接收器百年创新史选编(上)

电子万花筒 2019-11-13 09:39

电子万花筒

电子元器件、电子猎头、技术资讯平台三大核心业务组成

虽然很多人都对早期无线技术的发展做出了贡献,但古列尔莫•马可尼 (Guglielmo Marconi) 却是其中的佼佼者。虽然他以无线技术而闻名,但很多人并不熟悉他在20世纪初创建的无线技术事业。在20世纪的头20年中,他建立了一项至关重要的事业,使无线世界走向了今天的方向。



图1. 马可尼展示他的技术。

虽然他的商业化技术并不是最新的技术,而且技术发展迅速,但该技术已经足够好了,因为他想到了办法,知道如何利用现有技术来创造一个新的行业。20世纪初,殖民主义走向终结,战争和灾难大规模爆发;1912年4月,皇家邮轮泰坦尼克号沉没。值此世界大乱之际,马可尼着手部署一个全球网络,以便以无线方式发送和转发信息。泰坦尼克号沉没后,无线技术在救援幸存者和传播事故新闻方面发挥了积极作用,提升了这一新兴技术的重要性。

公众都意识到了无线技术的重要性,尤其是后来成为美国海军部长的约瑟夫•丹尼尔斯 (Joseph Daniels)。在美国及其他地区,像丹尼尔斯这样的领导认为,应将无线电国有化,确保他们在战争期间能使用无线电。必须记住,在此期间,唯一可用的频谱低于 200 kHz左右。至少有一段时间,事情是朝着这个方向发展的,但在第一次世界大战之后,政府对无线技术的控制减弱,不过,这是在形成政府特许垄断权并因此成立美国无线电公司 (RCA) 之后。

根据我们的推测,马可尼时代的无线电非常原始。发射器采用火花隙装置(后来才使用机械交流发电机)产生射频,但在接收端,系统完全是无源的,由天线、谐振式LC调谐器和某种检波器组成。我们很快就会讨论这些检波器,但在当时,它们可能是机械式的,也有可能是化学式的或有机式的。其中一些系统通过电池对它们进行简单的偏置,但不提供任何电路增益,不同于今天。这些系统的输出被提供给某种头戴式耳机,把信号转换成音频,这种音频总是非常弱,不过是简单的咔哒声或嗡嗡声。

因为这些系统未在接收端提供增益,所以其有效范围取决于发射功率的大小、接收器的质量、操作员在调整方面的经验,当然还有大气条件。马可尼意识到,在可合理预测有效范围的情况下,可以建立一个站点网络,在大洲和大洋之间可靠地传递信息。其中包括在陆上和海上安装设备。马可尼开始在全球各地和海上安装无线电台,包括在客船和货船上。通过在航海船只上安装无线电系统,他不仅使这些船只能与其在岸上的商业利益相关者进行沟通,而且还能在必要的地方提供中继和冗余,从而马可尼填补了其网络中的关键空白。

马可尼拥有的一项技术是早期的真空管。真空管公认的发明者约翰•安布罗斯•弗莱明(John Ambrose Fleming) 曾为马可尼公司工作,但弗莱明和马可尼当时分析认为,他们现有的技术足以检测无线电信号。此外,他们认为,他的发现虽有好处,但尚不值得为阀管运行投入额外的资金或电池。马可尼已经拥有了数种信号检测技术,与阀管不同,这些技术不需要高功率来运行灯丝和加热板。因此,他们开始时放弃了这种技术。



图2. 首批弗莱明管原型。

然而,所谓的无线电之父李•德•福雷斯特 (Lee de Forest) 捡起这种技术,意识到了其巨大的潜力。通过在灯丝和加热板之间插入帘栅极,他不仅可以整流信号,还能控制加热板中的电流量。这就实现了放大。尽管有证据表明,他并不理解其三极管的工作原理,但他确实意识到了其巨大的潜力,并尽力发挥这一发明的优势,不但将其作为一项技术,同时也作为与马可尼的发明类似的一种增值服务。

