【翻译】无线电史话：泰坦尼克号上的无线电

日期：2025-01-10

原文件下载： Radio aboard the RMS Titanic 原作者为 Fred Archibald, VE1FA

本文为该文件的翻译与改写。

泰坦尼克号上的无线电

一、早期无线电发展简史

首先我们介绍无线电发展历史。详细的介绍在我的另一篇翻译文章《无线电史话：高功率长波无线电发射系统发展简史》里。

有无功率放大器Amp	发射机类型	应用年代
无	Spark 火花隙发射机	1886到20世纪20年代早期
无	射频交流发电机	1902到20世纪20年代，少部分用到50年代
有	Arc 电弧发射机	1905到20世纪40年代
有	电子管发射机	1906到20世纪70年代，目前仍有一些应用
有	半导体发射机	1947年至今

简易的火花发射机，原理为通过高压放电形成LC振荡释放减幅波

200kW 亚历山德森射频交流发电机，使用电动机驱动发电机高速运转得到射频交流电

1MW 美国海军用电弧发射机。电弧发射机是最早可以产生连续正弦波的发射器之一，也是最早用于通过无线电传输声音（幅度调制）的技术之一，很快代替了占用频谱极广的火花发射机。在1922年，大约80%的无线电设备采用电弧发射机。

Arc 电弧发射机的介绍可以参考电弧无线发送机-电子工程专辑

二、泰坦尼克号的天线

图为泰坦尼克号照片：53310吨；艇长883英尺（269.1米），宽92英尺（28米），46000马力，船上有2224人和两台无线电设备。

图为泰坦尼克号的马可尼双T型天线构造图。它由两对水平导线和连接无线电设备的两对馈线组成。
水平导线组由船首与船尾的桅杆拉起，长度为450英尺（137.2米），高度到船甲板 / 海平面分别为190英尺（57.9米） / 250英尺（76.2米）。两端用浸沥青的麻绳和20英尺（6.1米）长白蜡木杆连接固定。中间导线由2对并联导线组成，其中相互间距为6英尺（1.8米），引下线同样是4根。天线馈电点在“T”的中心，自然谐振频率大约为930kHz（325米波）。

它在长轴上确实是正增益天线。

三、泰坦尼克号的无线电设备

1. 概略参数

泰坦尼克号上有主副两组收发信机。

主发射机为5kW同步旋转火花发射机，这是当时最先进的火花发射机。由无线电操作员（R-Os）Jack Philips（25岁）和 Harold Bride（21岁）在贝尔法斯特的 Harland + Wolff 船厂安装、测试、调试和操作，最终在1912年4月2日完全投入使用。呼号为MGY。输入直流电源为100-110 VDC @ 60A。发射波长为600米“长波”（500 kHz）与325米“短波”（930 kHz）。调制信号音频率为840Hz。当时白天最低保证能在250英里（402公里）内通讯，在晚上可达2000英里（3218公里）以上。

主接收机为马可尼多调谐器（Marconi MultiTuner）+ 马可尼磁性检波器（Marconi Magnetic Detector） / 弗莱明电子管检波器（Fleming valve detector） + 标准电话设备。

辅助发射机为使用10英寸线圈的1.5kW普通火花发射机。使用充电器+电池时白天可覆盖40英里（64公里）

辅助接收机为不能调谐的粉末检波器/偏置器 + 墨粉打印机。

2. 减幅波（DW）介绍

早期火花隙发射机发射波为减幅波或者叫阻尼波（不是连续波CW），在AM模式下听起来是滋滋声或者嗡嗡声。在发射时有火花，火花声音即为发射调制声音。

减幅波（Damped wave）“DW”或者叫简单放电波（plain spark）使用到1920年代。

现代发射机的连续波CW。

泰坦尼克的840Hz同步“调制”旋转火花发射的波形。或许可以称为“调制的阻尼连续波”

