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文 | 薛铮铮aa

编辑 | 薛铮铮aa

引言

中继器的历史和发展是一个引人入胜的话题，极大地促进了现代技术的发展。中继器可以被定义为一种电子装置，它可以放大和重发信号，以扩大其范围并提高其质量。

早期历史：光学中继器

重复信号以达到更好的传输效果并不是一个新的概念，可以追溯到几个世纪以前。

光中继器可以被定义为一种在电信中收集和放大光信号的设备，使其能够以更强的信号强度传输更远的距离。这些早期光中继器的发展在为现代通信技术铺平道路方面意义重大。

早期的光通信和电报

利用光来传输信息的想法可以追溯到几百年前。最早的记录之一是古希腊人利用镜子反射阳光并远距离发送信息。直到19世纪，实用的光信号系统才开始形成。

在光学通信的早期，它主要用于发送视觉信号，如依靠旗帜或手臂运动的信号系统。但人们很快就发现这种技术也可用于远距离传输书面信息。

第一个光学电报系统是由法国发明家Claude Chappe在1790年代推出的。该系统使用了一系列配备有活动臂的塔台，安排在不同的位置，将信息传递到几百公里之外。光学信号在塔与塔之间传输时使用望远镜，以提高信号的可见度。

光学电报和光学中继器的出现

尽管光学电报是电信领域的一项重大进步，但其有限的范围给长距离通信带来了问题。透镜和其他光学技术最初被用来在一定程度上提高这些系统的传输范围，但要在更远的距离上实现更好的传输，需要更复杂的东西。这就是光学中继器的作用。

第一台光学中继器大约出现在19世纪中期，在通过电报系统实现长距离通信方面发挥了重要作用。这些早期的光学中继器使用透镜和镜子来收集和聚焦微弱的信号，在反射和转发它们到通信链中的下一个站点之前将其放大。

早期光学中继器的著名先驱之一是威廉·福瑟吉尔·库克——一位英国发明家，他在19世纪50年代为军事用途设计了一套便携式光学电报系统。库克的系统利用低功率的日光仪，在不同的站点之间传输信息。他的发明依靠的是一系列配备了强大透镜和其他光学元件的便携式塔台，使信号能够被放大并传输到更远的距离。

电报领域的另一个重大发展是惠斯通ABC电报机的问世。该系统采用了一个覆盖着玻璃绝缘体的电缆网络，这使得它能够在没有内部噪音干扰的情况下远距离传输信息。然后，电缆携带的电信号被转换为电报员可以理解的代码。

光学中继器和改善通信质量

光学中继器的出现代表了电信业的一个重大进步，因为它们可以在比以前更远的距离上清晰地传输信号。通过收集和放大微弱的信号，这些早期的中继器有助于提高电报通信的质量和可靠性，即使是在传输数百或数千英里的情况下。

光学中继器在使国际通信系统更有效地运作方面特别有用。例如，在美国，工程师们开发了一个跨大西洋电缆系统，将美国与欧洲连接起来。这项庞大的工程涉及安装一个庞大的水下电缆网络，横跨大西洋，绵延2500英里。光中继器在这个项目中发挥了重要作用，因为它们使信号能够在广阔的海洋上进行长距离传输。

光中继器的历史证明了早期发明家和工程师的聪明才智和创新能力。这些设备在19世纪中期的发展证明了它们在放大和重传光信号方面的有效性，使长距离电报通信首次成为可能。通过提高电信的质量和可靠性，光中继器为现代的通信技术铺平了道路，这些技术依靠复杂的中继器系统在遥远的距离上传输信息。

无线通信：早期的无线电中继器

20世纪初，无线通信技术兴起，无线电中继器在扩大通信范围和提高通信质量方面发挥了关键作用。无线电中继器能够在更远的距离上放大和重发微弱的信号，帮助维持通信联系。

20世纪初的无线通信

在真空管技术的进步和其他电气创新的推动下，无线通信技术开始在20世纪初出现。无线电传输技术在为军事和商业目的实现长距离通信方面发挥了关键作用。

这一时期，无线电通信的一个重大挑战是传输信号的范围有限。这一挑战促使无线电中继器的发展，它放大和重传信号以扩大其范围并提高其质量。

无线电中继器的发明

20世纪初，一些研究人员在无线电中继器的发展中发挥了突出作用。其中有一位名叫查尔斯·弗朗西斯·詹金斯的澳大利亚人，他被认为在1913年发明了第一个无线电中继器。

詹金斯在他的中继站中使用了简单的收发器，使它们能够接收和放大传入的信号，然后以更高的功率水平重新传输。通过将这些中继器放在通信网络的边缘附近，他能够大大改善网络服务的可靠性和一致性。詹金斯在整个20世纪20年代和30年代继续完善和发展无线电中继器，帮助建立现代通信系统的基础。

第一次世界大战中的无线电中继器

无线电中继器在第一次和第二次世界大战期间的军事通信中发挥了重要作用。在第一次世界大战期间，无线电中继器在西线被广泛使用，以维持分散在远处的盟军之间的通信线路。

中继器由一个由曲柄驱动的小型发电机组成，经常被用来转发信号。这些发射器与位于安全地点的大功率接收站协同工作，将微弱的信号放大并远距离传输。

二战期间的无线电中继器

在第二次世界大战期间，无线电中继器的使用规模甚至更大。随着雷达和其他无线通信系统的广泛部署，中继器的使用对于维持军队之间的可靠通信变得更加重要。

战争期间开发了许多不同类型的无线电中继器，包括那些能够在飞机和地面站之间传输信息的设备。这些设备在实现前线部队和军事总部之间的远程通信方面非常有效，可以更好地协调战斗战术和资源分配。

