尼古拉·特斯拉的无线发射机技术

尼古拉·特斯拉是最先设想无线未来的人之一。1900年，他声称将会有精确的无线信号传输，这些信号将被不超过一块手表的设备接收到。他当然是在描述我们现在所知的无线电波，这是我们现代互联电子如何工作的基础。

事实上，特斯拉非常相信无线通信和能量转移的想法，以至于他开始在纽约建造一个发射站来证明他的观点。它被称为特斯拉无线世界系统，不幸的是，由于特斯拉耗尽了资金，它从未完工。

话虽如此，我们仍然有特斯拉对这项无线技术的计划，这样我们就可以更仔细地看看它的设计，以及它是如何工作的。

在特斯拉已经在科学和电气领域声名鹊起后，他开始在纽约市开设实验室。1888年，他在一个专门研究交流电的实验室进行实验。

通过这些实验和测试，他能够开发出一种将直流电甚至低频交流电转化为高频电流的方法。

正是在开发这些变压器和交流发电机的过程中，他意识到，如果交流电路没有完全完成，交流电路仍然可以正常工作。相反，电流仍然可以沿着一根导线从一个接地端子流向第二个接地端子，并且电路仍然可以工作。特斯拉发现，当电流源的频率足够高时，他基本上可以将地面作为电路的一部分。

如果接地端子有足够高的电压接地，并且有一根导线连接到另一端，那么电流可以通过连接到导线另一端的导体的电容沿着导线吸收。

比方说，灯泡的电容足以从电路中汲取电流来点亮它，这类似于无线电发射机的工作原理。

沿着同样的思路，特斯拉想出了一个绝妙的无线传输点子。它是用大地作为传导电流的导体。正如1893年特斯拉的一次演讲中所描述的那样，该装置将在地面和上升到空中的球形导体之间连接一台发电机。

在这种设置中，发电机产生的电磁频率将确保交流电与地面的符号相反。特斯拉因此认为，地面-地球-可以被设置为一种几乎没有能量耗散的振荡状态。

通过发现地面作为传输介质的能力，特斯拉制定了一项计划，通过地面发送高频电流，这些电流将传播到全球任何地方，并由谐振接收器接收。

土壤和水的电导率比金属小得多，但由于地球的大横截面积，发射器接地端子与给定远程点之间的电阻将非常小。

在整个地球上无线传播的发射机电流的公式如下所示：

I是以安培为单位的电流，f是以赫兹为单位的频率，C是以法拉为单位的发射球和地的自电容，V是球和地之间的电压。

特斯拉继续利用这个等式在长岛建立了他的车站，他第一次在那里开始测试这个想法。发电机用来在700安培、10千赫兹的条件下产生1000万伏的电压。高电压对于他的无线传输想法来说是产生足够强电流所必需的，所以他不断地突破他的机器所能产生的极限。

到这个时候，特斯拉已经有了一个半工作的原型，他在1897年左右开始为他的无线传输和接收技术申请专利。他的专利在1900年经过审查后被授予，其中一个设备的示意图如下所示。

虽然特斯拉发明的接收器和发射器部分在他的专利申请中很清楚，但该装置的许多工作原理和内部工作原理并没有详细解释。他的理论是，如果他能够传输足够高的电压和电流，他就可以将有用的无线能量传输到世界任何地方。

这台机器还能够产生如此高的电力，理论上它们可以用来制造人造北极光，即北极光。

特斯拉的发电机、发射器和振荡装置在他们的时代是开创性的。除了简单的电子电力传输，他的动力振荡装置也同样有趣。通过利用地面和建筑物中的振荡，特斯拉相信他可以通过物质以动波的形式传输能量，然后这些能量可以在接收端转化回电能。

为了实现这一点，他建造了一个蒸汽驱动的振荡装置，它的频率可以被操纵。当振荡装置的频率与接收器的谐振频率匹配时，机械运动将被转换回可用电能。

特斯拉实际上也能让这项技术发挥作用。他在1897年建造了他的第一个机械振荡器，在1898年，他只用一台小发电机就能使他的实验室振荡。这座建筑位于纽约市，离邻居很近，里面的摇晃和摇晃足以让邻居们最终报警，担心会发生非常糟糕的事情。

特斯拉有点边缘聪明，他会拿出他的小振动装置，在城市的不同建筑上进行测试。据1912年的“今日世界”杂志报道，

他把他的小振动器放在上衣口袋里，出去寻找一座半竖立的钢结构建筑。在华尔街地区，他发现周围有一层、十层没有砖头或石头的钢架。他把振动器夹在其中一根横梁上，忙于调整，直到拿到为止。特斯拉说，最后结构开始吱吱作响和编织，钢铁工人惊慌失措地来到地面，认为发生了地震。警察被叫了出来。特斯拉把振动器放进口袋就走了。再过十分钟，他就可以把大楼铺在街上了。而且，用同样的振动器，他可以在不到一个小时的时间里把布鲁克林大桥扔进东河。

这个参考创造了特斯拉在纽约市测试他的各种发明的相当迂回而有趣的画面。特斯拉确实将这项技术推向了更深一步，甚至进入了你可能没有意识到的领域。

他开发了一种方法，利用他的蒸汽发生器产生的振荡来分析地球的地下条件。通过振荡器产生地震波，反射波可以给特斯拉和其他研究人员提供关于下面岩层的信息。

从本质上说，这项技术是地质学家不用挖洞或取钻孔样本就能看到地球内部的第一种方式。事实上，地震学家至今仍在使用产生地震波的振荡发生器来研究地下条件的原理。

当然，今天的设备要高科技得多，但它仍然在很大程度上归功于一个多世纪前特斯拉的发明。