图为三种E型火花的模式。从左到右为60Hz、120Hz、750Hz。

可以看出，火花频率的增加会对音调和效率有很大的改善。

图为非同步旋转火花隙发射原理示意。更大的火花频率会带来更好的性能。

如果交流发电机电压峰值与旋转火花间隙同步，则能带来更好的性能。

译者注：普通的火花放电间隙只有一组放电电极，火花频率由电极距离决定。当按下电键后，电容充电，电压逐渐升高，当电压超过空气击穿电压时构成放电通道形成流柱。火花放电通道、电容、电感形成LC阻尼振荡，直到电压不再支撑放电回路的形成，该次放电终止。而后电容重新充电到放电电压进行下一次放电。对于700Hz的火花发射机，每秒会进行700次这样的放电。

对于非同步旋转火花发射机，设计电极距离远小于上述普通的火花间隙，此时放电频率由旋转火花隙的旋转速度决定。在单次放电进行尚未结束时，电极旋转走强行结束放电，同时下一个电极很快旋转来进行下一次放电。以此提高火花频率以改善发射效率。

对于同步旋转火花发射机，电动发电机组和放电盘同步旋转。这样每次放电可以在交流发电机的电压绝对值峰值时进行，以最大化发射效率。这要求放电盘上电极数等于发电机极数的两倍，举例来说，对于700Hz的侧音，需要350Hz的交流电（每个周期有波峰和波谷两个幅值绝对值最大点），假设发电机的极对数为4，极数为8，那么放电盘上应该有16个电极，电机转速需要700÷8×60＝5250 rpm。

3. 马可尼5kW同步旋转火花发射机

如图所示，系统使用100V-110V直流电驱动，发射时最大需要60A电流。电能首先驱动电动发电机组（Motor Generator Set或者M-G set）输出300V 420Hz最大5kW的交流电。直流电动机最小功率为10马力。发电机参数为：6300rpm，级数为8，工作时电流为17A。旋转放电盘上由16个放电端子。发电机转子与旋转放电盘（rotary spark gap）同步旋转，最终形成840Hz的发射音调。

当按下电键发射时，电能经升压变压器，变换为10-14kV传输到旋转放电器和LC主振荡器上。

图中左侧电动机变阻器（Motor Field Rheo）用于设置电动机的功率和转速，以及信号音调。

图中右侧发电机变阻器（Alternator Field Rheo）用于调节高电压，以及调整火花的质量。

电键电流大约 17A @ 300VAC。由于电流电压太大，实际上使用继电器来控制。

图为奥林匹亚号和泰坦尼克号使用的5kW旋转火花发射机原理图（基本正确）

这是非常成熟、精密的工程，对于1912年的业余无线电爱好者来说，简直是超级电台！

图为泰坦尼克号上无线电设备的完全原理图（包括副发射接收机），作者为EA8EX。

4. 无线电发射设备的部分组件介绍

调谐灯（tuning lamp），既是射频电流表，也是调谐表。通过观察灯泡亮度来确认发射电流或调谐状态。

带接地保护的火花间隙收发切换开关（带0.01英寸云母绝缘间隙），可以实现快速的收发切换（QSK）

马可尼磁电键继电器（1910）译者注：低功率火花机允许直接使用电键控制电路的开闭。对于高功率设备，电流和电压都极大，需要电键控制继电器来间接控制电路。

Olympia奥林匹亚号船上的实物

图为断头台电键（Guillotine Key），为泰坦尼克号上5kW旋转火花主发射机所用的马可尼电键。

侧边的杠杆用于短路接收器，以在发射时保护它。

马可尼 5 kW 电动发电机组（M-G set），配有机械同步旋转火花间隙（“盘式放电器”），并置于保护箱中。由图可知电动机、发电机和放电盘在同一传动轴上，是以相同转速旋转的。

“静音室”（silent room）中的发射设备。

2003年美国纪录片《深渊幽灵》重建的泰坦尼克号的静音室里的旋转火花放电机

2002年使用深潜器水下拍摄的实际照片。

5. 泰坦尼克号的接收设备

马可尼发明了无线电调谐器，1900年获得专利（编号7777）。图为马可尼多路调谐器（Marconi Multiple Tuner）：调谐范围为2600-100米（120 kHz-3 MHz）。1907年由马可尼申请专利，1907-1918年被广泛使用。通常与“Maggie”磁检波器一起使用。

