第451章 無線電(一)

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    【要利用電磁波實現信息傳遞,首先得要能夠產生攜帶你所想傳遞信息的電磁波。
    有線電報在發報時,除了在電路中傳遞特定的電信號,其實也在無形中產生了特定的電磁波。
    當導線中有變化的電流時,就會在其周圍空間產生變化的電磁場,從而形成電磁波。
    但是這種電磁波強度太低了,並且局限在電路導線周圍。
    所以實現無線電通訊的第一步是加強電磁波信號強度和傳播距離。
    以二戰時期的無線發報機為例。
    發報員通過電鍵來控製電路的通斷。
    按照點和劃的不同組合,按下電鍵產生相應的電脈衝信號。
    不過電鍵產生的電脈衝信號是低頻信號。
    低頻信號波長很長,根據電磁輻射理論,天線的尺寸與發射信號的波長可相比擬時,才能有效地輻射電磁波。
    以電鍵產生電脈衝的頻率,與之相匹配的天線長度得達到約七十五萬米。
    這肯定不現實,而不用與之相匹配的天線,那電磁波傳輸的距離就比較近,就不能實現超遠距離通信。
    所以得要將發報員按下電鍵時產生的低頻信號變成高頻短波的信號。
    無線發報機裏的振蕩器就是這個作用。
    它的內部電子元件和工作原理較為複雜。
    是基於電子管、電感、電容等元件組成的電路。
    首先是電容,這是一種能夠儲存電荷和電場能量的電子元件,可以理解為非常小的電池。
    它由兩個相互靠近的導體極板)和中間的絕緣介質組成。
    這個絕緣介質可以是空氣,也就是將電容的兩個極板間隔開就行,而兩個極板是導電材料就行,可以是銅。
    當給電容加上電壓時,電源會將電子從一個極板轉移到另一個極板,使得一個極板帶正電,另一個極板帶負電,如此兩個極板之間形成電場,從而儲存電荷和電場能量。
    當電容不再充電時,兩個帶正負電荷的極板會將儲存的電荷釋放出來,兩個極板的正負電荷會趨於平衡,這就是電容放電的原理。
    再接著是電感。
    電感是一種借助電生磁原理,能夠把電能轉化為磁能並儲存起來的電子元件,就是一個小銅線圈。
    當線圈中的電流發生變化時,磁場也會隨之變化,從而在線圈中產生感應電動勢,從而推動電路中的電流。
    將電感和電容接到一個電路中來。
    先通電給電容充電,充滿後切換開關,讓電容和電感形成回路。
    這時的電容就會因為正負電荷差開始自行放電。
    同一時間電感流通過電容放出的電,形成電流流向的感應電動勢,從而推動電流。
    而電容放電過程中的電流是越來越小的,但是電容的兩個極板正負電荷平衡停止放電時,電感的感應電動勢不會立即消失,而是會繼續像有慣性一般推動一下電流,從而讓理應停止放電的電容又充了一下電。
    充了一下電的電容兩個極板正負電荷又不平衡了,就有了電勢差,從而又能放一下電。
    放電後,電感因為電流流向改變,產生的感應電動勢對電流的推力也會改變方向。
    從而又因為帶慣性一般給原本再一次放完了電的電容又充了下電。
    這個回路如此反複多次後放電充電後,最終會在電感的感應電動勢能量損耗完以後停止。
    而這個在電路中反複充放電的過程,釋放出的就是一個由長到短的上下振蕩電磁波。
    就像玻璃球落地彈起,再落地再彈起,直至反作用力耗盡完全靜止。
    而如何讓這種電磁振蕩持續下去呢?
    方法就是讓電路反複給電容充電再斷電。
    這裏就要依靠更複雜的電路和其它電子元件幫助了。
    首先是npn型三極管。
    它可以將微弱的電信號放大到所需的幅度,又可作為電子開關使用,控製電路的通斷。
    三極管具有發射區、基區和集電區三個區域。
    npn型三極管由三層半導體構成。
    最外層的兩層是n型半導體,中間夾著一層p型半導體。
    n型半導體是在純淨的矽元素中摻入磷、砷等雜質形成的半導體。
    p型半導體是在純淨的矽元素中摻入硼、鋁等雜質元素形成的半導體。
    為什麽選這幾種元素來做半導體就不細說了,解釋起來太複雜,涉及原子化合價的電子得失與表現出的電學特性,沒個大半章說不清,就當天幕將原理什麽的都講透了,這裏就寫我學習後理解的,也是大家多少能看懂的。)
    三極管的基極大於發射極0.7v就能克服電阻實現電路導通,流入基極的電流控製集電極流向發射極的電流,這個電流是流入基極電流的一定倍數。
    也就是發射極最終通過的電流是基極加集電極之和,從而實現了對電信號的放大。
    最後是電阻。
    其由具有一定電阻率的材料製成,如碳膜、金屬膜、線繞等。
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    這些材料決定了電阻的阻值和性能。
    在電壓一定時,電阻越大,電流越小。
    通過合理選擇電阻值,可以將電路中的電流限製在需要的範圍內。
    通過多個電阻組合,獲得所需不同電壓,結合三極管特性,就能實現電路的通電或電流衰減。
    最終由電容、電感、三極管、電阻組成特定電路後,就能組成一個可以不斷產生高頻振蕩電磁波的振蕩器。
    擁有了高頻率可超遠距離傳播的電磁波後,發報員通過按下和鬆開電鍵,控製電碼信號經由天線發送出去。
    天線具備接收電磁波並轉化為電信號的能力。
    於是結合蜂鳴器,接收端的無線電報機就能以蜂鳴器發出短長音的方式,接收到遠處無線電報機發出的電磁信號。
    這就是最簡單的有實用價值的無線電通訊裝置。
    當然這裏麵還有電源也是必須的,但因為不需要電路作為信號傳輸渠道,所以電源可以是電池、手搖發電機,或者是接入電線作為電源。
    不過也說了,這是最簡單的無線電,通過增加功率放大器、調製器,無線電發報機的能力還將進一步被挖掘出來。
    這還隻是電報機的能力挖掘,無線電本身的作用極其重要且廣泛,後續科技發展將逐漸擴大無線電應用,最終實現信息化宏大而璀璨的時代。
    不過也因為太過宏大顯得很遙遠,現下還是先講講無線電發報機怎麽提升功能和實用性吧。】
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