ك. فرديناند براون

وُلد كارل فرديناند براون في السادس من يونيو عام ١٨٥٠ في فولدا . في عام ١٨٦٨، بدأ براون دراسة الفيزياء والكيمياء والرياضيات في جامعة ماربورغ . وفي العام التالي، انتقل إلى جامعة برلين وأصبح مساعدًا لهينريش غوستاف ماغنوس . بعد وفاة ماغنوس عام ١٨٧٠، واصل براون تدريبه مع جورج هيرمان كوينكه . في عام ١٨٧٢، حصل على درجة الدكتوراه عن أطروحته حول الأوتار المهتزة ، ^{[ ١٤ ]} ثم انتقل لاحقًا إلى جامعة فورتسبورغ كمساعد لكوينكه. ^{[ ١٥ ]}

في عام 1874، قبل براون وظيفة تدريس في مدرسة توماس في لايبزيغ . وفي عام 1876، عاد إلى جامعة ماربورغ أستاذاً استثنائياً للفيزياء النظرية، وفي عام 1880 دُعي لشغل منصب مماثل في جامعة ستراسبورغ . عُيّن أستاذاً للفيزياء في معهد كارلسروه للتكنولوجيا عام 1883، ودُعي من قبل جامعة توبنغن عام 1885. وفي عام 1895، عاد إلى ستراسبورغ مديراً لمعهد الفيزياء. ^{[ 16 ]}

في عام 1897، انضم براون إلى رواد الاتصالات اللاسلكية . ^{[ 17 ] [ 18 ]} تمثلت إسهاماته الرئيسية في تطوير الراديو في إدخال دائرة رنانة مغلقة في الجزء المولد من جهاز الإرسال ، وفصلها عن الجزء المشع ( الهوائي ) عن طريق الاقتران الحثي ، ولاحقًا استخدام البلورات لأغراض الاستقبال. في حوالي عام 1898، اخترع كاشفًا بلوريًا . استحوذت التلغرافية اللاسلكية على اهتمامه الكامل في عام 1898، ولسنوات عديدة بعد ذلك، كرّس نفسه بشكل شبه حصري لحل مشكلاتها. كان قد كتب باستفاضة عن مواضيع الاتصالات اللاسلكية، واشتهر من خلال مساهماته العديدة في مجلة "ذا إلكتريشن" وغيرها من المجلات العلمية. ^{[ 19 ]} في عام 1899، تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع لنقل الإشارات لاسلكيًا عبر الأسطح . ^{[ 20 ]} ويُقال أيضًا إنه في عام 1899، تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع للتلغرافية الكهربائية باستخدام المكثفات وملفات الحث .

وصل رواد تطوير الأجهزة اللاسلكية في نهاية المطاف إلى حد أقصى للمسافة التي يمكنهم تغطيتها؛ إذ أن توصيل الهوائي مباشرةً بفجوة الشرارة لم يُنتج سوى سلسلة نبضات مُخمدة بشدة، ولم تكن التذبذبات تستمر إلا لبضع دورات قبل أن تتوقف. أما دائرة براون، فقد وفرت تذبذبًا مستدامًا لفترة أطول بكثير، لأن الطاقة واجهت خسائر أقل أثناء انتقالها بين الملف وعلب ليدن . وبفضل اقتران الهوائي الحثي، أصبح المُشعّ أكثر توافقًا مع المُولّد . ونتيجةً لذلك، تمكنت الإشارات الأقوى والأقل استهلاكًا لعرض النطاق الترددي من تغطية مسافة أطول بكثير.

في عام 1905، اخترع براون هوائي المصفوفة الطورية ؛ وقد وصف في محاضرته عند استلام جائزة نوبل كيف رتب بعناية ثلاثة هوائيات لإرسال إشارة موجهة . ^{[ 21 ]} أدى هذا الاختراع إلى تطوير الرادار والهوائيات الذكية وتقنية MIMO .

استُخدمت براءة اختراع براون البريطانية في مجال الضبط من قِبل غولييلمو ماركوني في العديد من براءات اختراعه في هذا المجال. وقد استخدم ماركوني براءات اختراع براون (إلى جانب براءات أخرى). واعترف ماركوني لاحقًا لبراون نفسه بأنه "استعار" أجزاءً من عمل براون. في عام 1909، مُنح براون وماركوني جائزة نوبل في الفيزياء مناصفةً "تقديرًا لمساهماتهما في تطوير التلغراف اللاسلكي"؛ وتُصوّر الجائزة التي مُنحت لبراون هذا التصميم. أجرى براون تجاربه الأولية في جامعة ستراسبورغ، قبل فترة وجيزة من نجاحه في مدّ جسر لاسلكي لمسافة 42 كيلومترًا إلى موتزيغ . في ربيع عام 1899، توجّه براون، برفقة زميليه كانتور وزينك، إلى كوكسهافن لمواصلة تجاربهم في بحر الشمال. وفي 24 سبتمبر 1900، جرى تبادل إشارات التلغراف اللاسلكي بانتظام مع جزيرة هيليغولاند عبر مسافة 62 كيلومترًا. بدأت السفن الخفيفة في نهر الإلبه ومحطة ساحلية في كوكسهافن خدمة التلغراف اللاسلكي المنتظمة.  