该设备可以适配各种类型的天线，并在宽频率范围内将来自不同天线的信号匹配到检波器。然而，该设备只能在选择性和灵敏度之间二选一。

当操作员选择与远处微弱信号的电台通讯时，会牺牲掉选择性，容易被附近大功率临近频率的电台干扰通讯。

马可尼多路调谐器（Marconi Multiple Tuner）由C.S. Franklin设计于1907年。它提供了比以往设备更好的灵敏度，更低的损耗，可以在100-2600m波段（3MHz-120kHz）工作。

图为马可尼“Maggie”磁检波器。当时的操作员很喜欢它的灵敏度，它比备用的弗莱明电子管检波器要好。

图为“Maggie”原理图，由Ernest Rutherford于1895年发明，马可尼在1902年改进了它。它比粉末检波器灵敏得多。它是马可尼公司在1902-1918年使用的标准检波器。

该装置通过非线性磁滞效应工作（仅有交流输入波的一半使铁线磁化），因此产生输出信号，起到类似二极管的作用。

泰坦尼克号上另一个主检波器是弗莱明真空管检波器。右侧的图片表示了一种常见的真空管检波器的原理。但是实际上泰坦尼克号上的检波器没有耦合器（coupler），检波器直接插入马可尼三路调谐器和大“T”天线中。理论上，它比磁检波器“Maggie”灵敏度更高。实际上它的可靠性很差。马可尼版本在全波电路中使用了两个真空管。

6. 电台室照片一览

唯一已知的泰坦尼克号无线电室的照片。这是布莱德（H. Bride）的后背。在爱尔兰Queenstown下船的乘客所摄。

奥林匹克号的电台室。

《泰坦尼克号》电影剧照。

7. 泰坦尼克号无线电设备的实际表现

马可尼公司保证泰坦尼克号的无线电系统在白天可靠的250英里（402公里）通信距离。

在爱尔兰海试（4月2-3日）期间：

夜间通信良好，与特内里费（1900英里 3057公里）和波尔图赛德（2600英里 4184公里）建立了稳定的联系。
白天通信稳定，与距离超过400英里（644公里）的船只和沿海电台保持持续的联系。

航行期间：

在4月7日至14日期间，MGY成功将数百条消息传送给前往英国的沿海电台和纽芬兰的Cape Race电台站。

4月13日，无线电系统发生故障，导致5kW发射机无法工作，操作员一整晚都在修复问题。故障原因是一根14kV的橡胶包裹电缆接地短路。两名操作员在修复过程中极度疲劳，直至4月14日晚上。

撞冰山后（4月14日）：

在撞击冰山后，泰坦尼克号的无线电系统依然有效工作，与至少12艘船保持良好通信，并且至少24艘船接收到信息，还成功与Cape Race电台站建立联系。无线电设备持续工作到4月15日沉没前几分钟。

泰坦尼克号沉没前，接收到求救信号的船只共24艘。岸上电台站共4个，分别是：

Cape Race, 纽芬兰岛（呼号MCE）

Sable Island, 新斯科舍省（呼号MSD）

Siasconset, 马萨诸塞州（呼号MSC）

Sea Gate, 纽约州（呼号MSE）

最后的求救信号信号（“CQD”）在泰坦尼克号当地时间02:17（UTC 0527Z）中止，发动机舱进水，发电机报废。菲利普斯停下工作，前往静音室拉掉主刀开关然后逃离。但是上层甲板已被水淹没，菲利普没能逃走，泰坦尼克号在3到4分钟后沉没。

MKC回复给MGY的电报

四、泰坦尼克的沉没

灾难发生时间表

（使用泰坦尼克号当地时间，比纽约时间西五区早1小时50分钟，在沉没的QTH测得）

4月10日-14日

共发送250条乘客的马可尼电报（Marconigrams）。

4月14日

9:50 PM——加利福尼亚号（Californian）的OP C. Evans：We are stopped and surrounded by ice“我们已经停船，周围全是冰。”