通过建立各种企业,德•福雷斯特尝试制造和销售他的真空管,并建立了与马可尼类似的无线网络。然而,这些企业注定要失败,不是因为技术不好,而是因为德•福雷斯特的商业伙伴往往不够诚实,而且常常让他独自为别人的错误承担责任。最后,德•福雷斯特不得不卖掉自己发明的权利,让其他人享受该发明带来的利润。



图3. 第一个德•福雷斯特音频三极管

埃德温•阿姆斯特朗 (Edwin Armstrong) 是早期率先认识到真空管各种可能性的人之一。他还在上高中的时候,家里一位朋友就送了一个德•福雷斯特三极管给他玩。阿姆斯特朗已经获得了无线技术专家的声誉,还在家里建了自己的无线电台,他很快就想到办法,知道如何利用该装置开发出更好的接收器。在大学期间,他继续开发这项技术,并开发出了再生式接收器,与当时所有无线电台采用的无源系统相比,该接收器具有卓越的性能。大卫•沙诺夫 (David Sarnoff) 是美国马可尼公司的高级人物。与马可尼本人长期建立的合作关系,专注的敬业精神,使他在公司快速崛起。刚开始时,沙诺夫就在AMC跑跑腿,在马可尼一次访美时,偶然遇到了马可尼。沙诺夫给马可尼留下了深刻印象,马可尼为他在公司的发展创造了条件,最终,沙诺夫先后成为AMC和RCA的高级领导。在参观纽约工程实验室时,他偶然遇到了阿姆斯特朗。得益于阿姆斯特朗渊博的无线技术知识及其再生式接收器的强大功能,二人建立起了长期的职业合作关系和个人关系。

第一次世界大战爆发时,阿姆斯特朗感到责任的召唤,应征入伍。但当时,他已经享有无线技术专家的声誉,因而没有被派往作战岗位,而是被派往法国,为各地的作战部队检修和安装无线电台。他的职责使他能使用设备、实验室和各种技术,还能附带地继续从事研究活动。在1918年初的一次空袭中,他获得一系列发现,使他合成了超外差接收器。整个1918年,他全力发展自己的概念,到11月,他与一群亲密的朋友会面,展示了超外差无线电的原型。朋友们印象深刻,敦促他继续开发。到1918年底,战争行将结束,在返回美国之前,阿姆斯特朗于1918年12月30日申请了法国专利。回到美国后,他用了几周时间才从一场疾病中恢复过来,使他推迟了提交美国专利申请。最终,1919年2月8日,他为超外差接收器申请了美国专利。



图4. 埃德温•阿姆斯特朗 (Edwin Armstrong) 和妻子马里昂 (Marion) 带着第一台便携式收音机度蜜月

虽然马可尼在无线技术愿景方面只关注两方电报承载的商业信息,沙诺夫的愿景则要广阔得多—把信号发给多方。开始时,沙诺夫的愿景并未得到广泛认同,但其他人最终意识到,这项新技术提供了一种方法,借助该方法可以轻松实现新闻和娱乐节目的远距离传送,包括传送到美国的农村地区。为了推动实现这一愿景,沙诺夫和他的团队想到一个办法,准备于1921年7月2日广播 Dempsey 与 Carpentier 的拳击比赛。此次广播活动的成功使其他人看到了我们今天所熟知的这种广播无线电的巨大潜力。然而,当时的真正挑战是技术性的。

早期的收音机很难使用,并且功能不佳。阿姆斯特朗、沙诺夫和美国无线电公司的故事就从这里继续下去。通过之前发展的关系和RCA获得的专利,包括超外差接收器专利,无线电技术已经大大简化,能实现便携,人人都可轻松使用。从技术角度来看,超外差架构是这一成就的关键,时至今日,也是基本如此。

检波器

无线电必须通过某种方式,产生承载着有意义的信息的输出信号。在早期,这就是在接收环形天线中产生的共振火花。人们很快就意识到,需要用一种更敏感的方式,把辐射能转换成有意义的信号。早期的技术存在很大的局限性,通常利用多种属性,包括化学、机械和电气等属性。

