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马可尼发明无线电的经过

马可尼发明无线电的经过马可尼于1896 年取得第一张无线电专利证后,与他的机件合影和签名式,时年22 岁,照片左方是火花发射机,右方是凝聚检波器接收机,下方两根横金属条是天线,(Guglieimo Marconi, 1874.4.25-1937.7.20 )西元1896 年6 月2 日,意大利人「古利莫.马可尼」(GUGLIELMO MARCONI) 取得英国第12039 号发明无线电的专利证,距今刚好一百周年。

马可尼最疼爱的幼女「依乐德」(ELETTRA) 以及全球无线电界,每年都有纪念活动,并特定今(1995) 年为「马可尼年」。

为让读者了解无线电通讯术的由来及其与业余无线电的关系,本刊谨以特稿描述当年马氏发明无线电过程中克难奋斗的情形,并追踪其发明无线电的学理根据及逸闻,以兹纪念。

马可尼的诞生西元1874 年4 月25 日,有一个天禀异相的婴儿,在意大利北部的「波隆那」(BOLOGNA) 诞生了,这便是无线电鼻祖「马可尼」氏。

他生下来就有一对大耳朵,好像预言道这是人类有史以来第一对收听千里外声音的耳朵。

他以22 岁的稚龄发明了无线电通讯术,跟着发明定向天线、雷达等。

地也是最先使用无线电话和传真(FAX) 的人,在科学智识只具雏形的一百年前,他能在无中生有的条件下,发明今日与我人生活不可分离的无线电,委实不可思议,莫怪他和「爱迪生」,同被誉为本世纪最辉煌的发明家。

马氏的家世马氏家中富有,父亲「吉西比」(GIUSEPPE) 是位成功的商业家,第一任妻子生一男孩时(LUIGI),因难产而逝世;第二任妻子是位美丽温柔的爱尔兰籍(IRELAND) 音乐教师,名叫「安妮」(ANNIE),也即是马氏的生母。

安妮生二男孩,大孩名叫「阿方索」(ALPHONSO),次男便是马氏,二人相差9 岁,所以马氏就成安妮的宠儿。

母子二人相依为命,情深似海,母亲的照顾和鼓励,在马氏研发无线电的过程中,影响极为深远。

马氏幼年的实验马氏的父亲望子成龙,由于马氏幼年时没考取海军学校,老马指责马氏的「玩具」是荒废学业的祸源,见之便毁弃不误。

有一回,马氏模仿「富兰克林」的试验,用风筝将天上的电引下来,不慎将整排当绝缘子用的名贵瓷餐碟打碎,老马气得半死。

马氏自幼心中崇拜二位英雄。

其一是美国开国元勋兼科学家的「富兰克林」(BENJAMIN FRANKLIN, 170 6-1790),他以用风筝引电而著名;第二位是英国电磁学先驱「法拉第」(MICHAEL FARADAY,1791-186 7),现今电容器的单位,就是以他的名字来纪念的。

