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行波管的真实历史:被忽视的电子管最早期的重要研究-3

2020.9.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

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康夫纳撰写了大量关于他“发现”行波管的情况,多数见于1964年那本小册子里。但在这大量的著作中,他从来没有提到过哈耶夫的早期工作——而于1953年授予康夫纳行波管设计的美国ZL确实引用了哈耶夫以往的ZL。

虽然康夫纳对于哈耶夫早期的行波管闭口不提,但他还是强调了哈耶夫在调速和电子群聚工作方面的重要贡献。1949年,康夫纳在表示了海尔和阿森耶娃-海尔的早期尝试“并没有真正成功”之后,他接着说道:“然后,在几个月(1938-年~1939年间)的时间里,美国研究人员发表了一系列论文,特别是哈耶夫、哈恩(William Hahn)和梅特卡夫(George Metcalf)、瓦里安兄弟(Russell Varian和Sigurd Varian)、汉森(William Webster Hansen)和韦伯斯特(David Webster),这改变了整个局面。”

哈耶夫生性谦虚,不愿自吹自擂。虽然对于自己早期的贡献被忽视一事不怎么高兴,但他并没有公开表示抗议。不过他在1950年左右撰写的一生工作总结中写道:“我饶有兴趣地注意到,最近公布的被称为‘行波管’的‘革命性’设备是以我在我的ZL中首先陈述的原理为基础的,ZL号为2064469和2233126,它们描述了行波管的基本理念。”但除此之外,他没有做任何将自己与这个非凡的设备联系起来的事,在约翰•皮尔斯将行波管的理念带到RCA公司的竞争对手——贝尔实验室之后,也就是1944年他在英国遇到康夫纳之后不久,行波管就变得极为重要了。1951年,康夫纳自己也作为皮尔斯的门生加入了贝尔实验室。

皮尔斯是一名工程师,他最有名的事迹也许是在1948年发明了“晶体管”这个词,后来他晋升为贝尔实验室的执行董事。他与哈耶夫关系十分密切,在20世纪50年代初,他有一次还曾在哈耶夫的家里用餐。尽管如此,皮尔斯仍然无情地推销康夫纳——以及间接地推销贝尔实验室——对于该ZL的优先权。他在1956年写道:“关于行波管的来源,我只会说,它是在二战期间由奥地利建筑师鲁道夫•康夫纳在英国发明的,他一直想成为一名物理学家。”

皮尔斯1950年出版的权威教科书《行波管》(Traveling-Wave Tubes)一书中并没有提及哈耶夫的贡献。而在欧洲,一本于1951年出版的法国教科书却介绍了哈耶夫在行波管方面的早期工作。10年后,皮尔斯在一封信中告诉哈耶夫,他计划撰写一篇有关微波管发展历史的文章,将涉及到哈耶夫“在1935年左右对行波与电子束的利用”。但是直到皮尔斯2002年去世,他都没有撰写一篇文章修正历史。而且,只有少数一些专家意识到了哈耶夫早期工作的重要性,比如马里兰大学的维克多•格拉纳茨坦(Victor Granatstein)在2000年写道,哈耶夫“对于螺旋行波管的发展作出了不可或缺的贡献”,并指出,利用螺旋将高频波的速度降到与电子束同速这一“关键”想法“是在安德瑞•哈耶夫的ZL中首次出现的”。

在1941年,哈耶夫离开RCA公司,去了美国海军研究实验室研究雷达;1950年,他又加入了加州卡尔弗城快速扩张的休斯飞机公司的研发实验室。在那里,他建立并领导了休斯电子管实验室,并最终成为了休斯公司的副总裁兼研发总监。哈耶夫的实验室迅速开始开发行波管的高级版。

随着卫星通信成为广播电视工程师研究的新前沿,1957年10月发射的俄罗斯人造卫星给了哈耶夫更多的动力。贝尔实验室的研究人员提出发射一个轨道中继站,利用一个基于地面站的网络来连续追踪它在空中的移动。在1945年的一期《无线世界》中,科幻作家阿瑟•C•克拉克(Arthur C. Clarke)曾描述过把通信卫星置于固定轨道上的想法,这样就不会产生追踪相对地球表面运动的卫星时遇到的那些问题了。当休斯公司的工程师哈罗德•罗森(Harold Rosen)建议公司开发这样一种静止卫星时,他的许多同事都持怀疑态度,但哈耶夫说服了总经理劳伦斯•海兰(Lawrence Hyland),他认为相比贝尔实验室的方案,静止卫星方案是更好的方案。

哈耶夫成立了一个特别工作组,研究商业卫星通信的问题。1959年10月,这个特别工作组建议休斯公司继续以闪电般的速度“在严密的安全措施下……进行重大太空计划”。这样做的目的是要在大西洋上方的一个近似地球静止轨道上安装一个简单的宽带中继卫星。

该特别工作组进一步倡导开发一种轻巧、高效的特别行波管,其重量约为1磅——大约是休斯公司标准版本的二十分之一。这种行波管将成为“提议的卫星电子系统的心脏”,在卫星将收到的信号以不同的频率中继回地球之前对其进行放大。

休斯公司的Syncom卫星成为世界上第一颗地球同步通信卫星,于1963年成功进入轨道。这次发射只是NASA赞助的一次测试,但它很快带来了第一个商用通信卫星,即1965年进入轨道的、基于Syncom的“晨鸟(Early Bird)”卫星,也被称为Intelsat I。“晨鸟”的成功最终使休斯公司在后来的许多年里主导了通信卫星制造。

当这个由哈耶夫在二十多岁时开创、却又很少与他的名字相关联的设备成功搭载了人类的声音穿越宇宙空间时,他一定会感到骄傲——还有万千感慨吧。

哈耶夫的其他真空管

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这名多产的工程师

几十年来一直在进行发明。

除了他的行波管以及他对军事雷达和电子战的广泛贡献,安德瑞•哈耶夫还发明了一系列重要的真空管,包括两种富有创造性的放大器——电子波和吸收壁放大管。他还有一项突破也是一种放大器,称为感应输出管(IOT,原型见上图),这一发明使得RCA公司在1939年开创性地实现了电视广播,在纽约市帝国大厦的顶部架设了发射器,并在纽约长岛沿线设立了一系列中继站。

哈耶夫对计算的贡献包括他的电脑显示器双稳态存储技术和他在图形和文本显示上的早期工作。是他第一个发现了维持屏幕显示内容的方法,使屏幕内容不只显示一两秒钟。

哈耶夫还预见了虚拟现实的一些方面,早在1964年,他就发明了一种激光设备,用于扫描艺术品、建筑、博物馆珍宝以及其他三维物品,以便技术人员可以对它们进行虚拟重建。不过,行波管仍然是他所有发明中最伟大的。

作者:Jack Copeland, Andre A.Haeff


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