以中世纪的物质条件，能造出无线电/发送电报吗？ 第1页

电磁波是由电荷变速时辐射出来的。

无线电波，即无线电频率的电磁波，可以由时变的电流产生，由流经导体的电子突然改变其速度，从而加速。

通过电火花在两个导体之间的火花间隙放电的电容，是人类所知的第一个可以产生无线电波的装置。

电火花本身并不产生无线电波，它只是在附加电路的导体中激发谐振的无线电频率振荡的电流。导体将这种振荡电流中的能量作为无线电波辐射出去。由于电路导体的固有电感，电容器通过足够低的电阻（如火花）的放电是振荡的；电荷在短暂的时间内快速地来回流经火花间隙，对每一侧的导体交替进行正负充电，直到振荡消失。

一个实用的火花隙发射器由这些部分组成：

一个高压变压器，将来自电源（电池或插座）的低压电转化为足够高的电压（在强大的发射器中从几千伏到75-100千伏）以击穿火花隙。变压器给电容器充电。在由电池供电的低功率发射机中，这通常是一个感应线圈（Ruhmkorff线圈）。

一个或多个谐振电路（调谐电路或槽式电路），当被火花激发时，产生无线电频率的电振荡。共振电路由一个储存来自变压器的高压电的电容器（早期称为莱顿瓶）和一个称为电感或调谐线圈的电线线圈连接而成。电容和电感的值决定了产生的无线电波的频率。

1897年之前最早的火花塞发射器没有独立的谐振电路。

天线执行这一功能，充当谐振器。这意味着发射器产生的电磁能量在很宽的频带上被耗散，从而将其有效范围限制在最多几千米。但是，反过来看也有它的好处， 那就是接收端容易调谐。

大多数实用的火花发射器有两个谐振电路，用一个称为谐振变压器或振荡变压器的空气芯子耦合在一起。这称为电感耦合发射器。连接到变压器初级绕组的火花间隙和电容器构成一个谐振电路，产生振荡电流。初级绕组中的振荡电流产生一个振荡磁场，在次级绕组中感应出电流。天线和地线被连接到次级绕组上。天线的电容与次级绕组发生共振，形成第二个谐振电路。这两个谐振电路被调谐到相同的谐振频率。

这种电路的优点是，即使在火花停止后，振荡电流仍在天线电路中持续存在，形成长的、响的、轻度阻尼的波，其中的能量集中在较窄的带宽内，对其他发射机造成的干扰较小。

一个火花间隙，在谐振电路中作为一个电压控制的开关，通过线圈对电容器放电。

天线，是一种金属导体，如高架电线，将谐振电路中的振荡电流的功率以无线电波的形式辐射到空间。

一个电报键，用于打开和关闭发报机，以摩尔斯电码传递信息。

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附录

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无线电发射器的发明是两个研究方向汇合的结果

其一是发明家们努力设计一种不用电线传输电报信号的系统。

一些发明家的实验表明，电干扰可以通过空气短距离传输。

1866年，Mahlon Loomis声称在相距14英里的山顶上用风筝高举的两根600英尺的电线之间，通过大气层传输了电信号。 1875年，托马斯-爱迪生曾接近发现无线电；他在高压火花电路的实验中产生并探测到被他称为 "乙醚电流 "的无线电波，但由于缺乏时间，没有继续研究这个问题。 大卫-爱德华-休斯（David Edward Hughes）在1879年也偶然发现了无线电波的传输，他用他的碳话筒探测器接收了无线电波，然而他被**说服了，他观察到的是感应。这两个人通常都没有被认为是发现了无线电，因为他们没有理解他们观察的意义，也没有在赫兹之前发表他们的工作。

另一个是物理学家的研究，以确认苏格兰物理学家詹姆斯-克拉克-麦克斯韦在1864年提出的电磁学理论，现在称为麦克斯韦方程。

麦克斯韦的理论预测，振荡的电场和磁场的组合可以作为 "电磁波 "在空间传播。麦克斯韦提出，光由短波长的电磁波组成，但没有人知道如何确认这一点，或产生或探测其他波长的电磁波。到1883年，人们理论上认为加速的电荷可以产生电磁波，乔治-菲茨杰拉德已经计算出一个环形天线的输出功率。菲茨杰拉德在1883年发表的一份简短说明中提出，电磁波可以通过电容器快速放电而实际产生；火花发射器中使用的方法，然而没有迹象表明这启发了其他发明家。

