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【无线电史话】一百年前建设广播电台 | 电子管发射机、天线和留声机技术是关键

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  图1:这张匹兹堡广播电台KDKA的第一个“广播中心”照片提供了一些内部细节,这些细节包括了用于1920年11月2日电台内部制造的100W发射机的信息,设备后面的6V铅酸汽车电池可能为电子管的灯丝提供电压。

  

设想一下,在100多年前的真空电子管时代,要从零开始建设一个广播电台难度有多大,无线电发射机、天线,甚至是播放唱片的留声机都得自制,这样的技术难度在当时真的是达到了技术的天花板。 今年,匹兹堡广播电台KDKA将在11月庆祝广播电台成立100周年,百年前的1920年,建设第一个“真实”广播电台需要哪些技术,本文作者詹姆斯·E·奥尼尔(JAMES E. O'NEAL)为大家呈现了一副在电台筹建过程中的几个技术图景,当时的几位技术大咖在此撑起了广播电台建设的一片天,今天和电台小叔BG5WKP一睹为快!

  关于KDKA电台在1920年11月2日开播的节目、主持人以及所处环境的文章很多,但是关于该电台设备技术角度切入的文章却很少。

  借助详细的照片、相关广播电台开创者弗兰克·康拉德(Frank Conrad)的文章以及目击者发表的关于所发生事件的描述,有可能将许多遗漏的细节拼凑起来,构成一副完整的技术图景。

  也许最有用的是西屋公司(Westinghouse)工程师唐纳德·利特尔(Donald Little)在1955年发表的《American Heritage》一文,他帮助制作了第一台KDKA的发射器。

  “在1920年秋天期间,康拉德(Conrad)博士让我设计并帮助在工厂的样机车间制造了发射器。发射器的功率约为100W。他们在东匹兹堡工厂的一栋较高建筑物的屋顶上建造了一个房间,并从该建筑物一个高耸的烟囱上用一根钢杆竖起了天线和地网。天线和发射器在1920年11月2日总统选举前几天才完成。”

  利特尔(Little)和康拉德(Conrad)之间的联系可以追溯到大约三年之前,当时一直在为当时的国家标准局(现为标准技术研究所)工作的利特尔从华盛顿被派往华盛顿州匹兹堡,负责开发和生产西屋公司为美国信号公司设计的发射机和接收机。

  (虽然利特尔一直提到“康拉德博士”,但直到1928年,匹兹堡大学才授予康拉德荣誉科学博士学位)。

  关于发射器

  由于没有西屋“广播”发射机的示意图或施工细节。基于当时的“最先进”技术,再加上对康拉德(Conrad)为他的业余无线电台站建造的无线电话设备的了解,毫无疑问,它采用了西屋电气的雷蒙德·海辛(Raymond Heising)先前开发的“恒定电流”调制系统

  1920年9月,在业余无线电出版物QST上记录了他为业余电台建造的无线电话发射机。人们认为,在西屋公司建造的那台或多或少是放大版本的(输出功率为100W,而业余电台的输出功率为50W)。

  

  图2:虽然找不到100瓦发射机的电路图,但此图基于康拉德业余电台“无线电”发射机的已发布局部示意图,可能是其内部工作的代表。(显示的电阻和电容值在汉密尔顿电路中显示。)很可能将调制器和功率振荡器管加倍了(并联连接的线对),以便为KDKA发射机提供100W的功率。

  康拉德和利特尔本来会使用由通用电气(General Electric)开发并由西屋公司(Westinghouse)的“电子管厂”在第一次世界大战期间制造的最先进的功率三极管,当时专利和许可问题已暂时搁置一旁,以确保充足的供应“战略材料”。

  真空管专家和出版物《Tube Collector》的编辑Lud Sibley认为,功率振荡器很可能是“不起眼的AT-50,或是西屋电气公司生产的UV-211。”

  Sibley还认为,西屋公司的AT-21(相当于GE UV-203A)可以很好地用作调制器。

  如果这些电子管以并联配置使用,则发射器可以轻松完成100W的射频调制。

  

  图3:这种非常早期的功率三极管的一对西屋版本(AT-21)可能由海辛Heising调制了“选举之夜”发射机的载波。

  

  从该设备的存留照片之中可以看出,电子管灯丝可能已被来自汽车蓄电池的纯直流电加热。(很可能电池连续不断地“浮动充电”,以确保在广播结束之前没有耗费大量的灯丝电流。)三个“砖”型干电池在发射器后方,可见右侧6V蓄电池。它们可能用作三极管的偏置电压源,并且由于尺寸和数量的原因,还可能用作发射器“语音放大器”(音频输入级)的屏板电压。