11:50 PM——泰坦尼克号的瞭望员发现冰山。

11:50:37 PM——泰坦尼克号撞上冰山（距离500码，航速22.5节）。

4月14日-15日

11:58 PM ~12:14 AM ——Smith船长访问无线电室。

4月15日

12:15 AM ——泰坦尼克号连续发送6次紧急电报：CQD CQD CQD de MGY 41.46N 50.14W

12:15 - 12:45 AM——多艘船只和陆上电台站响应，导致通讯量激增。

12:25 AM——卡帕西亚号Carpathia（呼号MPA）呼叫泰坦尼克号：Cape Cod has msgs for you

12:27 AM——泰坦尼克号（呼号MGY）回复：Come at once. We have struck berg. It’s a CQD om

12:45 AM——MKC MKC SOS SOS SOS de MGY MGY MGY（MKC为奥林匹克号Olympic的呼号）

02:17 AM——收到泰坦尼克号的最后信号：CQD de MGY 信号发射一半中断。

02:20 AM——泰坦尼克号船头断裂沉没。

如果可以

泰坦尼克号的事故有很多本应可以避免事故发生的巧合。

4月10日至14日——泰坦尼克号的两名电报员布莱德和菲利普发送了250条琐碎的乘客电报，影响了冰山警报和其他船只的通信，两个操作员十分疲惫。

4月13日——发射机坏了，所以菲利普花了6个小时的休息时间来排除故障。因此他14-15号晚上很累。

4月14日下午7点50分——SS Mesaba向泰坦尼克号（MGY）发送消息

Stopped. Sea packed with ice
”停下。海面满是冰”

电报开头是“Ice report”而不是“MSG”，所以电报积压在菲利普的桌上，在事故发生前没有传递给史密斯船长。

4月14日晚上9点05分——加州人号（Californian）的电报员埃文斯（C. Evans）发送SOM, we are stopped and surrounded by ice

但是菲利普发送了：D D D D I am working Cape Race

当时航速更快的船有通讯优先权，这是著名的“闭嘴！”

4月14日晚上11点55分——埃文斯从早上7点开始值班，所以晚上11点35分就下班去睡觉了。11点50分泰坦尼克号瞭望台看到冰山。此时加州人号距离泰坦尼克号只有11英里！

4月15日凌晨12点05分——菲利普开始发送CQD。许多遥远的船只都能听到。

4月15日凌晨12点20分——查尔斯·格罗夫斯（Charles Groves），加州人号的三副试图接收信号，但不知道如何启动磁检波器的发条。当时泰坦尼克号正在连续呼叫CQD。

4月15日凌晨12点30分至02点10分。加州人号的船长罗德（Lord）和瞭望员在11英里外看到泰坦尼克号的灯光和火箭，由于冷水的海市蜃楼，泰坦尼克号的外观非常扭曲。“不用叫醒埃文斯去无线电确认，或者前往确认。我想这艘船不可能是泰坦尼克号。”

六天后。

B型折叠救生艇救了布莱德的命，菲利普斯的尸体被发现在上面。艇上有来自哈利法克斯Mackay-Bennett公司的船员。

1912年4月15日，泰坦尼克号的折叠救生艇正在接近卡帕西亚号（Carpathia）

泰坦尼克号幸存者在卡帕西亚号甲板上——“妇女儿童优先”（Women and children first）

哈罗德·布莱德正在登上卡帕西亚号。由于脚严重受伤，布莱德在卡帕西亚号的电台上工作了好几个小时，让科塔姆（Cottam）有机会休息。

左为杰克菲利普（Jack Phillips），25岁，泰坦尼克号高级电报操作员 (SK)

右为哈罗德布莱德（Harold Bride ），22岁，泰坦尼克号初级电报操作员。

从左到右依次为：加州人号的三副格罗夫斯（C. Groves），加州人号的电报员埃文斯（C. Evans），卡帕西亚号的电报员科塔姆（Cottam）

泰坦尼克号沉没对无线电的影响

一方面，这次事故中有710人由于无线电获救，证明了它在紧急时刻的重要作用。泰坦尼克号的无线电系统一直有效工作到船只沉没前几分钟发电机进水。所有无线电操作员都表现出色或英勇：西里尔·埃文斯（Cyril Evans），哈罗德·科塔姆（Harold Cottam），杰克·菲利普斯（Jack Philips），哈罗德·布莱德（Harold Bride）

但另一方面，1514人的死亡说明了无线电相关法规和操作的不完善。