在科学技术水平飞速进步,信息化数字化水平高度发达的今天,无线电通信技术早已遍布我们生活的每一个角落。移动电话、5G通信、Wi-fi网络、收音机、电视机、智能家居、RFID技术、还有公共交通的调度与通信等,都离不开无线电通信技术的参与。然而,虽然我们对这些日常的通信方式早已习以为常,却少有人了解,在专业的通信体系之外,还存在着这样一项古老却充满活力、技术性与公益性并重、科学探索与人文交流相融的冷门爱好:业余无线电。
本章将带你初识业余无线电的世界——了解什么是业余无线电,回顾它的百年历程,探索它丰富多彩的活动形式,并学习用电波串联世界所必须的三大基石:频率、呼号与世界协调时。
根据国际电信联盟的定义,业余无线电是一项供业余无线电爱好者进行自我训练,相互通信与技术研究的无线电通信业务,其通信活动完全出于个人爱好,且不涉及谋取商业利润。简单来说,这就是一项“玩电台搞通信”的爱好——它鼓励人们去从事无线电收信与发信实践,从中获取不同的乐趣,并在这一过程中学习技术、提升自我、结交友谊,为社会提供一定程度的公共服务与应急保障。
从事业余无线电通信的爱好者还有另外一个通称 “HAM”(火腿)。这个词原本是19世纪末,20世纪初专业报务员嘲笑业余无线电爱好者发报手法的揶揄之词,意思是说业余无线电爱好者发报手法笨拙,“两只手就像两块大火腿”。但后来,随着业余无线电在世界范围内广泛兴起与发展,许多业余无线电爱好者对无线电通信技术的发展起到了至关重要的作用,他们的研究成果直接促进了新产业的诞生与经济的发展。在两次世界大战期间,大量业余无线电爱好者被征召入伍,成为通信骨干,为战争局势做出贡献;爱好者们还曾经多次在自然灾害到来、船舶与航空器遇险等紧急状况下充当通信桥梁,架起信息传递的生命桥梁,挽救众多生命。因此,这个词逐渐褪去了贬义,“HAM”成为了业余无线电爱好者们为之自豪的称号,就像Yankee一词之于美国人,Nerd一词之于“技术宅”一样。
“业余”并非学艺不精的代名词,而是强调其非盈利性与非职业性,将其同商业广播电台与海事航空通信等盈利性/职业性电台做出区分。事实上,有些HAM的理论与实践水平甚至强于专业的通信工作者,他们曾为无线电传播、高频单边带无线电话、高频数据通信、分组无线电协议和通信卫星设计等领域做出重要的技术贡献。
业余无线电的诞生可以追溯到19世纪末。1865年,英国科学家麦克斯韦提出了著名的麦克斯韦方程组,建立了完整的电磁场理论。1887年,德国科学家赫兹通过实验证实了无线电波的存在。从此,人类拥有了打开无线电世界的大门。而后,意大利的马可尼、俄国的波波夫与美国的特斯拉在同一时期开始研究如何将光速传播的无线电波用于通信,并取得了成功,成为了无线电通信技术的先驱——某种意义上,他们早期进行的这些试验性、以研究技术为目的、不谋求商业利益(部分,后续许多技术成果同样被用于商业)的无线电通信,也可以被看作是业余无线电的萌芽,他们同样是业余无线电事业的先驱。
随着无线电技术的进步,业余无线电事业也迎来了发展。许多报刊杂志上开始频繁出现业余无线电爱好者的相关报道,青少年群体开始在各大院校建立属于自己的业余无线电俱乐部,社会上的业余无线电杂志与俱乐部也如雨后春笋般出现。截至1910年,全球范围内的业余无线电爱好者已经建立了数千个电台——而早期无线电缺乏管理,“野蛮生长”的后果也开始显现。业余电台数量的增多引发了大量的意外干扰与恶意干扰事件,令许多公共业务工作者苦不堪言。当时的商用、军事无线电系统普遍位于长波波段,人们认为那些波长较短,频率较高的短波波段是“毫无用处”的——于是各国便纷纷颁布了无线电管理法案,在规范了无线电频谱的划分与使用规范的同时,把业余无线电爱好者赶到了短波波段。但没想到,这项“排挤业余无线电爱好者”的决定,却意外让爱好者们在通信探索过程中发现了新的领域。