最开始时,使用的首批检波器中有一款被称为金属屑检波器,这款检波器是以一个名叫爱德华•布兰里 (Édouard Branly) 的法国人的发现为基础开发的。该金属屑检波器由两块金属板构成,金属板之间的间距很小,注入一定量的金属粉。当射频信号到达金属板时,金属粉会吸附到金属板上,使电路闭合。这种方式对检波非常有效,但是,一旦射频信号撤离,金属粉会继续吸附在金属板上。为解决这个问题,安排了某种敲击器,用于敲击装置侧面,强制去除金属板上的金属粉。由于这个原因,这种原始检波器虽然有效,但使用起来却非常笨重。尽管如此,到了1907年,人们还在使用这种检波器。



图5. 金属屑检波器



图6. 金属屑接收器原理图

一种更实用的解决方案是电解检波器。这种装置由浸入硫酸或硝酸溶液的一条超细铂丝组成。用电池将该电路偏置到电解点。这会在铂丝表面上形成气泡,使电流下降。如果射频电流耦合到该电路中,它将调制电解点并使电流随耦合射频信号的强弱变化。这项技术由费森登 (Fessenden) 开发,1903年至1913年间被人们广泛使用。德•福雷斯特基于这种技术开发了一种变体,被称为应答器,由浸入过氧化铅溶液中的两块金属板构成。



图7. 电解检波器



图8. 电解无线电接收器

马可尼更喜欢被称为磁检波器的另一种方案。这些装置被用户亲切地称为玛吉。它们的工作原理是,形成一个无端钢丝环,使钢丝环呈圆形旋转的同时借助永磁体使其磁化。钢丝磁化部分通过与天线相连的线圈。该线圈中的射频场根据存在的接收信号电平对钢丝去磁。然后,通过另一个线圈拾取钢丝磁场的变化,该线圈连接到耳机,耳机负责提供听得见的射频信号。直到1912年,所有马可尼装置都使用这种方案,包括泰坦尼克号上的装置。



图9. 像马可尼那样使用的磁检波器



图10. 磁检波器无线电原理图

另一类常见的检波器是晶体检波器,一直流行到1925年。这类流行器件通常被称为晶须(cat whisker),基本上是由各类矿物制成的早 期半导体结。典型的矿物包括方铅矿(PbS)、黄铁矿 (FeS2)、辉钼 矿 (MoS2) 和碳化硅 (SiC)。

在金属杯制作这些岩石的小样,用细线在岩石上形成点接触。可以移动该点接触,放在岩石的各个位置,以发现最佳工作点。当今的市场上仍有晶体收音机销售,电路与100年前的电路完全相同,只是半导体二极管制成品取代了晶须。晶体检波器的一个优点是,这些装置提供更多的线性检波,这在AM广播发展之初变得非常重要。这使语音通信成为可能,而早期的传输仅由莫尔斯电码发送。



图11. 方铅矿晶须检波器



图12. 典型晶体管收音机原理图

另一类检波器是由一名为马可尼工作的工程师在1904年构建的。约翰•安布罗斯•弗莱明 (John Ambrose Fleming) 发现,通过在爱迪生白炽灯泡上添加一块板,就形成了一个通常被称为整流器或整流阀的装置。马可尼和安布罗斯认为,他们现有的检波方案(通常为玛吉)的效果优于弗莱明整流阀,于是,他们暂时中止了寻找更好方案的努力,直到1912年之后才重启此项工作。

然而,包括德•福雷斯特在内的其他人却看到了该方案的直接价值,他们在弗莱明和马可尼的基础上继续探索,在灯丝与加热板之间添加了一个帘栅极。这项工作成功申请专利,并于1906年正式发布。虽然德•福雷斯特意识到了他的发明对改进收音机的价值,但他无法利用这一点,部分是因为商业伙伴的不端行为,部分是因为针对其专利的各种侵权案件。

上半部分就分享到这里,下半部分我们将分享“接收器架构的过去和现在”,敬请期待!


