天线历史的亮点

文摘   科学   2022-03-04 20:28  

摘要:

纵观整个无线电电子学发展史,我认为天线的重要性高于电子管,可以同晶体管相提并论。我这样讲的理由是:(1)天线使无线成为可能,没有电子管照样可以有无线电,没有晶体管也照样可以有无线电。(2)天线人1909年获诺贝尔物理学奖,晶体管发明者1956年才获诺贝尔物理学奖。


众所周知,天线是德国物理学家赫兹发明的。但是,很少人知道赫兹从来没用过天线这个词称呼天线,赫兹用导体或电路来称呼天线。赫兹不认为天线有什么实用价值。赫兹关注的是物理学中波的辐射、振荡、反射、折射、极化等。


英国人最早用单词Aerial/Aerials来称呼天线。Aerial/Aerials的原意是平行于地面的线。Antenna/Antennae来自于意大利语,原意是指立于地面支撑帐篷的杆子。无线电之父意大利人马可尼发明的单极子天线就是立在地上。因为马可尼的权威地位,他用Antenna/Antennae来称呼天线,大家也就跟着他用Antenna/Antennae了。


美国人认为复数Antennae是指昆虫的触角,建议复数用Antennas。所以,今天你会发现有人用Antennas,也有人用Antennae。当今,马可尼的影响力已不复存在,一些保守的、有学问的英国人又开始使用Aerial/Aerials,一个典型的例子就是1979Peter Gibson发表的 The Vivaldi Aerial.


我们中国人将Aerial/AerialsAntenna/Antennae称为天线实在是高、妙、信、达、雅。但是,时至今日,我们也无从得知是哪一位先贤首先使用天线这个名词,这难免会让像我这样的中国天线人有些许遗憾。


天线进入中国已近120年。有人讲天线最早由英国人引入到广州,用于与香港联系。也有人讲天线最早由英国人引入到上海。更有人讲天线由袁世凯最早引入到天津用于军事用途。不过有一点可以确定的是,前交通大学张廷金校长早在1917年前就在交通大学立起了天线,建起了无线电实验室,为中国无线电/天线事业的发展开辟鸿蒙。如今,华为“鸿蒙”又让交通大学美名扬。


去年我用【天线的学问】为题为我国两家著名的移动通信天线公司举办技术讲座主要讲授封装天线技术。今年我继续用【天线的学问】为题开办高端讲座,其中技术层面内容向广向深转换,整体内容也扩展到覆盖天线的人文与历史及未来愿景。


今年讲座的第一讲是【天线的学问】的历史篇,侧重于天线历史上的亮点。此文是此次讲座的摘要。讲座将回顾从天线纪元始到满第一个百年间,天线作为“器”的发明与发展。不谈天线的“术”与“用”的历史,但是会穿插着天线历史上大“道”至简的著名公式。


天线的创世纪阶段(1887-1900年),我将重点介绍大英帝国洛奇爵士(Sir Oliver Lodge)与鲍斯爵士(Sir Jagadish Bose) 发明的透镜天线(借鉴光学)与喇叭天线(借鉴声学)。当然,我也会提到赫兹发明的偶极子与环天线及马可尼(借鉴电力学,引入地的概念)发明的单极子天线。


天线大跃进阶段(1901-1969年),除了提及广为人知的两款新发明的电天线(1926年八木-宇田及1946年螺旋天线),我将重点介绍英国天才工程师布卢姆林 (Alan Blumlein) 烈士1938年所发明的缝隙天线。我会给予缝隙天线与偶极子天线在天线历史上同等的地位。缝隙天线不仅仅增加了天线作为“器“的类型,也极大地丰富了天线“道”的内容。缝隙天线直接孕育了后来提出的天线设计三大原理(电磁巴比涅原理、自互补性原理、自相似性原理)。布卢姆林涉及的领域非常广泛,包括天线、电路、电声、电视、雷达等。尤其因1931年发明的立体声而闻名天下。罹难74年后(2015年)获IEEE里程碑,罹难76年后(2017年)还获得技术格莱美奖(由儿子代领)。青年时获伦敦帝国理工学院录取,学习两年就获一等荣誉学位毕业。学生期间写了两篇论文,有一篇获IEE最佳论文奖。同事评价他拥有超一流的脑袋。此外,我也会为谢昆诺夫与朱兰成先生在这一阶段完成天线“道”的工作大唱赞歌。


天线添新丁阶段(1970-1986年),微带天线毫无疑问是唯一的主角,配角有介质谐振器天线与平面倒F型天线等。


最后,我会首次推出天线封神榜、早期天线研发圣地、经典天线等我个人的看法。重要的是,我会得出一个别人从未提及的宏大结论(The Grand Conclusion as the Finishing Touch!),那就是:天线强则国家强,国家强则天线强!请记住这一宏大结论。

 

天线人物封神榜

赫兹

马可尼、布劳恩、洛奇、鲍斯

宇田、布卢姆林、谢昆诺夫、克劳斯、朱兰成、拉姆齐、金、芒森

注:宇田在他生命的尽头,想在他的坟墓里建造一个八木-宇田天线。但在坟墓里建造天线也太奇怪了,于是宇田家人在他身后所修建墓碑上雕刻有八木-宇田天线的图案。

 

早期天线研发圣地

英国伦敦大学(UCLICLKCL)、利物浦大学

德国卡尔斯鲁厄大学

日本东北大学

美国MITHarvardOhio UIUC

注:伦敦大学学院(UCL)的老师与学生向世界贡献了有线电(贝尔)、无线电(洛奇、弗莱明、鲍斯、八木,前二位是马克尼科技顾问)、光纤通信(高锟)。伦敦大学帝国学院(ICL)的学生布卢姆林发明了缝隙天线,诺贝尔奖获得者加博发明了全息技术。伦敦大学国王学院(KCL)是麦克斯韦完成他电磁学研究的地方。

 

经典天线

电磁学:偶极子、单极子、环、缝隙、八木-宇田、螺旋、非频变、微带

借鉴光学:反射面、透镜

借鉴声学:喇叭、波导、Vivaldi


The Antennas Academy
天线科学与技术,无线网络与通信,射频电路与系统