  上图无人的无线电室的图片也为功率管阳极的高压电源提供了一些启示。

  紧挨着发射器面板右侧的是一个重型按钮开关。可以肯定的是,它控制了一个位于远程的电动发电机组,因此其可听见的运行噪音不会随电台节目的内容一起传播。(后来,西屋公司制造了一系列用于广播发射机应用的电动发电机,正如我在2011年《无线电世界》文章“发射机电源的发展方式”中所述。)

  利特尔在1922年《无线电新闻》中有关电台技术设施的文章中对KDKA发射天线进行了更全面的描述(至少在1920年广播不到两年的时候就存在了):

  “ 由六根27.432米组成的长线支撑在6.096米的支撑杆上。该天线的一端是砖烟囱,另一端是一栋9层楼高的30.48米的管柱,在地面上方64米处支撑该天线。与天线结构相同的可升高地网放置在天线下方33.528米处。天线的地线和地网由八股14号铜线组成,这些线均匀地放置在直径约1.5英寸的木制垫片中。该天线系统的固有振荡周期约为412米段。电容器……与天线串联,并添加了足够的负载电感,以获得所需的360米波长。”

  康拉德在他的业余台站使用了类似的天线/巴伦系统。

  麦克风本质上是电话“发射器”(碳麦克风),由必要的电池和一个三级三极管前置放大器作为后备,最有可能是新开发的UX-201,其后是较低电流灯丝版本的UX-201。UX-201A成为许多1920年代商用和自制接收器的首选电子管。

  原型广播“转盘”?

  发射器小屋的图像确实呈现出一些神秘感。

  上弦留声机被用作音乐的来源,因此在播音员罗森伯格(Leo Rosenberg)等待更新选举结果时不会出现死气沉沉的情况。在当晚的照片中,可以在发射器面板的右侧看到它,它的曲柄在约翰·弗雷泽(John Frazier)旁边可见,如图4所示。

  

  图4:我们在之前的文章中向您展示的历史性广播宣传照片的细节。在约翰·弗雷泽(John Frazier)的下巴下方可以看到用来演奏填充音乐的发声留声机的曲柄。播音员利奥·罗森伯格(Leo Rosenberg)在左边。(Getty Images)

  使得这种原本无法描述的电唱机有趣的是,一根“双绞线”灯线的长度将发射机连接到与唱机上“手臂”相连的物体(电唱机拾音器?)上。该线在图5中可见。

  

  图5:图1中KDKA广播室的留声机臂和“拾音器”的特写镜头。唐纳德·利特尔(Donald Little)是否发明并制造了第一个将记录格罗夫调制转换成变化电压的传感器?其他人则将麦克风放在留声机喇叭的前面,或者将麦克风元件绘制在膜片和喇叭之间的留声机声学连接(管)的一部分上。(Getty Images)

  历史告诉我们,最早的电记录记录(以及用于复制它们的电拾音器)直到1925年才出现,源于Western Electric和Bell Labs的研究。

  康拉德(Conrad)和利特尔(Little)是否以某种方式抢跑了,并在贝尔钟声响起的前五年发明了一个电子拾音器?

  在他1955年关于1920年就职演说的文章中,利特尔似乎消除了这个谜团:

  “人们认为选举新闻不会一直占据整个时间,因此提供了手动上弦,弹簧驱动的留声机和精选唱片以供填写。我大约下午6点到达车站正如我记得的那样,在1920年11月2日晚上,有足够的时间来确保所有人都准备好开始该程序,就像我记得的那样。令我沮丧的是,我发现留声机音色臂的鹅颈消失了。它从未被发现过,直到今天,我仍不知道它是被恶意盗窃还是只是偶然地误放。很显然,我需要提供某种替代品,我是赶紧去我们的实验室,并组装了一个夹钳和铰链小工具,将麦克风铰接到音臂上,以此来代替。这是非常令人满意的,并被用于开放计划和后来的一些计划。”