射频微信群

   本系列射频技术交流群目前处于发展阶段,群内人数不多,但技术交流非常活跃,学术氛围非常好,因为群内成员对群的理念非常认同,所以活跃度非常高!!

     群内成员方向组成:射频、微波、天线、雷达、通信FPGA等

   群特点:成员活跃度高、全程零广告只专注技术问题的交流!另外就是真正的隐形大牛多- - ! 

   群理念:只为技术交流和帮助他人解决技术问题而存在!!

   欢迎您的加入,这里只有最纯粹的技术交流和好的讨论氛围,不管您是大牛小牛还是学生党,让我们通过交流学习,一起促进电子技术行业的蓬勃发展吧!

射频微信群

1仅限技术入群

2.群全程零广告

3.乐于指导他人

入群先加群主微信号
电子万花筒

电子工程师最爱的公号

欢迎关注分享我们




平台自营(电子元器件、国外禁运器件、工业、军工级芯片、停产缺料冷门器件 品牌涵盖数百种,Xilinx ALTERA TI ADI NXP CYPRESS LT 等主流器件品牌)任何器件.包括BOM清单.欢迎咨询小编团队,原装正品保证!价格美美的!小编微信:293580331


电子万花筒 电子万花筒,每个电子工程师都在关注的综合型技术与行业服务平台!
评论
  • 曾经听过一个“隐形经理”的故事:有家公司,新人进来后,会惊讶地发现老板几乎从不在办公室。可大家依旧各司其职,还能在关键时刻自发协作,把项目完成得滴水不漏。新员工起初以为老板是“放羊式”管理,结果去茶水间和老员工聊过才发现,这位看似“隐形”的管理者其实“无处不在”,他提前铺好了企业文化、制度和激励机制,让一切运行自如。我的观点很简单:管理者的最高境界就是——“无为而治”。也就是说,你的存在感不需要每天都凸显,但你的思路、愿景、机制早已渗透到组织血液里。为什么呢?因为真正高明的管理,不在于事必躬亲,
    优思学院 2025-03-12 18:24 81浏览
  • 本文介绍Android系统主板应用配置默认获取管理所有文件权限方法,基于触觉智能SBC3588行业主板演示,搭载了瑞芯微RK3588芯片,八核处理器,6T高算力NPU;音视频接口、通信接口等各类接口一应俱全,支持安卓Android、Linux、开源鸿蒙OpenHarmony、银河麒麟Kylin等操作系统。配置前提在配置前,建议先将应用配置成系统应用,不然配置后系统每次重启后都会弹窗提示是否获取权限。应用配置成系统应用,可参考以下链接方法:瑞芯微开发板/主板Android系统APK签名文件使用方法
    Industio_触觉智能 2025-03-12 14:34 54浏览
  • 引言汽车行业正经历一场巨变。随着电动汽车、高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶技术的普及,电子元件面临的要求从未如此严格。在这些复杂系统的核心,存在着一个看似简单却至关重要的元件——精密电阻。贞光科技代理品牌光颉科技的电阻选型过程,特别是在精度要求高达 0.01% 的薄膜和厚膜技术之间的选择,已成为全球汽车工程师的关键决策点。当几毫欧姆的差异可能影响传感器的灵敏度或控制系统的精确性时,选择正确的电阻不仅仅是满足规格的问题——它关系到车辆在极端条件下的安全性、可靠性和性能。在这份全面指南中,我们
    贞光科技 2025-03-12 17:25 92浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖作为全球AI领域的黑马,DeepSeek成功搅乱了中国AI大模型市场的格局。科技大厂们选择合作,接入其模型疯抢用户;而AI独角兽们则陷入两难境地,上演了“Do Or Die”的抉择。其中,有着“大模型六小虎”之称的六家AI独角兽公司(智谱AI、百川智能、月之暗面、MiniMax、阶跃星辰及零一万物),纷纷开始转型:2025年伊始,李开复的零一万物宣布转型,不再追逐超大模型,而是聚焦AI商业化应用;紧接着,消息称百川智能放弃B端金融市场,聚焦AI医疗;月之暗面开始削减K
