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【要利用电磁波实现信息传递,首先得要能够产生携带你所想传递信息的电磁波。

有线电报在发报时,除了在电路中传递特定的电信号,其实也在无形中产生了特定的电磁波。

当导线中有变化的电流时,就会在其周围空间产生变化的电磁场,从而形成电磁波。

但是这种电磁波强度太低了,并且局限在电路导线周围。

所以实现无线电通讯的第一步是加强电磁波信号强度和传播距离。

以二战时期的无线发报机为例。

发报员通过电键来控制电路的通断。

按照点和划的不同组合,按下电键产生相应的电脉冲信号。

不过电键产生的电脉冲信号是低频信号。

低频信号波长很长,根据电磁辐射理论,天线的尺寸与发射信号的波长可相比拟时,才能有效地辐射电磁波。

以电键产生电脉冲的频率,与之相匹配的天线长度得达到约七十五万米。

这肯定不现实,而不用与之相匹配的天线,那电磁波传输的距离就比较近,就不能实现超远距离通信。

所以得要将发报员按下电键时产生的低频信号变成高频短波的信号。

无线发报机里的振荡器就是这个作用。

它的内部电子元件和工作原理较为复杂。

是基于电子管、电感、电容等元件组成的电路。

首先是电容,这是一种能够储存电荷和电场能量的电子元件,可以理解为非常小的电池。

它由两个相互靠近的导体(极板)和中间的绝缘介质组成。

这个绝缘介质可以是空气,也就是将电容的两个极板间隔开就行,而两个极板是导电材料就行,可以是铜。

当给电容加上电压时,电源会将电子从一个极板转移到另一个极板,使得一个极板带正电,另一个极板带负电,如此两个极板之间形成电场,从而储存电荷和电场能量。

当电容不再充电时,两个带正负电荷的极板会将储存的电荷释放出来,两个极板的正负电荷会趋于平衡,这就是电容放电的原理。

再接着是电感。

电感是一种借助电生磁原理,能够把电能转化为磁能并储存起来的电子元件,就是一个小铜线圈。

当线圈中的电流发生变化时,磁场也会随之变化,从而在线圈中产生感应电动势,从而推动电路中的电流。

将电感和电容接到一个电路中来。

先通电给电容充电,充满后切换开关,让电容和电感形成回路。

这时的电容就会因为正负电荷差开始自行放电。

同一时间电感流通过电容放出的电,形成电流流向的感应电动势,从而推动电流。

而电容放电过程中的电流是越来越小的,但是电容的两个极板正负电荷平衡停止放电时,电感的感应电动势不会立即消失,而是会继续像有惯性一般推动一下电流,从而让理应停止放电的电容又充了一下电。

充了一下电的电容两个极板正负电荷又不平衡了,就有了电势差,从而又能放一下电。

放电后,电感因为电流流向改变,产生的感应电动势对电流的推力也会改变方向。

从而又因为带惯性一般给原本再一次放完了电的电容又充了下电。

这个回路如此反复多次后放电充电后,最终会在电感的感应电动势能量损耗完以后停止。

而这个在电路中反复充放电的过程,释放出的就是一个由长到短的上下振荡电磁波。

就像玻璃球落地弹起,再落地再弹起,直至反作用力耗尽完全静止。

而如何让这种电磁振荡持续下去呢?

方法就是让电路反复给电容充电再断电。

这里就要依靠更复杂的电路和其它电子元件帮助了。

首先是NpN型三极管。

它可以将微弱的电信号放大到所需的幅度,又可作为电子开关使用,控制电路的通断。

三极管具有发射区、基区和集电区三个区域。

NpN型三极管由三层半导体构成。

最外层的两层是N型半导体,中间夹着一层p型半导体。

N型半导体是在纯净的硅元素中掺入磷、砷等杂质形成的半导体。

p型半导体是在纯净的硅元素中掺入硼、铝等杂质元素形成的半导体。

(为什么选这几种元素来做半导体就不细说了,解释起来太复杂,涉及原子化合价的电子得失与表现出的电学特性,没个大半章说不清,就当天幕将原理什么的都讲透了,这里就写我学习后理解的,也是大家多少能看懂的。)

三极管的基极大于发射极0.7V就能克服电阻实现电路导通,流入基极的电流控制集电极流向发射极的电流,这个电流是流入基极电流的一定倍数。

也就是发射极最终通过的电流是基极加集电极之和,从而实现了对电信号的放大。

最后是电阻。

其由具有一定电阻率的材料制成,如碳膜、金属膜、线绕等。

这些材料决定了电阻的阻值和性能。

在电压一定时,电阻越大,电流越小。

通过合理选择电阻值,可以将电路中的电流限制在需要的范围内。

通过多个电阻组合,获得所需不同电压,结合三极管特性,就能实现电路的通电或电流衰减。

最终由电容、电感、三极管、电阻组成特定电路后,就能组成一个可以不断产生高频振荡电磁波的振荡器。

拥有了高频率可超远距离传播的电磁波后,发报员通过按下和松开电键,控制电码信号经由天线发送出去。

天线具备接收电磁波并转化为电信号的能力。

于是结合蜂鸣器,接收端的无线电报机就能以蜂鸣器发出短长音的方式,接收到远处无线电报机发出的电磁信号。

这就是最简单的有实用价值的无线电通讯装置。

当然这里面还有电源也是必须的,但因为不需要电路作为信号传输渠道,所以电源可以是电池、手摇发电机,或者是接入电线作为电源。

不过也说了,这是最简单的无线电,通过增加功率放大器、调制器,无线电发报机的能力还将进一步被挖掘出来。

这还只是电报机的能力挖掘,无线电本身的作用极其重要且广泛,后续科技发展将逐渐扩大无线电应用,最终实现信息化宏大而璀璨的时代。

不过也因为太过宏大显得很遥远,现下还是先讲讲无线电发报机怎么提升功能和实用性吧。】

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