由于此二人的影响,马氏乃醉心电磁学。

他很自豪,不时对青梅竹马的玩伴「黛丝」(DAISY PRESCOTT) 表妹说「我的电」如何如何,口气可不小。

在自制的玩意见中,他最喜爱的是一风雨预告警铃。

这是一具用锌制的架子,放置在屋顶上,用来吸收暴风雨前的静电,再用电线引至一个电铃上,在暴风雨来袭前后,铃声会大作。

马氏迟到12 岁时,才上正统的学校,他有些害羞,不时随母亲回英国娘家,以致意大利语说得不太好,为同学欺侮,不久便退学去考海军,而未被录取,已如前述。

到13 岁时,幸而进了「利富乐技术学院」(LIVORNO TECHNICAL INSTITUTE)。

此时他才正式接触物理和化学的课程,且深深爱上了这两门科目。

就在这时,又巧遇一位年老的盲眼报务员,而学会了摩斯电码,这一技能对马氏日后发展无线电通讯帮助极大。

随后马氏投考「波隆那大学」,又是名落孙山和捱老父一顿臭骂。

马氏虽然没有上正式学校很多,可是他的学识不输给任何人。

他因为经常躲在他父亲的私人图书馆中,博览群书,增加了不少智识,奠定了往后的发展。

为了要躲避父亲的责骂,马氏在花园中找到一个秘密地点,作为他的试验室。

每当试验有成果时,会喜不自禁的报告给母亲知道。

安妮对他的试验虽然一窍不通,但见到儿子的成就,也就同享其乐,并且瞒着丈夫,在阁楼上觅一隐闭的房间给马氏做实验室,这房间只有马氏和安妮可以进去。

安妮的另一高招是说服一位在「波隆那大学」教物理,名叫「利菲」教授(PROF. RIGHI) 的邻居,给马氏予以指导。

利菲教授允许马氏使用学校的实验室,和将仪器借回家,亦可使用学校的图书馆。

马氏乘此良机,一口气将馆内全部有关电学的书籍阅毕。

马氏第一个大突破-- 赫兹的论文直到1894 年,马氏的试验才有了突破性的发展,是年他尚不足20 岁,和他长兄一道去「阿尔卑斯山」(ALPS) 渡假时,读到德国物理学家「赫兹」(HEINRICH HERTZ, 1857-1894) 的一篇重要论文,该文详述他如何以实验方法证明英国科学家「麦克斯威尔」(JAMES C. MAXWELL, 1831-1879) 所说的电磁波确实存在,并说电磁波是以光波速度前进,可以穿透真空、空气、液体和固体。

年轻聪明的马氏立即领悟到,这个电磁波可以作为传递讯息之用。

随即匆匆结束假期,赶回家中的实验室,动脑筋设法将这构想付诸实施。

他的第一步骤是重复赫兹的实验,虽然也经过多次失败,最后竟给他成功了,这带给他莫大的鼓励,虽然通讯距离只有可怜约二、三公分而已。

赫兹的实验如下图所示,左方是电波产生(发射)机,右方是电波接收机。

发射机是利用诱导线圈产生高电压,在火花隙之间产生火花。

接收机则简单到只用一根金属线弯成一圆环,两端不相接而仅留一小隙。

当发射机跳火花时,接收机也会产生一个较弱的火花。

发射机与接收机之间除空气外,没有任何东西相连。

赫兹的实验,左方是发射部份,右方的圆环是接收部份,当左方跳火花时,右方也会受感应而跳火花,左右两者之间除空气外,无任何连接。

这对收发机经马氏不断地改良,通讯距离增加到隔壁的房间,再从楼上到楼下,并可按响一电铃和启动用于有线电报的摩斯电码印码机。

次一步便是将接收机移至室外,马氏在阁楼上发,他的二哥阿方索则在外面收。

距离越来越远,唯有打旗号表示收到讯号;后来距离远至隔一小山,QSL (收讯证实)只得用枪声来表示。

马氏第二个大突破-- 凝聚检波器此时马氏所遭遇的困难,和我们现今者相同,就是接收机的灵敏度不够高。

适在这时,法国一位物理学家「白兰利」(EDOUARD BRANLY,1844-1940),发明了一个「凝聚检波器」(COHERER)- 这是一内装金属粉末的玻璃管,两端接电线,平时电不通,当受电波影响时,就会通电,管内的粉末也会凝聚,故名。

马氏将之改良来替代接收机上的火花隙,因而灵敏度大增,这是第二大突破。

马可尼初期的火花发射和接收机;左方的是发,右方是收。

马氏第三突破-- 天地线当时对电波的理论观念是波长短的电磁波,只能直线放射,而且距离有限,波长长的电波则可以绕山越岭。

电波之能在空中进行,是因为太空中有一种叫「以太」(ETHER) 的东西存在。

长的电波理所当然要用大而长的导体,才能有效地发射出去。

所以马氏用一大片金属,接在火花隙的一端,并高高的挂在树上,火花隙的另一端则接在地上,电波的强度竟增加数倍超过二公里之遥,这个既惊震又欣喜的现象,是马氏第三个大突破,也是天地线的起源。

