放大了2.5倍。
但这种石头还有另一种更奇特的特性:用羊毛或毛皮摩擦后,它能吸引羽毛、树叶和纤维等轻小物体。
公元前600年,著名的希腊哲学家米利都的泰勒斯将这种特殊特性称为“elektron”,拉丁语“electrocus”(意为“通过摩擦琥珀产生”)以及现代词汇“electricity”(电)均源于此。事实上,琥珀能够储存电荷并产生静电放电。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
然而,直到19世纪,迈克尔·法拉第的研究才揭示了电与磁之间的真正联系,但他的研究尚未与数学发展结合。因此,1873年,苏格兰人詹姆斯·克拉克·麦克斯韦以数学形式“重新构建”了这些概念,并提出了电磁波的存在。
如今,麦克斯韦方程组仍被用于计算波在电子管接收机或卫星天线中传播的特性等应用。
麦克斯韦提出了“场”的基本概念,摒弃了以太中的电流体概念。他说:“场在整个天空中构成了一张网络。”
这一特性使麦克斯韦能够预言(电磁)波的存在。在场外,力无法发挥作用。正因如此,在广播电台的电磁场之外,我们无法接收到其发射的信号。
1844年:塞缪尔·莫尔斯发明电报
在莫尔斯发明电报之前,信号系统最初是口头的,但除了哨声、风声或打击乐器外,效率并不高。后来,信号系统转为视觉信号。
18世纪末,法国人克劳德·查佩发明了信号旗(或“光学电报”),用于远距离传递信息。信息中的字符由臂杆的位置定义。
这些信号站设置在塔顶或远处的山丘上,操作员用旗帜或灯光将编码信息从一个站点发送到另一个站点。但该系统存在局限性,在夜间、雾天或暴雨天气几乎无法使用。
19世纪,年轻的美国政府悬赏3万美元,奖励能发明覆盖整个大西洋沿岸的更高效通信系统的发明家。
塞缪尔·芬利·布里斯·莫尔斯接受了这一挑战。莫尔斯最初的职业生涯与电学或任何相关领域毫无关联。
他生于1791年(没错,就是19世纪!),是一位毕业于耶鲁学院的画家和雕塑家,并于1823年开设了自己的艺术工作室。
传说在1832年秋天,41岁的莫尔斯从欧洲乘“苏利”号船返回美国途中,一次与乘客的交谈中萌生了利用电进行远距离通信的想法。
当时,船上的乘客正在讨论迈克尔·法拉第最近发明的电磁铁,莫尔斯由此理解了其工作原理,并开始思考是否可以通过电线发送编码信息。
1835年至1836年间,莫尔斯发明了第一种代码,该代码由与字典关联的数字组成,需配合按键使用以加快通信速度。
信息记录在一条长长的移动纸带上,要求操作员具备实时解码和解读信息的技能,并能将听到的内容转录为数字和字母。但这还不是莫尔斯电码,而是一种需要字典对单词进行编码的电报码。
1837年12月,莫尔斯对自己的新系统有了足够的信心,于是向联邦政府申请拨款。次年,他在纽约和华盛顿展示了自己的电报系统。
然而,1837年的经济灾难引发了一场真正的恐慌,并随之而来长期的经济萧条,没有人对他的发明感兴趣,莫尔斯不得不等待时机好转。在此期间,他再次访问欧洲,并在英国结识了查尔斯·惠斯通——一种竞争性电报系统的发明者。会面后,莫尔斯意识到自己的系统更简单、更高效、更易用。
1838年1月,在阿尔弗雷德·维尔的帮助下,莫尔斯放弃了用数字代码表示单词的电报字典,转而采用更简单的解决方案:用一个或多个点和划对每个字符进行编码。这种方法无需对传输或接收的每个单词进行编解码。
1月6日,他使用一根5公里长的电导体,首次成功用新代码传输了字母表中的字母。莫尔斯电码诞生了(可惜流言蜚语随之而来!)。
莫尔斯电码与电报
回顾一下,1835年发明的莫尔斯电码是一种通过间歇性发送编码信号来表示字母、数字和标点符号的系统,如下方展示的两个示例所示。这些纯音调比调制语音更容易在干扰(QRM)中传播。
即使是5瓦的弱信号也能穿透干扰或衰落,这正是这种通信方式的强大之处。发送的字符与代表单词或完整句子的缩写关联,以加快通信速度并降低出错风险。关于摩尔斯电码可参阅:
摩尔斯电码(CW Morse Code)系列文章
但早在1854年,美国各地数百家电报公司就已按发送信息的长度收费。
1866年,西部联合电报公司与美国电报公司合并,和所有欧洲电报公司一样,它们推动了莫尔斯家族财富的增长。
如今,莫尔斯对自己的高效传输代码充满信心。1843年,他向国会提交了自己的发明,要求获得3万美元拨款,用于建设从华盛顿到60公里(40英里)外巴尔的摩的电报线路。
众议院同意了这一请求,参议院在最后一次会议上通过了该法案。泰勒总统于3月3日签署了文件,莫尔斯收到了建设第一条电报线路的资金。
工程师以斯拉·康奈尔本打算将电线铺设在管道内,但莫尔斯发现国会议员F.O.J.史密斯购买的电线绝缘层有缺陷。随着最后期限的临近,为加快项目进度,康奈尔建议,连接华盛顿和巴尔的摩最快、最便宜的方法是将电线架设在树木和电线杆上。无奈之下,莫尔斯同意了,电线就这样挂在了电线杆上。
1844年5月24日,有线电报以一种戏剧性的方式诞生了。莫尔斯从华盛顿国会大厦的最高法院会议厅向巴尔的摩的铁路 depot 站发送了电报信息“What hath God wrought ?”(“上帝创造了何等奇迹?”)。这条信息被记录在一卷纸上,现仍保存在美国国会图书馆档案中。
不久,一个使用新莫尔斯电码的有线网络连接了从新泽西到佛罗里达的城市。电报线路很快向西延伸。1850年,约20家电报公司在美国各地铺设了约1.9万公里(1.2万英里)的电报线路。
1854年,美国最高法院支持莫尔斯对电报的专利主张。所有使用其系统的美国公司开始向莫尔斯支付特许权使用费。莫尔斯赢得了本世纪的大奖!
1855年,英国和法国为克里米亚战争修建了他们的第一条电报线路。政府首次能够直接与战场上的指挥官通信,新闻记者也首次从前线“电报”发回他们的报道。
1861年美国内战期间,美军认识到电报在其战略中的重要作用,电报成为其主要战术工具之一。
1858年:第一条跨大西洋电缆铺设
1854年3月10日,第一家大西洋电报公司在纽约、纽芬兰和伦敦成立,资本为150万美元。
在欧洲,伦敦大西洋电报公司于1856年10月20日注册,资本为35万英镑。
该公司的目标是在纽芬兰和爱尔兰之间铺设一条电报电缆。美国政府授予该公司50年的电缆登陆垄断权。
1858年起,第一条跨大西洋电缆开始铺设。该电缆由7股22 BWG铜线组成。在克服和解决了许多困难后,电报电缆于1858年8月投入使用。据记载,“在1858年10月20日电缆最终失效前,共发送了732条信息。”
与此同时,为发展与渔业相关的经济,1861年挪威议会(Stortinget)拨款将电报线路从瑟尔沃根延伸至勒斯特、韦吕和罗弗敦半岛,创建了挪威首个渔业电报服务。
根据瑟尔沃根的挪威电信博物馆记载,这些 台站只在捕鱼季节开放四个月。1868年,罗弗敦线路与挪威主要网络连接,从1873年起,瑟尔沃根电报站全年开放。
这一举措提高了罗弗敦渔业对渔民、商人和国家的收益,在这些渔村附近创造了许多新就业机会。电报增强了渔民的安全(如向他们发送气象预报),并通过提供鱼类位置信息改善了他们的工作。
1906年,该网络与全国其他地区连接,北欧首个无线电报服务由此诞生。
在跨大西洋通信取得有限成功后,欧洲和美国之间的通信于1866年恢复。1865年断裂的电缆被打捞修复,很快两条电缆投入使用。到1880年,两大洲之间铺设的海底电报电缆估计已达16万公里(10万英里)!
塞缪尔·莫尔斯于1872年4月2日在纽约市去世,享年81岁。他被安葬在布鲁克林的格林伍德公墓。可以说,他是所有“静默键”(Silent Key,已故业余无线电爱好者)的先驱,从字面意义和象征意义上来说都是如此。
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