卡爾_布勞恩：改進無線電報的物理學家

1、卡爾布勞恩：改進無線電報的物理學家卡爾費迪南德布勞恩（KarlFerdinandBraun,1850年6月6日1918年4月20日），德國物理學家，諾貝爾物理學獎獲得者，陰極射線管的發(fā)明者。1850年6月6日，布勞恩出生在富爾達，父親是個公務員。1868年開始在德國馬爾堡大學學習數(shù)學和自然科學，1869年轉(zhuǎn)去柏林大學研究天線，1872年獲得物理學博士學位。年，他通過國家中學教師考試，在萊比錫的一家中學教數(shù)學和自然科學，在那里他同時進行對振蕩電流的科學研究。年，他發(fā)現(xiàn)某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性，并利用半導體的這個特性制成了無線通信技術中不可或缺的檢波器，開創(chuàng)了人類研究半導體的先例。

2、布勞恩先后在馬爾堡大學（1876年）、斯特拉斯堡大學（1880年）和卡爾斯魯厄大學（1883年）任物理學副教授和教授，1887年又應蒂賓根大學的邀請負責建立物理學研究所，1895年他回到斯特拉斯堡大學任物理研究所主任和教授，把主要精力用于進行電學研究。布勞恩制造了第一個陰極射線管（縮寫CRT俗稱顯像管）示波器。現(xiàn)在CRT被廣泛應用在電視機和計算機的顯示器上，在德語國家，CRT仍被稱為“布勞恩管”（德語：BraunscheRhre）。19世紀后半葉，電學發(fā)展到了鼎盛時期。1858年，德國物理學家尤利烏斯普呂克觀察到一種陰極熒光現(xiàn)象，1876年，德國物理學家哥爾茨坦確認這一種陰極射線。在追蹤陰極射

3、線的過程中，1895年，德國物理學家倫琴意外地發(fā)現(xiàn)了X光。1897年，英國物理學家湯姆孫，對陰極射線進行了精確的實驗研究，并將其命名為“電子”。就是在這個背景下，19世紀90年代，當布勞恩得知人們正在研究陰極射線時，立即投身于這一新領域。第一個陰極射線管誕生在1897年的德國卡爾斯魯厄。布勞恩在抽成真空的管子一端裝上電極，從陰極發(fā)射出來的電子在穿過通電電極時，因為受到靜電力影響聚成一束狹窄的射線，即電子束，稱為陰極射線，管子側(cè)壁分別擺放一對水平的和一對垂直的金屬平行板電極，水平的電極使得電子束上下垂直偏轉(zhuǎn)運動，垂直的電極使得電子束左右水平偏轉(zhuǎn)運動。管子的另一端均勻地涂上一層硫化鋅或其他礦物質(zhì)細

4、粉，做成熒光屏，電子束打在上面可以產(chǎn)生黃綠色的明亮光斑。隨著側(cè)壁上擺放的平行板電極電壓的變化，電子束的偏轉(zhuǎn)也隨之變化，從而在熒光屏上形成不同的亮點，稱為“掃描”。熒光屏上光斑的變化，呈現(xiàn)了控制電子束偏轉(zhuǎn)的平行板電極電壓的變化，也就是所研究電波的波動圖象，這是示波器的雛形和基礎，它使得對電波的直觀觀察成為可能。布勞恩最初設計的陰極射線管還不十分完美，它只有一個冷陰極，管子也不是完全真空，而且要求十萬伏特的高壓來加速電子束，才能在熒光屏上夠辨認出受偏轉(zhuǎn)影響后的運動軌跡，此外，電磁偏轉(zhuǎn)也只有一個方向。但是工業(yè)界很快對布勞恩的這個發(fā)明產(chǎn)生了興趣，這使得陰極射線管得到了很好的繼續(xù)發(fā)展。1889年，布勞恩

5、的助手澤納克（Zenneck）為陰極射線管增加了另一個方向的電磁偏轉(zhuǎn)，此后又相繼發(fā)明了熱陰極和高真空。這使得陰極射線管不僅可以用在示波器上，1930年起成為了顯示器的重要部件，為后來電視、雷達和電子顯微鏡的發(fā)明奠定了重要基礎，如今仍被廣泛應用于計算機、電視機和示波器等的顯像器上。在發(fā)明陰極射線管的同時，布勞恩還開始了他在無線電報方面的研究。當時的電報技術存在一個致命的問題，就是缺少可靠的電報接收機。布勞恩是物理學家出身，有著嚴謹?shù)膶嶒炞黠L，他所做的實驗條件都是可重復再現(xiàn)的。他改用晶體探測器，使接收機的敏感度提高了很多。直到發(fā)明了電子管，布勞恩的晶體探測器才被淘汰了，即便如此，晶體探測器仍在簡易

6、接收機中使用了很長一段時間。最初的超高頻雷達設備也使用了晶體探測器。在發(fā)射機方面，布勞恩同樣貢獻很大，馬可尼主要是憑借經(jīng)驗和試探發(fā)明了發(fā)報機，而布勞恩在馬可尼發(fā)明的基礎上，對發(fā)報機進行了物理學背景研究，并對馬可尼的發(fā)報機做了根本性的改造。比如，他發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生高功率低阻尼電波的方法，原本馬可尼發(fā)報機的振蕩線路和天線是合在一起的，這種線路產(chǎn)生的功率很低，布勞恩把兩者分開，發(fā)明了磁耦合天線，初級線圈由電容器和火花隙構(gòu)成，耦合上一個感性的天線，電容電路的振蕩在輻射天線中產(chǎn)生了極大的電流，這使得整個系統(tǒng)的發(fā)射功率大大增加，增大了通信距離，而且無線電接收機和發(fā)射機不需要直接與天線相連，減少了受到雷擊的危險。如今，磁耦合天線仍應用在收音機、電視機、電臺和雷達上。1899年時候的發(fā)射機可以傳輸20千米，完成了橫跨英吉利海峽之間的無線電通訊，真正實現(xiàn)了“遠距離電報通信”，是人類第一次用電磁波傳送信息，電文是：“你的來電收妥無誤，而且很清楚”。這個傳輸距離每個月都在被打破，1901年馬可尼又用布勞恩的發(fā)射機成功地從英國科爾努埃爾發(fā)出電報，跨越大西洋上空到達加拿大紐芬蘭，建立了從英國到北美的通信線路。布勞恩還發(fā)明了定向天線。定向性也是電報技術的一個難點，發(fā)射機需要定向發(fā)射，接收機也需要定向接收，布勞恩是最先實現(xiàn)定向發(fā)報的人之一，他發(fā)明的定向天線只在一個指定的方向