1921年,意大利罗马近郊发生了一起火灾,一台业余电台在短波频率上发出了求救信号,却意外被远在千里之外的丹麦业余电台收听到了;1923年,美国的两位爱好者在本土用短波相互联络,一位法国爱好者却意外地在频率上收听到了他们的通信并加入其中,完成了一次历史性的三方通信。爱好者们无意中的发现轰动了整个通信界,从此短波成为了长距离无线电通信的首选,业余无线电爱好者也在探索与发现的过程中逐渐赢得了社会的重视,摆脱了“水平不精”与“干扰罪魁祸首”的污名。1927至1928年,第一次国际无线电报会议在美国华盛顿举行,这次会议制定了80米、40米、20米和10米的标准国际业余无线电波段及国际通用的无线电呼号前缀规范,业余无线电事业从此得到了世界的认可。
然而,天有不测风云。随着第二次世界大战的爆发,几乎所有的国家都对业余无线电活动加以严格的管制。然而,业余无线电爱好者们并未从此销声匿迹,在战争炮火的烟雾中,他们各自扮演着不同的角色,谱写着动荡年代一曲属于业余无线电事业的乐章。许多HAM本就是通信领域的高手,他们被吸收进军队与政府当中,成为通信兵亦或是工程师。在前线架设与维护电台,成为部队的耳朵与神经;由于许多HAM对通信技术、无线电传播与信息的传播烂熟于心,因此他们被广泛招募进OSS、布莱切利园等情报机构,进行密码破译、拦截情报、反间谍等情报工作;而在众多被占领国家的地下抵抗运动中,HAM群体也成为了抵抗组织的“秘密武器”,他们冒着生命危险,为反法西斯事业传递宝贵的情报,一旦被捕,等待他们的往往是流血牺牲的残酷命运。
二战结束后,业余无线电事业迎来了新的春天。20世纪50年代初,美军在发展新一代轰炸机时决定采用语音而不是电报通信,但却遭遇了调幅、调频通信难以满足通信距离要求的问题。原本贝尔实验室预计将要花费上亿美元的研究费用才能解决问题,但正因为空军中的两位无线电爱好者——莱曼和葛利斯伍德将军在十余年前就已经开始试验单边带调制技术,并将其研究成果呈递给军方,研究团队才得以攻克这一难关。自此,单边带调制在无线电通信技术中开始被广泛应用。
1961年,第一枚业余无线电卫星OSCAR-1发射,虽然其仅在轨道上停留了50余天,但却开创了全新的业余无线电领域。现如今,卫星业余通信已成为业余无线电通信重要而不可分割的组成部分。
1979 年,在瑞士日内瓦举行的世界无线电管理会议上,确立了三个新的业余无线电波段:30米、17米和12米。如今,这三个波段通常被业余无线电爱好者称为“WARC 波段”。
20世纪80年代,业余无线电操作员对自动消息系统和分组数据交换通信领域做出了重大贡献。这些计算机控制系统首次被用于灾难期间和之后的通信分发,为自然灾害发生后的救灾工作提供了重要帮助。
20世纪90年代,随着个人计算机的普及与声卡性能的不断提升,业余无线电爱好者成功开发出PSK31、FT8等一系列高效数字通信模式,极大地推动了业余无线电技术的数字化进程。与此同时,他们将数字信号处理(DSP)与软件定义无线电(SDR)等前沿技术融入通联实践,赋予了业余无线电更广阔的应用空间与更强的适应能力。
而如今,业余无线电的故事仍在继续。成千上万对技术充满热忱的爱好者仍然在锲而不舍地探索这项具有百年历史的业余爱好的新边界,通过自己丰富的无线电、电子学与计算机知识以及一次又一次的实践探索,让业余无线电事业在信息化的浪潮中焕发出新的生命力。
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