في عام 1914، سافر براون إلى نيويورك في الولايات المتحدة للإدلاء بشهادته لصالح الدفاع في دعوى قضائية تتعلق بمطالبة شركة ماركوني ببراءة اختراع ضد محطة تيليفونكن اللاسلكية في سايڤيل . وكان براون لوثريًا. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

بعد أن أعلنت الولايات المتحدة الحرب على ألمانيا عام 1917، تم احتجاز براون باعتباره أجنبيًا معاديًا . سُمح له بالتنقل بحرية داخل بروكلين ، حيث توفي في العام التالي في 20 أبريل عن عمر يناهز 67 عامًا. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

في عام 1874، اكتشف براون خصائص التوصيل غير المتماثلة لبعض المواد، والتي شكلت الأساس لمقوم نقطة التلامس . أظهر هذا الاكتشاف أن بعض وصلات المعدن-شبه الموصل يمكنها توصيل الكهرباء بسهولة أكبر في اتجاه واحد مقارنة بالآخر، وهي خاصية حاسمة للثنائيات . ^{[ 26 ]}

أدى عمل براون في مجال أشباه الموصلات إلى تطوير أول ثنائي ذي نقطة تلامس ، والذي يُعتبر غالبًا جهازًا أساسيًا من أجهزة أشباه الموصلات، حيث سمح بتقويم التيار المتردد إلى تيار مستمر . ويكتسب هذا أهمية بالغة لأنه كان من أوائل التطبيقات العملية لمواد أشباه الموصلات، ممهدًا الطريق لأجهزة أشباه الموصلات المستقبلية التي تطورت لاحقًا إلى الثنائيات والترانزستورات الحديثة ، وغيرها من تقنيات أشباه الموصلات.

كانت اكتشافات براون أساسية في التطور المبكر للإلكترونيات وساعدت في وضع الأساس لصناعة أشباه الموصلات التي نعرفها اليوم.

يعود الفضل في شهرة براون الدائمة إلى حد كبير إلى اختراعه أنبوب أشعة الكاثود (CRT)، الذي لا يزال يُشار إليه عادةً باسم "أنبوب براون". يشير هذا المصطلح اليوم عادةً إلى أنبوب عالي التفريغ، حيث يمكن توجيه حزمة الإلكترونات في الاتجاهين الأفقي والرأسي. كانت النسخة الأولى، التي طُوّرت في ستراسبورغ عام 1897، ^{[ 27 ]} بعيدة كل البعد عن الكمال؛ فقد احتوت على مهبط بارد وفراغ متوسط، مما استلزم جهد تسريع قدره 100,000 فولت لإنتاج أثر مرئي للحزمة المنحرفة مغناطيسيًا. علاوة على ذلك، كان الانحراف المغناطيسي يؤثر على اتجاه واحد فقط، بينما كان الاتجاه الآخر يُتحكم فيه بواسطة مرآة دوارة موضوعة أمام الشاشة الفسفورية .

مع ذلك، أدركت الصناعة على الفور إمكانات هذا الاختراع، مما أدى إلى تطويره بشكل أكبر. وبحلول عام ١٨٩٩، أدخل مساعده، جوناثان زينك ، تقنية التذبذبات للتحكم المغناطيسي في انحراف المحور Y، وشملت التحسينات اللاحقة إضافة مهبط مُسخّن، وأسطوانة وينيلت ، وتقنية التفريغ العالي. لم يُستخدم هذا الأنبوب في أجهزة راسم الإشارة فحسب ، بل استُخدم أيضًا في البث التلفزيوني الإلكتروني بالكامل كأنبوب صورة لأجهزة التلفزيون ، على الرغم من أن براون كان قد اعتبره غير مناسب للتلفزيون.

أصبحت شاشة CRT حجر الزاوية في تطوير التلفزيون الإلكتروني بالكامل، حيث كانت جزءًا من كل جهاز تلفزيون وجهاز كمبيوتر وأي نظام شاشة آخر حتى ظهور شاشة LCD في نهاية القرن العشرين. ^{[ 28 ]} ولا تزال تُسمى أحيانًا "أنبوب براون" في البلدان الناطقة بالألمانية ( Braunsche Röhre ) ودول أخرى مثل كوريا (브라운관: Buraun-kwan ) واليابان (ブラウン管: Buraun-kan ).

