无线电

背景

无线电接收来自无线电发射器发送的空气中的电磁波。电磁波是重叠的电场和磁场的组合。无线电将这些称为信号的电磁波转换成人类可以听到的声音。

收音机是日常生活的一部分。它们不仅用于播放音乐或在早晨用作闹钟，还用于无绳电话、手机、婴儿监视器、车库门开启器、玩具、卫星和雷达。无线电在警察、消防、工业和军队的通信中也发挥着重要作用。尽管有多种类型的收音机——时钟、汽车、业余（火腿）、立体声——都包含相同的基本组件。

收音机有各种形状和大小，从小型 AM/FM “随身听”到高度复杂的多模式收发器，其中发射器和接收器结合在一个单元中。广播电台最常见的模式是 AM（幅度调制）和 FM（频率调制）。业余无线电运营商、工业和军队使用的其他模式是 CW（使用莫尔斯电码的连续波）、SSB（单边带）、遥测、无线电电传和 PSK（相移键控）等数字模式。

历史

1901 年 12 月，古列尔莫·马可尼 (Guglielmo Marconi) 成功地将第一条无线电信息从英格兰发送到了纽芬兰。马可尼的收音机收不到声音或音乐。相反，它接收由火花隙发射器使用莫尔斯电码发送信号产生的嗡嗡声。

收音机在 1906 年平安夜发出声音。当数十名船舶和业余无线电操作员收听当晚的交通信息时，他们惊讶地听到一个男人的声音在喊“CQ，CQ”（这意味着呼叫所有电台，我有消息）而不是摩尔斯电码的习惯点滴。这条信息是由 Reginald Aubrey Fessenden 教授从马萨诸塞州布兰特罗克的一个小型广播电台传送的。

从 1904 年到 1914 年，随着二极管和三极管真空管的发明，收音机经历了许多改进。这些设备可以更好地传输和接收语音和音乐。同样在此期间，无线电成为穿越海洋的船只的标准设备。

无线电在第一次世界大战期间成熟。军事领导人认识到它在海上与步兵和船只通信的价值。在第一次世界大战期间，无线电取得了许多进步，使其更加强大和紧凑。 1923 年，埃德温·阿姆斯特朗 (Edwin Armstrong) 发明了超外差无线电。这是无线电工作方式的重大进步。超外差无线电中使用的基本原理至今仍在使用。

1920 年 11 月 2 日，第一个商业广播电台在宾夕法尼亚州匹兹堡播出。它立即取得了成功，并开始了被称为“无线电的黄金时代”的无线电革命。广播的黄金时代从 1920 年代初持续到 1940 年代末，当时电视带来了一个全新的时代。在这个黄金时代，收音机从一个装在大箱子里的简单设备发展成装在漂亮的木柜里的复杂设备。人们会聚集在收音机周围，收听最新的新闻和广播剧。收音机的地位与今天的电视机相似。

1948 年 6 月 30 日，晶体管在贝尔实验室成功演示。晶体管使收音机变得紧凑，最小的可以放在衬衫口袋里。 1959 年，Jack Kilby 和 Robert Noyce 获得了集成电路的第一项专利。 1960 年代的太空计划将为集成电路带来更多进步。现在，收音机可以装入眼镜框或一副小型立体声耳机中。如今，印在机柜上的频率表盘已被发光二极管或液晶显示器所取代。

原材料

今天的收音机由天线、印刷电路板、电阻器、电容器、线圈和变压器、晶体管、集成电路和扬声器组成。所有这些部件都装在一个塑料盒中。

内部天线由缠绕在铁氧体磁芯上的小直径绝缘铜线组成。外部天线由多个相互滑动的铝管组成。

印刷电路板由粘合到酚醛板上的覆铜图案组成。铜图案是从组件到组件的布线。它取代了早期无线电中使用的大部分接线。

电阻器限制电流。它们由沉积在圆柱形基材上的碳膜组成，包裹在塑料（醇酸聚酯）外壳中，导线由铜制成。

电容器存储电荷并允许交流电流过电路，但防止直流电在同一电路中流动。固定电容器由两个由聚丙烯薄膜绝缘的延伸铝箔电极组成，安装在带有铜导线的塑料或陶瓷外壳中。可变电容器有一组固定铝板和一组带有空气绝缘体的旋转铝板。

线圈和变压器执行类似的功能。它们的目的是使电路绝缘，同时将能量从一个电路传输到另一个电路。它们由两组或更多组铜线线圈组成，它们要么缠绕在绝缘体上，要么以空气作为绝缘体并排安装。

晶体管由封装在带有铜导线的金属外壳中的锗或硅组成。晶体管控制电路中的电流。晶体管取代了早期收音机中使用的真空管。

集成电路将数千个电阻器、电容器和晶体管装入一个称为芯片的小而紧凑的封装中。这个芯片大约有小指上的指甲大小。该芯片安装在带有铝制接头的塑料外壳中，可以将其安装到印刷电路板上。