火花发射器的历史划分是参照许多无线教科书中使用的题材。

赫兹式振荡器

德国物理学家海因里希-赫兹在1887年建造了第一个实验性火花间隙发射器，在他的历史性实验中，他证明了詹姆斯-克拉克-麦克斯韦在1864年预测的电磁波的存在，他在实验中发现了无线电波，直到1910年左右，这被称为 "赫兹波"。

赫兹在 "Reiss螺旋 "的实验中受到启发，尝试了火花激发电路，这是一对扁平的螺线管电感器，其导体末端是火花间隙。一个莱顿瓶电容器通过一个螺线管放电，会在另一个螺线管的间隙中产生火花。

赫兹的450兆赫发射器；一个26厘米的偶极子，在金属板抛物面反射器的焦点处有火花间隙

Jagadish Chandra Bose在1894年是第一个产生毫米波的人；他的火花振荡器使用3毫米的金属球谐振器产生了60GHz（5毫米）的波。

微波火花振荡器由Oliver Lodge在1894年演示。其5英寸的谐振器球产生了约12厘米或2.5GHz的波。这个频率现在用于 WIFI 和 微波炉 （逃

赫兹和建造这些 "赫兹振荡器 "的第一代物理学家，如贾加迪什-钱德拉-博斯、雷利勋爵、乔治-菲茨杰拉德、弗雷德里克-特劳顿、奥古斯托-里吉和奥利弗-洛奇，主要对无线电波作为一种科学现象感兴趣，而基本上没有预见到它作为一种通信技术的可能性。

由于麦克斯韦理论的影响，他们的思维被无线电波和光波的相似性所支配；他们认为无线电波是光的一种不可见形式。通过与光的类比，他们认为无线电波只在直线上传播，所以他们认为无线电传输与现有的光学信号方法（如信号灯）一样，受到视觉范围的限制，因此不能进行较长距离的通信。早在1894年，奥利弗-洛奇就推测赫兹波能传输的最大距离是半英里。

为了研究无线电波和光波之间的相似性，这些研究人员集中精力产生短波长的高频波，用它来复制无线电波的经典光学实验，使用准光学元件，如石蜡、硫磺、沥青和金属丝衍射光栅制成的棱镜和透镜。他们的短天线在VHF、UHF或微波波段产生无线电波。在他的各种实验中，赫兹产生了频率为50至450兆赫的电波，大致是今天广播电视发射器使用的频率。

赫兹用它们进行了历史性的实验，证明了无线电波的驻波、折射、衍射、偏振和干扰。他还测量了无线电波的速度，表明它们与光的速度相同。这些实验证明，光和无线电波都是麦克斯韦电磁波的形式，只在频率上有区别。1894年左右，奥古斯托-里吉和贾加迪什-钱德拉-博斯利用小金属球作为谐振器-天线，分别产生了12和60GHz的微波。

赫兹振荡器产生的高频率不可能超越地平线。偶极子谐振器的电容也很低，不能储存很多电荷，限制了它们的功率输出。因此，这些设备不能进行长距离传输；使用原始接收器的接收范围通常被限制在大约100码。

意大利无线电先驱古列尔莫-马可尼是最早相信无线电波可用于长距离通信的人之一，他主要通过结合和修补他人的发明，独自开发了第一批实用的无线电报发射器和接收器。从21岁开始，在意大利他家的庄园里，在1894年至1901年期间，他进行了一长串的实验，以增加赫兹的火花振荡器和接收器的传输范围。

直到1895年，他发现通过将发射器和接收器中赫兹偶极子天线的一边与地球连接，另一边用长线天线悬挂在地面上，可以大大增加传输范围。 这些天线的功能是四分之一波单极天线。随着马可尼尝试更长的天线，辐射更低频率的波，可能是在2兆赫左右的中频段，他发现他可以传输得更远。 另一个优点是这些垂直天线辐射垂直极化波，而不是赫兹的水平天线产生的水平极化波。这些更长的垂直极化波可以传播到地平线以外，因为它们作为地面波沿着地球的轮廓传播。在某些条件下，它们还可以通过反射上层大气中的带电粒子（离子）而到达地平线以外，这就是后来所说的天波传播。马可尼当时并不了解这些，他只是根据经验发现，他的垂直天线悬挂得越高，就能传输得越远。