بعد اختراعه للأنبوب الإلكتروني، بدأ براون أبحاثه في مجال التلغراف اللاسلكي . تمثلت إحدى القضايا الرئيسية في تكنولوجيا الراديو المبكرة في تطوير جهاز استقبال موثوق. كان براون، بصفته فيزيائيًا، معتادًا على العمل في ظل ظروف تجريبية قابلة للتكرار، وهو ما لم تكن أجهزة الاستقبال المتماسكة الشائعة الاستخدام آنذاك قادرة على تحقيقه. استبدل براون جهاز الاستقبال المتماسك بكاشف بلوري ، ^{[ 29 ] [ 30 ]} مما حسّن حساسية جهاز الاستقبال بشكل كبير، على الرغم من أن الكاشف البلوري كان يتطلب إعادة ضبط متكررة. لم يتم استبدال الكاشف البلوري بالأنبوب الإلكتروني إلا لاحقًا، على الرغم من استمرار استخدام أجهزة مثل ثنائيات الجرمانيوم في أجهزة استقبال أبسط لبعض الوقت. ولا تزال أنظمة رادار FM الأولى تستخدم كاشفًا بلوريًا. ^{[ 31 ]}

في أواخر عام 1898، تم تسويق هذه التقنية تجاريًا عندما أسس لودفيج ستولفيرك، صانع الشوكولاتة من كولونيا، اتحادًا لاستغلال براءات اختراع براون، مساهمًا برأس مال قدره 560,000 مارك. بعد نجاح نقل الإشارات عبر مسافات أطول، تحول الاتحاد إلى "شركة البروفيسور براون للتلغراف"، والتي أصبحت فيما بعد شركة تيليفونكن المساهمة . أنشأت الشركة أول شبكة اتصالات عالمية، ^{[ 32 ]} وكانت أول شركة في العالم تبيع أجهزة تلفزيون إلكترونية مزودة بأنابيب أشعة الكاثود في ألمانيا عام 1934. ^{[ 33 ] [ 34 ]} في عام 1900، سهّل ستولفيرك التواصل مع البروفيسور أوغست رابس، رئيس شركة سيمنز وهالسكه لإنشاء التلغراف، والتي تولت لاحقًا تطوير الجهاز.

للمزيد: كاشف البلورات

قدّم براون أيضًا إسهاماتٍ كبيرة في تكنولوجيا الإرسال اللاسلكي. فبينما طوّر غولييلمو ماركوني جهاز الإرسال الخاص به بشكلٍ أساسي من خلال الأساليب التجريبية، تمكّن براون من تحسينه بالتركيز على الفيزياء الأساسية. في البداية، كانت دوائر الرنين والهوائي مُدمجة، لكنه فصلها إلى جزأين: دائرة أساسية تتكون من مكثف وفجوة شرارة، ودائرة هوائي مُقترنة بها حثيًا. ^{[ 35 ]} وقد أتاح هذا الابتكار نقل طاقة أكبر في النظام.

بحلول عام ١٨٩٨، جعلت الأنظمة المتطورة الناتجة مصطلح "التلغراف بعيد المدى" أكثر ملاءمة، إذ ازداد المدى الأقصى، الذي كان محدودًا سابقًا بـ ٢٠ كيلومترًا  ، باطراد. وفي ٢٤ سبتمبر ١٩٠٠، أُنشئ رابط لاسلكي بنجاح بين كوكسهافن وهيليغولاند على مسافة ٦٢ كيلومترًا. ^{[ ٣٦ ]} وفي ١٢ ديسمبر ١٩٠١، استقبل ماركوني إشارات لاسلكية في محطته في بولدو ، كورنوال، في سيغنال هيل في سانت جونز، نيوفاوندلاند ، باستخدام جهاز إرسال مصمم وفقًا لدائرة براون. ولا يزال ما إذا كان هذا الاستقبال قد حدث بالفعل موضع نقاش في المراجع العلمية. 

في هذه الأثناء، حاول براون استبدال جهاز الإرسال ذي الفجوة الشرارية، الذي كان ينتج تذبذبات مخمدة، بمولدات التيار المتردد التي تولد تذبذبات غير مخمدة، على الرغم من أنه لم يتمكن من تنفيذ حلقة تغذية راجعة باستخدام أنابيب الإلكترون في ذلك الوقت.

كان براون، إلى جانب جورج غراف فون أركو وأدولف سلابي ، جزءًا من الفريق الذي طور مفهوم "المحطات المتنقلة للتلغراف اللاسلكي للأغراض العسكرية"، والذي أدى في عام 1903 إلى تطبيقه عمليًا من قبل شركتي AEG وسيمنز وهالسكه. تألف النظام من عربتين تجرهما الخيول: إحداهما مزودة بجميع معدات الإرسال والاستقبال، بما في ذلك بطارية، والأخرى مزودة بإمدادات احتياطية. وقد سمح هذا بفصل العربتين في التضاريس الوعرة، حيث كان بإمكان المحطة العمل باستخدام العربة الأمامية فقط. ^{[ 37 ]}

للمزيد: التلغراف اللاسلكي

ركز براون أيضًا على المشكلات المبكرة في مجال الراديو الموجه، وتحديدًا محاذاة هوائيات الإرسال والاستقبال. وكان من أوائل من حققوا الإشعاع الموجه وحسّنوا أداء الهوائي من خلال الحسابات. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

يُنسب إلى براون أيضاً اختراع المنظار الكهربائي المؤشر ، الذي سُمي باسمه. ^{[ 40 ]}