无线电中继器在无线通信技术的早期发挥了重要作用，它扩大了信号的范围，提高了信号的质量，从而实现了可靠的长距离通信。

在查尔斯·弗朗西斯·詹金斯等创新者的推动下，无线电中继器的发展帮助建立了我们现在认为理所当然的现代通信网络。随着技术的不断进步，中继器技术也在不断发展，为现代无线通信系统提供了重要支持。

微波中继器的崛起

微波中继器在现代电信系统中发挥了重要作用。这项技术使信号能够远距离传输而不会遇到明显的信号损失或减弱。

早期的技术进步

微波无线电技术的最初创新始于20世纪初磁控管的发明。这种电子放大管可以在预先确定的频率下产生高功率的无线电发射，使超高频（UHF）微波得以产生。

在第二次世界大战期间，雷达技术在军事上得到了广泛的应用，极大地影响了微波无线电技术的发展。在这一时期，开发微波中继器的第一次真正尝试开始形成。与我们今天的情况相比，最初的版本是相当原始的。

早期的微波中继器

第一批微波中继器主要以同轴电缆环路为特色，使用真空管作为有源元件。此后，这些设备的尺寸造成了关键的移动性和部署问题，限制了它们的使用，只能用于固定应用。

为了克服这些技术挑战，工程师们在20世纪40年代末开始利用高度定向的天线。这一策略通过减少干扰和增加可用的传输距离，大大提高了可靠性。

到20世纪50年代初，微波中继器已变得更加突出。通过转换老式装置的现有基础设施，它允许从有线连接中转换出一个功能更强的网络，通过电气应用加热的空间划分联系在一起。

卫星通信时代

从20世纪50年代末开始，并持续到整个60年代，关于卫星通信的进展。在此期间，进行了全球定位系统的实验，最终导致了1963年发射的第一颗地球静止通信卫星（COMSAT）。

卫星技术的这一突破导致了对更先进的微波中继器的新需求，这些微波中继器能够在卫星间传输信号。卫星被放置在地球静止轨道上，距离地球表面约22,236英里，由于覆盖的距离，给信号传输带来了挑战。这催生了复杂而高效的有源中继器技术的发展，至今仍在卫星通信中发挥着重要作用。

现代微波中继器

微波中继器技术自诞生以来已经有了很大的发展，特别是在设计中引入了其他电子元件，如放大器和半导体。

今天，先进的微波中继器利用固态半导体技术，如GaAs（砷化镓）和InP（磷化铟），提供了比真空管版本更大的优势。这些固态技术极大地提高了传输速度，降低了功耗。

最近的进展之一是将光学与微波设备相结合，称为光纤-微波（FMC），它利用来自光学激光设备的光波与毫米波段的微波信号相互作用。微波中继器中光学技术的整合提供了更高的带宽，更低的每比特成本，并允许更长的数据传输距离。

另一项重要的发明是光纤无线电技术，其中基本的射频信号通过光纤连接来传输，而不是使用铜缆或其他导体进行电子传输。在这些系统中，光子在波导线上携带信号，同时利用射频能量来调制它们的振幅，进行长距离传输。

微波中继器的发展对现代电信系统的发展起到了关键作用。从早期的实验到现代的固态半导体技术，它们使电磁信号能够在长距离内可靠传输，而不会遇到明显的强度损失。随着每天都有新的创新，它们在需要不同地点和设备之间稳定通信的各种应用中继续发挥着重要作用。

最近的发展：中继器技术的未来

随着现代技术及其应用的进步，中继器技术的未来看起来很有希望。未来几代中继器将提供更先进的功能，使信息的传输更有效、更快速。

即将到来的创新之一是将人工智能（AI）算法融入中继器管理。人工智能的融入将提供及时监测不同网络状态的能力，检测问题，并迅速排除故障。这一技术发展将对我们管理和运营中继器的方式产生变革性影响，提升效率并减少停机时间。

另一个相关的创新是5G无线通信技术，它有望改善设备和器材的连接。这种下一代无线网络需要高速、低延迟的数据传输能力，通过实施先进的远程无线电头（RRH）和小型蜂窝以及使用先进的波束成形功能，可以实现这种能力。

随着人工智能在网络管理方面的整合，5G无线通信技术的实施，新材料的引入，以及绿色技术的趋势，下一代中继器有望在管理不同地点和设备之间的通信网络方面实现高效、可持续和低成本。

在所有这些进展中，一个不可忽视的关键方面是网络安全的影响。随着更多敏感信息的交换，确保数据传输的安全网络将变得越来越关键。公司必须采取最先进的网络安全措施，以保障其客户的机密数据、隐私，并在我们进入中继器技术的未来时防止漏洞。

笔者观点

从最早的光通信到现代数字网络的高科技世界，中继器技术使通信距离越来越远，质量水平越来越高。随着我们不断推动通信世界的发展，中继器技术可能会继续发挥关键作用，使我们能够以日益复杂和精密的方式相互联系。

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