    华尔街科技眼 2025-03-12 17:37 145浏览
  • 本文介绍OpenHarmony4.1系统开发板,出现打不开WiFi和蓝牙的问题排查和解决方法。触觉智能Purple Pi OH鸿蒙开发板演示,搭载了瑞芯微RK3566四核处理器,1TOPS算力NPU;Laval鸿蒙社区推荐并通过了开源鸿蒙XTS认证,成功适配OpenHarmony3.2、4.0、4.1、5.0 Release系统,SDK源码全开放!WiFi打不开缺少WiFi固件在WiFi打不开时我们可以通过使用串口工具查看WiFi打印信息:这条log主要说明了打开固件文件失败,说明了在/vend
    Industio_触觉智能 2025-03-12 14:32 53浏览
  •        随着人工智能算力集群的爆发式增长,以及5.5G/6G通信技术的演进,网络数据传输速率的需求正以每年30%的速度递增。万兆以太网(10G Base-T)作为支撑下一代数据中心、高端交换机的核心组件,其性能直接决定了网络设备的稳定性与效率。然而,万兆网络变压器的技术门槛极高:回波损耗需低于-20dB(比千兆产品严格30%),耐压值需突破1500V(传统产品仅为1000V),且需在高频信号下抑制电磁干扰。全球仅有6家企业具备规模化量产能力,而美信科
    中科领创 2025-03-13 11:24 40浏览
  • 北京时间3月11日,国内领先的二手消费电子产品交易和服务平台万物新生(爱回收)集团(纽交所股票代码:RERE)发布2024财年第四季度和全年业绩报告。财报显示,2024年第四季度万物新生集团总收入48.5亿元,超出业绩指引,同比增长25.2%。单季non-GAAP经营利润1.3亿元(non-GAAP口径,即经调整口径,均不含员工股权激励费用、无形资产摊销及因收购产生的递延成本,下同),并汇报创历史新高的GAAP净利润7742万元,同比增长近27倍。总览全年,万物新生总收入同比增长25.9%达到1
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:23 47浏览
  • 前言在快速迭代的科技浪潮中,汽车电子技术的飞速发展不仅重塑了行业的面貌,也对测试工具提出了更高的挑战与要求。作为汽车电子测试领域的先锋,TPT软件始终致力于为用户提供高效、精准、可靠的测试解决方案。新思科技出品的TPT软件迎来了又一次重大更新,最新版本TPT 2024.12将进一步满足汽车行业日益增长的测试需求,推动汽车电子技术的持续革新。基于当前汽车客户的实际需求与痛点,结合最新的技术趋势,对TPT软件进行了全面的优化与升级。从模型故障注入测试到服务器函数替代C代码函数,从更准确的需求链接到P
    北汇信息 2025-03-13 14:43 40浏览
  • DeepSeek自成立之初就散发着大胆创新的气息。明明核心开发团队只有一百多人,却能以惊人的效率实现许多大厂望尘莫及的技术成果,原因不仅在于资金或硬件,而是在于扁平架构携手塑造的蜂窝创新生态。创办人梁文锋多次强调,与其与大厂竞争一时的人才风潮,不如全力培养自家的优质员工,形成不可替代的内部生态。正因这样,他对DeepSeek内部人才体系有着一套别具一格的见解。他十分重视中式教育价值,因而DeepSeek团队几乎清一色都是中国式学霸。许多人来自北大清华,或者在各种数据比赛中多次获奖,可谓百里挑一。
    优思学院 2025-03-13 12:15 47浏览
  • 在追求更快、更稳的无线通信路上,传统射频架构深陷带宽-功耗-成本的“不可能三角”:带宽每翻倍,系统复杂度与功耗增幅远超线性增长。传统方案通过“分立式功放+多级变频链路+JESD204B 接口”的组合试图平衡性能与成本,却难以满足实时性严苛的超大规模 MIMO 通信等场景需求。在此背景下,AXW49 射频开发板以“直采+异构”重构射频范式:基于 AMD Zynq UltraScale+™ RFSoC Gen3XCZU49DR 芯片的 16 通道 14 位 2.5GSPS ADC 与 16
