早年經(jīng)歷
1850年6月6日,布勞恩出生在富爾達(dá),父親是個(gè)公務(wù)員。1868年開始在德國(guó)馬爾堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和自然科學(xué),1869年轉(zhuǎn)去柏林大學(xué)研究天線,1872年獲得物理學(xué)博士學(xué)位。
1873年,他通過國(guó)家中學(xué)教師考試,在萊比錫的一家中學(xué)教數(shù)學(xué)和自然科學(xué),在那里他同時(shí)進(jìn)行對(duì)振蕩電流的科學(xué)研究。1874年,他發(fā)現(xiàn)某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性,并利用半導(dǎo)體的這個(gè)特性制成了無(wú)線通信技術(shù)中不可或缺的檢波器,開創(chuàng)了人類研究半導(dǎo)體的先例[1]。
布勞恩先后在馬爾堡大學(xué)(1876年)、斯特拉斯堡大學(xué)(1880年)和卡爾斯魯厄大學(xué)(1883年)任物理學(xué)副教授和教授,1887年又應(yīng)蒂賓根大學(xué)的邀請(qǐng)負(fù)責(zé)建立物理學(xué)研究所,1895年他回到斯特拉斯堡大學(xué)任物理研究所主任和教授,把主要精力用于進(jìn)行電學(xué)研究。發(fā)明陰極射線管CRT(布勞恩管,CRT顯示器的核心部件) 陰極射線管示意圖:
1. 極板網(wǎng)柵;2. 陽(yáng)極;3. 偏轉(zhuǎn)線圈;4. 加熱器;
改進(jìn)無(wú)線電通訊
在發(fā)明陰極射線管的同時(shí),布勞恩還開始了他在無(wú)線電報(bào)方面的研究。
當(dāng)時(shí)的電報(bào)技術(shù)存在一個(gè)致命的問題,就是缺少可靠的電報(bào)接收機(jī)。布勞恩是物理學(xué)家出身,有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng),他所做的實(shí)驗(yàn)條件都是可重復(fù)再現(xiàn)的。他改用晶體探測(cè)器,使接收機(jī)的敏感度提高了很多。直到發(fā)明了電子管,布勞恩的晶體探測(cè)器才被淘汰了,即便如此,晶體探測(cè)器仍在簡(jiǎn)易接收機(jī)中使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。最初的超高頻雷達(dá)設(shè)備也使用了晶體探測(cè)器。
在發(fā)射機(jī)方面,布勞恩同樣貢獻(xiàn)很大,馬可尼主要是憑借經(jīng)驗(yàn)和試探發(fā)明了發(fā)報(bào)機(jī),而布勞恩在馬可尼發(fā)明的基礎(chǔ)上,對(duì)發(fā)報(bào)機(jī)進(jìn)行了物理學(xué)背景研究,并對(duì)馬可尼的發(fā)報(bào)機(jī)做了根本性的改造。比如,他發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生高功率低阻尼電波的方法,原本馬可尼發(fā)報(bào)機(jī)的振蕩線路和天線是合在一起的,這種線路產(chǎn)生的功率很低,布勞恩把兩者分開,發(fā)明了磁耦合天線,初級(jí)線圈由電容器和火花隙構(gòu)成,耦合上一個(gè)感性的天線,電容電路的振蕩在輻射天線中產(chǎn)生了極大的電流,這使得整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射功率大大增加,增大了通信距離,而且無(wú)線電接收機(jī)和發(fā)射機(jī)不需要直接與天線相連,減少了受到雷擊的危險(xiǎn)。如今,磁耦合天線仍應(yīng)用在收音機(jī)、電視機(jī)、電臺(tái)和雷達(dá)上。
1899年時(shí)候的發(fā)射機(jī)可以傳輸20千米,完成了橫跨英吉利海峽之間的無(wú)線電通訊,真正實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)距離電報(bào)通信”,是人類第一次用電磁波傳送信息,電文是:“你的來(lái)電收妥無(wú)誤,而且很清楚”[3]。這個(gè)傳輸距離每個(gè)月都在被打破,1901年馬可尼又用布勞恩的發(fā)射機(jī)成功地從英國(guó)科爾努埃爾發(fā)出電報(bào),跨越大西洋上空到達(dá)加拿大紐芬蘭,建立了從英國(guó)到北美的通信線路。
布勞恩還發(fā)明了定向天線。定向性也是電報(bào)技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn),發(fā)射機(jī)需要定向發(fā)射,接收機(jī)也需要定向接收,布勞恩是最先實(shí)現(xiàn)定向發(fā)報(bào)的人之一,他發(fā)明的定向天線只在一個(gè)指定的方向上發(fā)射電波,從而減少了能量的無(wú)謂消耗。他還把發(fā)射機(jī)的頻帶調(diào)得很窄,從而減小了不同發(fā)射機(jī)之間的干擾。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
因?yàn)閷?duì)無(wú)線電報(bào)的改進(jìn),布勞恩同發(fā)明無(wú)線電報(bào)的馬可尼分享了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。馬可尼的發(fā)明曾多次借用到布勞恩的專利。
逝世
第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,英國(guó)控制的馬克尼無(wú)線電公司企圖關(guān)閉紐約的無(wú)線電發(fā)射站,切斷美國(guó)和德國(guó)的通信,并對(duì)位于長(zhǎng)島的塞維爾無(wú)線電發(fā)射站的專利權(quán)提出起訴。當(dāng)時(shí)美國(guó)尚未加入戰(zhàn)爭(zhēng),64歲的布勞恩抱病沖破英國(guó)的封鎖前往美國(guó),幫助維護(hù)德國(guó)設(shè)在紐約的無(wú)線電站,并在紐約出庭為他曾做過的實(shí)驗(yàn)作證。其間,美國(guó)介入第一次世界大戰(zhàn),布勞恩成為了“敵對(duì)國(guó)公民”[4],美國(guó)不允許他回到斯特拉斯堡,只能生活在布魯克林,直到1918年第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束前,布勞恩逝世于家中。