在未能引起意大利正文府的兴趣后，1896年马可尼移居英国，英国邮政总局的威廉-普利斯资助了他的实验。

马可尼于1896年6月2日为他的无线电系统申请了专利，通常被认为是第一个无线专利。 1897年5月，他传输了14公里（8.7英里），1899年3月27日，他跨越英吉利海峡传输了46公里（28英里）， 1899年秋天，他将传输范围扩大到136公里（85英里），[50] 到1901年1月，他已经达到315公里（196英里）。这些在越来越远的距离上进行无线摩尔斯电码通信的演示使世界相信，无线电，或被称为 "无线电报"，不仅仅是一种科学上的好奇心，而是一种商业上有用的通信技术。

1897年，马可尼成立了一家公司，生产他的无线电系统，后来成为马可尼无线电报公司。1901年，他的第一个大合同是与伦敦劳埃德保险公司签订的，为他们的船只配备无线站。马可尼的公司在整个火花时代主导了海上无线电。受马可尼的启发，19世纪90年代末，其他研究人员也开始开发竞争性的火花无线电通信系统；俄罗斯的亚历山大-波波夫，法国的欧仁-杜克雷特，美国的雷金纳德-费森登和李-德-弗雷斯特，以及德国的卡尔-费迪南-布劳恩、阿道夫-斯拉比和乔治-冯-阿科，他们于1903年成立了马可尼的主要竞争对手Telefunken公司（德律风根） 。

1897年以前的原始发射机没有谐振电路（LC电路、调谐回路），火花间隙在天线上，天线作为谐振器来决定无线电波的频率。这些发射器的平均功率输出很低，因为低电容，天线是一个高度阻尼的振荡器（用现代术语来说，它的Q因子很低）。在每个火花期间，储存在天线中的能量很快以无线电波的形式辐射出去，所以振荡很快衰减到零。

无线电信号由简短的无线电波脉冲组成，每秒重复几十次或最多几百次，中间有相对较长的无输出间隔。辐射的功率取决于每次火花前天线中能储存多少电荷，这与天线的电容成正比。为了增加对地的电容，天线用多根平行线制成，通常带有电容性的顶部负荷，这就是 "火花 "时代特有的 "竖琴"、"笼子"、"伞"、"倒L "和 "T "天线。 增加天线中储存的能量的唯一其他方法是将其充电到非常高的电压。然而，可以使用的电压被电晕放电限制在大约100千伏，这导致电荷从天线上泄漏，特别是在潮湿的天气，也导致能量在更长的火花中以热量的形式损失。

大阻尼的一个更重要的缺点是，无线电传输在电气上是 "噪音"；它们有一个非常大的带宽。

它们基本上是无线电噪声源，在很大一部分无线电频谱上辐射能量，这会遮掩干扰其他发射机。当多个发射机试图在同一地区运行时，它们的广泛信号在频率上重叠并相互干扰。 所用的无线电接收器也没有谐振电路，因此除了天线的广泛谐振外，它们没有办法从其他信号中选择一个信号，而是对附近所有发射机的发射作出反应。

这种干扰问题的一个例子是1901年8月的一次尴尬的公开失败，当时马可尼、李-德-弗雷斯特和另一个小组试图用他们未经调谐的火花发射器从船上向报纸报道纽约帆船赛。摩尔斯电码传输受到干扰，岸上的记者未能从混乱的信号中提取到任何有意义的信息。

以中世纪的物质条件，能造出无线电/发送电报吗？

中世纪（公元476年-公元1492年）是欧洲历史三大传统划分（“古典时代”、“中世纪”和“近现代”）的一个中间时期，始于西罗马帝国（公元476年）的灭亡，终于东罗马帝国（公元1453年）的灭亡[1]，最终融入文艺复兴运动和探索时代（大航海时代）中。中世纪历史自身被分为前、中、后期三段。

......

1752年6月，自学成柴的本杰明·富兰克林做了一个古今闻名的风筝实验，与儿子在雷雨中放风筝，将空中的闪电吸引。 风筝线另一端捆绑的一只金属钥匙与富兰克林的手之间，产生一系列的电花，他同时感受到麻电的滋味，这证实了闪电是电的一种现象。富兰克林又做实验发现了电荷守恒定律，即在任何孤立系统里，总电量不变。

1767年，约瑟夫·普利斯特里做实验发现，在带电金属容器的内部，电作用力为零。从这实验结果，他准确猜测，带电物体作用于彼此之间的吸引力与万有引力都遵守同样的定律。

1785年，查尔斯·库仑用扭秤（torsion balance）做实验证实了普利斯特里的猜测，两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反比。他奠定了静电的基本定律，即库仑定律。于此，电的研究已提升成为一种精密科学。