    ALINX 2025-03-13 09:27 32浏览
  • 在海洋监测领域,基于无人艇能够实现高效、实时、自动化的海洋数据采集,从而为海洋环境保护、资源开发等提供有力支持。其中,无人艇的控制算法训练往往需要大量高质量的数据支持。然而,海洋数据采集也面临数据噪声和误差、数据融合与协同和复杂海洋环境适应等诸多挑战,制约着无人艇技术的发展。针对这些挑战,我们探索并推出一套基于多传感器融合的海洋数据采集系统,能够高效地采集和处理海洋环境中的多维度数据,为无人艇的自主航行和控制算法训练提供高质量的数据支持。一、方案架构无人艇要在复杂海上环境中实现自主导航,尤其是完
    康谋 2025-03-13 09:53 44浏览
  • 2025年,科技浪潮汹涌澎湃的当下,智能数字化变革正进行得如火如荼,从去年二季度开始,触觉智能RK3562核心板上市以来,受到了火爆的关注,上百家客户选用了此方案,也获得了众多的好评与认可,为客户的降本增效提供了广阔的空间。随着原厂的更新,功能也迎来了一波重大的更新,无论是商业级(RK3562)还是工业级(RK3562J),都可支持NPU和2×CAN,不再二选一。我们触觉智能做了一个艰难又大胆的决定,为大家带来两大重磅福利,请继续往下看~福利一:RK3562核心板149元特惠再续,支持2×CAN
    Industio_触觉智能 2025-03-12 14:45 26浏览
  • 一、行业背景与需求痛点智能电子指纹锁作为智能家居的核心入口,近年来市场规模持续增长,用户对产品的功能性、安全性和设计紧凑性提出更高要求:极致空间利用率:锁体内部PCB空间有限,需高度集成化设计。语音交互需求:操作引导(如指纹识别状态、低电量提醒)、安全告警(防撬、试错报警)等语音反馈。智能化扩展能力:集成传感器以增强安全性(如温度监测、防撬检测)和用户体验。成本与可靠性平衡:在复杂环境下确保低功耗、高稳定性,同时控制硬件成本。WTV380-P(QFN32)语音芯片凭借4mm×4mm超小封装、多传
    广州唯创电子 2025-03-13 09:24 41浏览
  • 文/杜杰编辑/cc孙聪颖‍主打影像功能的小米15 Ultra手机,成为2025开年的第一款旗舰机型。从发布节奏上来看,小米历代Ultra机型,几乎都选择在开年发布,远远早于其他厂商秋季主力机型的发布时间。这毫无疑问会掀起“Ultra旗舰大战”,今年影像手机将再次被卷上新高度。无意臆断小米是否有意“领跑”一场“军备竞赛”,但各种复杂的情绪难以掩盖。岁岁年年机不同,但将2-3年内记忆中那些关于旗舰机的发布会拼凑起来,会发现,包括小米在内,旗舰机的革新点,除了摄影参数的不同,似乎没什么明显变化。贵为旗
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:30 60浏览
  • 一、行业背景与用户需求随着健康消费升级,智能眼部按摩仪逐渐成为缓解眼疲劳、改善睡眠的热门产品。用户对这类设备的需求不再局限于基础按摩功能,而是追求更智能化、人性化的体验,例如:语音交互:实时反馈按摩模式、操作提示、安全提醒。环境感知:通过传感器检测佩戴状态、温度、压力等,提升安全性与舒适度。低功耗长续航:适应便携场景,延长设备使用时间。高性价比方案:在控制成本的同时实现功能多样化。针对这些需求,WTV380-8S语音芯片凭借其高性能、多传感器扩展能力及超高性价比,成为眼部按摩仪智能化升级的理想选
    广州唯创电子 2025-03-13 09:26 33浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