自从有了天地线之后,进度神速,效果惊人。

接着,他发现,当一台发射机在发射时,放置在不同地点的二台接收机,可以同时收到电讯。

这不就是广播的起源吗?这时马氏只不过是一个21 岁的少年郎,他的成就说服了父亲,老马也慷慨解囊拿钱出来给他买器材。

马氏原先的计划是想将发明献给意大利政府,但是他们当时却致力于架设陆上电线和海底电缆,并认为无线电这玩意见太虚玄,不实用而推辞,这件事予马氏和老马打击很大。

失望之余,马氏的爱尔兰籍母亲安妮认为,去英国较有更多的机会。

乃于1896 年,母子二人带了一大批古离古怪的器材,启程去英国。

在进口时,海关官员一见此血气方刚的青年,携带了这些不知所云的电线、电瓶等危险物品,吓得魂不附体,以为又是一个恐怖份子入境。

因为在他们记忆犹新的脑海中,美国的林肯总统于1865 年被刺身亡;法国卡洛总统(PRESIDENT SADI CARNOT) 只不过在两年前被一个意大利籍的无政府主义者所谋杀;英国维多利亚女王(1819-1901) 亦被人开了三枪。

莫怪海关人员将这些原始的无线电拆得粉碎,逐件严格检查。

所以马氏抵达英国后第一件事是花了数星期的时间,修理装配这些器材。

马可尼发明的火花发射机实物图。

马氏很有商业头脑,害怕他人会窃取他的发明,所以马上便去申论专利。

1896 年2 月,也即足足一百年前,取得有史以来,有关无线电的第一张专利证,号码是12039。

时年马氏只有22 岁而已。

跟着于次年成立「无线电报及讯号有限公司」,后更名为「马可尼公司」(MARCONI COMPANY),并发行股票上市。

( 注:原杂志上有这张专利证的图,但因为不清楚,略去此图。

)马氏到英国之初,默默无闻,幸赖他母亲的人事关系,得以在名流贵族前,表演他的新发明,观者赞不绝口,尤以英国邮政局的总工程师「布利司」氏(WILLIAM PREECE),独具慧眼,认为此玩意见大有作为,前途无量。

答应全力支持并广为演说宣传,也让马氏在邮政总局的屋顶上架设天线。

马氏和中国驻英大使马氏在英国的表演,很为成功,美中不足的是所有表演都在英国本土的陆地上进行,若果能超越海洋作国际通讯,岂不是更可显示无线电的功能。

终于在1899 年3 月间,成功地自英海岸「多佛市」(DOVER) 东北角的一个名叫「南福伦」(SOUTH FORELAND) 的悬崖灯塔内,和距离45 公里的法国「永莫锐」(WIMEREAU) 完成通讯。

这次示范,传达了数百通电讯,也惊震欧陆,引起更多公候名士,络绎不绝前往参观设在「南福伦」的电台。

有一天,三位贵宾联袂往访,他们是英国贸易部总裁、邮政司秘书长和中国驻英大使(名待查)。

是日恰逢狂风暴雨,无法通讯,马氏歉咎之余,只得以雪茄烟、啤酒和雨伞酬宾,亦一佳话也。

马氏曾经访问过我国,我国政府亦于1936 年,特颁「秉玉大勋章」(THE ORDER OF BRILLIANT JADE),以表扬其功绩。

在二十世纪初期前,越洋交通主要是靠轮船,从欧洲到美洲,行程约需一星期至十天之久,尤有甚者,轮船一出海即音讯全无,一直要等到抵达目的地后,乃将消息经海底电缆传回出发点。

万一中途遇上狂风暴雨、冰山而出事,可真是呼救无门,或就此永远失踪,所以在当时,坐船出海是一件冒着生命危险的大事,而无线电的发明无异是海上的救星。

最先装无线电的是英国军舰,就在马氏通越英法海峡的同一年,有两艘军舰通讯的距离可达120 公里之遥。

无线电史上第一个QRM在此之前,马氏的发展主要都在英国周围。

又在这一年(1899),举世瞩目的美国杯帆船赛在纽约举行。

马氏藉此良机,在两艘机船上装了无线电机,随赛船作现场实况报导。

这空前未有的一招,引起美国人士的重视,也就奠定随后成立的「美国马可尼公司」(AMERICAN MARCONI COMPANY) 的基石。

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