设计

无线电由许多专门用于执行特定任务的电子电路组成——射频放大器、混频器、变频振荡器、中频放大器、检测器和音频放大器。

射频放大器旨在放大来自无线电广播发射机的信号。混频器接收无线电信号并将其与无线电可变频率振荡器产生的另一个信号组合以产生中频。变频振荡器是收音机上的调谐旋钮。产生的中频被中频放大器放大。该中间信号被发送到检测器，检测器将无线电信号转换为音频信号。音频放大器放大音频信号并将其发送到扬声器或耳机。

最简单的 AM/FM 收音机会将所有这些电路安装在一个电路板上。大多数这些电路可以包含在单个集成电路中。音量控制（可变电阻器）、调谐旋钮（可变电容器）、扬声器、天线和电池可以安装在印刷电路板上或收音机的外壳中。

制造
过程

制造收音机没有单一的过程。制造过程取决于无线电的设计和复杂性。 标准 AM/FM 收音机的示例。最简单的收音机有一个装在塑料外壳中的电路板。最复杂的收音机有许多安装在铝制外壳中的电路板或模块。

制造商从厂商和供应商处采购电阻、电容、晶体管、集成电路等基本元件。印刷电路板通常是专有的，可以在内部制造。很多时候，制造商会从供应商处购买完整的无线电模块。大多数制造操作都是由机器人完成的。这些包括印刷电路板和元件在印刷电路板上的安装。将印刷电路板和控制器安装到外壳中以及一些焊接操作通常是手工完成的。

1. 空白印刷电路板由玻璃环氧树脂组成，一侧或两侧粘合有薄铜膜。光敏光刻胶膜放置在铜膜上。包含电路的掩模放置在光刻胶膜上。光刻胶膜暴露在紫外光下。光刻胶图像显影，将图像转移到铜膜上。未曝光的区域在蚀刻过程中溶解并在板上产生印刷电路。
2. 在印刷电路板上的指定位置钻孔以接受组件。然后，将电路板浸入热焊料浴中进行预焊接。
3. 电阻器、电容器、晶体管、集成电路和线圈等较小的电子元件安装在印刷电路板上的指定孔中并焊接到板上。这些操作可以用手或机器人来完成。
4. 较大的组件（例如电源变压器、扬声器和天线）通过螺钉或金属弹簧片安装在 PCB 或机柜上。
5. 收音机的外壳可以由塑料或铝制成。塑料外壳由熔化并注入模具的颗粒制成。铝制外壳通过金属压机将铝板冲压成形状。
6. 未安装在印刷电路板上的外部组件可以是天线、扬声器、电源变压器、音量和频率控制器，它们可以用螺钉、铆钉或塑料卡扣安装在外壳中。然后用螺钉或按扣将印刷电路板安装在外壳中。外部元件通过由铜和塑料绝缘制成的绝缘电线连接并焊接到印刷电路板上。

质量控制

由于大多数组件或收音机是由专业供应商制造的，因此收音机制造商必须依靠这些供应商来生产优质零件。但是，无线电制造商将对收到的每个组件进行随机抽样并检查/测试它们以确保它们符合要求的规格。

还检查最终无线电组件的随机样本以确保质量。检查整个单元是否存在物理和电气缺陷。播放收音机是为了确保它可以选择其设计接收的无线电频率，并且音频输出在规格范围内。

副产品/废物

当今的环保意识要求正确处理所有废物。制造收音机的大部分副产品都可以回收。印刷电路板制造中使用的蚀刻溶液被送到化学回收中心。电子元件引线的废料被送到金属废料回收中心，在那里熔化以制造新产品。

未来

无线电正在与计算机相结合，通过卫星将计算机连接到互联网。最终，无线电将从模拟广播转换为数字广播。模拟信号会受到衰减和干扰，而数字信号则不会。它们可以产生像 CD 一样的高质量声音。

数字收音机可以针对特定电台、音乐类型、新闻等进行编程。最终，收音机将内置微型计算机，以数字模式“数字”而不是模拟波形处理声音。这将允许听众为最喜欢的广播电台、音乐类型、股票报价、交通信息等设置他们的收音机。

哪里可以了解更多

书籍

Carter, Alden R. 从马可尼到太空时代的无线电。 纽约：富兰克林·瓦茨，1987 年。

Floyd, Thomas L. 电路基础。 哥伦布：美林出版公司，1987 年。

美国无线电中继联盟。 业余无线电爱好者的 ARRL 手册。 康涅狄格州纽因顿：ARRL，1996 年。

其他

加拿大广播公司网页。 “数字广播的未来。：2001 年 12 月。。

加州大学伯克利分校网页。 2001 年 12 月。。

恩斯特 S. 西伯森