  但是,利特尔那天晚上拼凑的东西可能要复杂得多。

  仔细检查照片的唱头部分是否膨胀,可以看出他可能制造了真正的“电子”拾音器。

  清晰可见的是一个“支腿”杆,该话筒的麦克风夹已连接到唱头喇叭的声耦合“桩”,“桩”仅用于支撑唱片在录音槽上方的位置,并允许其在唱片槽上方跟踪、记录。

  在设备底部可以看到一个卡盘和一个指旋螺钉,用于固定“针”(探针)。照片中最显眼的是“ U”形杆,该杆似乎用于将针头运动耦合到麦克风元件。

  我并没有声称拥有早期机械(声学)留声机的专业知识,但是看不到传统的“膜片”,它与针头耦合并且将针头运动转换为由唱头的喇叭(实际上是声波变压器)“放大”的声压波。在这张照片里。

  我与早期记录和再现设备的恢复者和保存者共享了这张照片。他说:“我从未见过这样的事情。”

  如果由利特尔制造的设备实际上是直接由针驱动的碳纤维麦克风,那么录音的音频再现将比以前通过将麦克风放在唱头喇叭前面而获得的音频再现要好得多。(这还可以防止在播放记录时在广播室进行对话和其他背景噪音。)

  我将它留给其他人来决定在这方面发生了什么或没有发生的确切情况。

  

  图6:唐纳德·利特尔(Donald Little)在这幅1920年代中期的照片中,最右边是KDKA在西屋公司东匹兹堡工厂以西的Forest Hills Borough区的第二家发射器工厂。中间的人是不明身份的;左边的人可能是霍恩(C.W. Horn),他曾监督西屋电气的广播业务。该设施被称为“山站”,并且还用作公司早期的短波和电视实验的发射器位置。(里克·哈里斯和国家广播博物馆)

  作者感谢国家广播博物馆的康拉德项目主席里克·哈里斯(Rick Harris)对本文的帮助。

  宾夕法尼亚州西部的业余无线电台将纪念KDKA广播百年纪念

  

  匹兹堡广播电台KDKA将在11月庆祝广播电台成立100周年,宾夕法尼亚州业余无线电爱好者将在多站点特别活动中纪念这一里程碑。KDKA的广播历史可以追溯到1920年11月2日哈丁-考克斯(Harding-Cox)总统选举结果的播出,此后一直在播出。这项特别活动将涉及四个电台的运行,整个十一月将持续进行。

  “一百多年前,许多实验者开始研究一种称为无线电的新技术,”宾夕法尼亚州新肯辛顿市Skyview无线电协会无线电官员WC3O的Bob Bastone说。Bastone解释说,那些早期的开拓者中有许多是业余无线电爱好者。“一百多年过去了,许多业余无线电爱好者们仍在为无线技术做出贡献,同时还为社区服务并提高国际商誉。恭喜KDKA广播电台,在早期也被称为业余广播电台8XK,8ZZ和W8XK。

  特设台K3K,K3D,K3A和W8XK将于11月在宾夕法尼亚州的多个地点建立并运行。电台将确定自己的模式和时间表。访问QRZ.com上的W8XK以获取有关证书和QSL的信息。

  后来成为KDKA的公司最初在1916年以业余无线电台8XK的形式开始广播,并获得了FCC的前身联邦广播委员会(FRC)的许可。当时,不禁止业余广播。电台站由西屋电气与制造公司助理总工程师弗兰克·康拉德(Frank Conrad)博士操作。发射器的功率为75 W,广播在匹兹堡开始流行。

  第一次世界大战期间,出于国家安全考虑,业余无线电广播业务被暂停。战争结束后,8XK被重组为商业AM广播电台KDKA。KDKA的第一批无线电设备起源于匹兹堡东部西屋K大楼屋顶的临时工作室。

  参加百年纪念特别活动的火腿无线电俱乐部包括匹兹堡的北山业余无线电俱乐部,该俱乐部计划从KDKA的1930年代发射站开始运营,那里仍然保留着原始的塔墩。1920年代的发射机站点位于森林山,将作为另一个工作地点。除了North Hills ARC和Skyview广播协会之外,其他参加的俱乐部还包括Panther业余广播俱乐部,Steel City业余广播俱乐部,South Hills无线协会,Butler County业余广播公共服务小组和Washington Amateur Communications广播俱乐部。

  业余无线电爱好者将在自己的电台进行操作,一小组火腿计划从匹兹堡郊区的南方公园进行便携式操作。

  电视台将邀请公众参观,同时遵守所需的社交距离规定。

  Bastone说:“我们的业余无线电爱好者期待与世界各地成千上万的火腿联系,以庆祝商业广播行业的这一巨大里程碑。”请与他联系以获取更多信息。—感谢ARRL公共信息官和阿勒格尼县ARES紧急协调员NU3Q的Bob Mente提供了有关此信息。

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