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电子元件家族史之无线电装置 来自电子土拨鼠 与非网博客

2019年03月24日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2711字 ⁄ 字号 评论关闭

      从电容先生的成长故事,到电感小姐的蜕变历史,再到Mr.Capacitor和Ms.Inductor完美演绎的振荡器,电子元件家族史正在逐渐丰富起来。由于无线电装置的组成之简单,并且与电容和电感的深厚渊源,值得在这部家族史中留下闪亮的一笔。

一些有关于无线电发明的争议趣史

  • 1893年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中,他描述并演示了无线电通信的基本原理。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,尼古拉·特斯拉在美国获得了无线电技术的专利。
  • 1898年,马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂,雇佣了大约50人。
  • 1901年,俄国发明家波波夫也来凑热闹,声称自己发明了无线电。
  • 1904年,美国专利局将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利。
  • 1909年,马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩(Karl Ferdinand Braun)由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。
  • 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。

一起来复习——无线电的概念

      无线电是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,是其中的一个有限频带,上限频率 在300GHz(吉赫兹),下限频率较不统一, 在各种射频规范书中, 常见的有三种:3KHz~300GHz(ITU-国际电信联盟规定), 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz。

无线电收发装置在哪里?

      看不见的无线电波通常跨越数百万公里的距离在空中传送音乐、谈话、图片和数据——这种无线电波每天都以成千上万种不同的方式进行。虽然无线电波对人而言是看不见且完全不被察觉的,但它们却完全改变了整个社会。从手机、无绳电话、收音机、微波炉、车库门遥控器和遥控玩具,到电视广播、无线互联网、业余无线电、警用无线电、雷达和卫星通信,都是我们身边的无线电装置。

     收音机的原理,简单的说就是把从天线接收到的高频信号经检波(解调)还原成音频信号,送到耳机或喇叭变成音波。

      一部典型的手机包含发射器和接收器,且两者同时在不同的频率下工作。手机与手机塔通信,可以在3-5公里范围内传输。

无线电技术的通信密语

      无线电的原理其实简单得令人难以置信,正是因为这种简单,大约在19世纪末20世纪初,使得几乎所有人都可以进行早期的实验。请看下面的示例: 
   拿一个新的9伏电池和一个硬币。找出一台AM收音机,调到只能听到静音的刻度位置。然后拿着电池靠近天线,并用硬币迅速敲打电池两端(这样可在一瞬间将它们连接起来)。您会从收音机中听到噼啪声,这是由硬币的接通和断开而产生的。

      通过用硬币轻敲9伏电池的两端,就可以产生AM收音机可以接收的无线电波了。电池与硬币的组合就构成了一个无线电发射器。它不能传输任何有用的信息(只是静电),也不能传输很远的距离(仅仅是几厘米,因为没有针对距离作出优化)。但是如果使用这种静电敲出摩尔斯电码,事实上您就可以利用这种原始的装置和几厘米之外的人进行通信。

DIY你的无线电发射器

首先,任何无线电装置都由两部分组成:

  • 发射器
  • 接收器

      发射器携带某种信息(可能是某人说话的声音、电视机图像、无线调制解调器的数据或其他内容),将其编码到正弦波上,通过无线电波传输。 接收器接收无线电波,从接收到的正弦波上对信息进行解码。发射器和接收器都使用天线来发射和捕获无线电信号。

      要制作一个简单的无线电发射器,您需要做到的就是在导线中制造出快速变化的电流。您可以通过迅速接通和断开电池而做到这一点,如下: 

 
      连接电池时,导线中的电压是1.5伏,断开时,电压是0伏。 通过迅速接通和断开电池,形成一个在0-1.5伏之间变化的方波。
      更好的方法是在导线中形成连续变化的电流。 最简单的(也是最平滑的)连续变化的波形是正弦波,如下图所示: 

     正弦波在两个电压之间平滑振荡,例如,在10伏和-10伏之间。
      形成正弦波并使其在导线中流动,这就制造出了简单的无线电发射器。形成正弦波非常简单,只需要使用几个电子元件——一个电容器和一个电感器就能够制造出正弦波,通过几个晶体管将电波放大成强大的信号(有关详细信息,请参见上一期的振荡器原理,此处是一个简单的晶体管原理图)。通过把信号传送到天线上,就可以向空中发射正弦波。

DIY你的无线接收器

      在强AM信号的情况下,只需要用两个部件和一些导线就能够制作一个无线电接收器。步骤非常简单——以下就是需要的元件:

  • 二级管——只需花大约1美元就可以在Radio Shack连锁店买一个二极管。 部件号为276-1123的就可以。
  • 两根导线——需要大约15-20米长的导线。Radio Shack部件号为278-1224最好,不过其实任何导线也可以。
  • 小金属桩用于接地(或者发射器附近有防护轨或金属栅栏也可以利用)。
  • 晶体耳机——不幸的是Radio Shack不单独卖。 但是,Radio Shack出售晶体收音机套件(部件号28-178),包含有耳机、二极管、导线和调谐器(不用紧挨着发射器就可以使设备工作),总价为10美元。

现在需要找到AM无线电发射塔并还要在其附近(即1.6公里范围内),这样才能使设备正常工作。 您可按以下步骤去做:

  • 将金属桩接地,或者找到金属栅栏。剥掉3米长导线末端的绝缘层,并将其缠绕10圈绑在桩/栏杆上以确保牢固连接。这是地线。
  • 将二极管连接在地线的另一端。
  • 再取另一根导线,3-6米长,将其一端接到二极管的另外一端上。这根导线是作为天线的。要将其放在地上或挂在树上,但必须保证裸露的一端不能接触到地面。
  • 将耳塞的引线连接到二极管的任一端,如图所示: 

          此时,如果将耳塞放到耳朵里,就可以听到无线电台了——这可能就是最简单的无线电接收器了。您刚才所用的天线可以接收所有的无线电信号,但是由于距离某个发射器非常近,所以这一点无关紧要。 附近的信号以数百万倍的强度压制了任何其他信号。 因为距离发射器足够近,天线同样也接收到大量的能量——这些能量足够驱动耳机。因此,不需要调谐器或电池或任何其他东西。如前所述,二极管充当了AM信号检波器的角色。 因此尽管缺少调谐器和放大器,您还是能够听到电台发射的声音~~

          无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在,无线电有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。   

     

     

     

     

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