1791年，路易吉·伽伐尼发现，假设将青蛙与静电发电机连结成闭合电路，然后开启静电发电机，则青蛙肌肉会颤动。这实验演示出，神经细胞倚赖电的媒介将信号传达到肌肉。他因此创建了生物电学术领域。

1800年，亚历山大·伏打伯爵将铜片和锌片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池：伏打电池，堪称是现代电池的元祖。伏打电池给予科学家一种比静电发电机更稳定的电源，能够连续不断的供给电流。

1820年，汉斯·奥斯特在课堂做实验时意外发现，电流能够偏转指南针的方向，演示出电流周围会生成磁场，即电流的磁效应。稍后，安德烈-玛丽·安培对于这现象做定量描述，给出安培力定律与安培定律。他们两个人的研究成果成功地将电与磁现象连结在一起，共称为“电磁现象”。应用这理论，可以制作出来磁性超强劲于天然磁石的电磁铁。

1827年，格奥尔格·欧姆发展出一套精致的数学理论来分析电路。

1831年，麦可·法拉第与约瑟·亨利分别独立地发现了电磁感应──磁场的变化可以生成电场。

1865年，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学加以整合，提出麦克斯韦方程组，并且推导出电磁波方程。由于他计算出来的电磁波速度与测量到的光速相等，他大胆预测光波就是电磁波。

1887年，海因里希·赫兹成功制成并接收到麦克斯韦所描述的电磁波。麦克斯韦将电学、磁学与光学统合成一种理论。

1859年，德国物理学家尤利乌斯·普吕克将真空管两端的电极之间通上高压电，制成阴极射线。物理学者发现，阴极射线是以直线传播，但其传播方向会被磁场偏转。阴极射线具有可测量的动量与能量。

1897年，约瑟夫·汤姆孙做实验证实，阴极射线是由带负电的粒子组成，称为电子，因此他发现了电子。

十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃，如火如茶的演进。（逃

到了后期，应用电磁学的先进知识，电机工程学开始了一段突破性的发展。

【未完待续】

附录

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2dB 的方向图很容易找，俺手头有个仿真软件， 顺便给您算一个

一般的 5dB 加感天线的辐射方向图网上找不到，俺临时仿真了一个供您参考

我感觉不能。。。

许多现在的技术看起来只是一个技能点，实际上需要庞大的科技树才能支撑，不是随随便便就能diy出来的。

之前回答过的一个问题，为啥清朝在鸦片战争时不能全国动员？实际上当时欧洲国家也没有全国动员这回事，因为需要先点出两个关键技能，电报和铁路。

先说铁路，铁路需要什么？首先得有铁轨吧？要把铁轨铺遍全国，靠铁匠铺打铁是不行的，得有能实现批量化、标准化生产的炼钢厂，保证一根根钢轨尺寸性能一致，螺钉螺母之类标准件得形成体系，钢轨含碳量高了低了都不行，低碳太软，变形大，高碳太脆，用着用着断了(在英国没少发生)。炼钢需要什么燃料？得有焦炭吧，先把炼焦工艺点出来。咱们还没说到蒸汽机这个大IP。好了，这些东西都有了，铁路火车都造出来了，得有人来运营吧？需要一整套的制度体系，别说那会儿，就是现在，不严格按制度来，火车照样撞一块儿。

技术按来源也可以分成两种，工程实践先行还是理论先行。

再说无线电/电报，和铁路不同的是，铁路相关技术恐怕是工程实践先行的多些，而无线电这边完全是理论先行，这难度又高了很多。首先是“电从哪来”的问题，伽伐尼和伏打先用电池实现了，但是很快就有戴维、贝采里乌斯等人的大量电化学实验作为补充，卡文迪许、库仑、高斯、法拉第、安培、欧姆等人迅速在一两代人的时间里完成了大量理论工作。然后是怎么检测电流，首先是奥斯特发现了电流的磁效应，然后安培由此发明了检流计。在此基础上才由惠斯通和摩尔斯发明了电报。在所有这些人工作的基础上才有了爱迪生这个大怪物。

要大规模应用，光有电池不行，法拉第坚信电生磁，磁也能生电，但他经过多年艰苦实验才发明了发电机，再由西门子、特斯拉陆续完善。之后赫兹、麦克斯韦等人继续进行理论工作，马可尼发明无线电时，他之前的科学家和工程师们已经在电学领域努力了五十到一百年了。

其他类似“古代能否造出某某某”的问题，答案基本也一样，不是搬运一个技能点就能解决的，要搬的是整棵科技树。