一個神色緊張的年輕人走出他在加州理工學院的工程實驗室，查看到底發生了什么事情。在這所大學附近的高壓實驗室里，大團大團的電光從古怪的設備中騰躍而出。這是1931年，好萊塢的一個劇組正在拍攝波利斯?卡洛夫的電影《科學怪人》的第一部，那些電光就是現場的火花特效。這名嚴肅的年輕工程師喜歡電影，但當他走回凱洛格輻射實驗室的長凳邊坐下時，他可能還不知道，他正在研究的一種新型真空管有一天會徹底顛覆電影業，使電視臺能夠將《科學怪人》和無數其他電影通過衛星發送到千家萬戶。

這個年輕人就是安德瑞?哈耶夫（Andrei Haeff），也就是“安迪（Andy）”（本文作者之一Andre Haeff的父親），而他正在研究的設備就是后來被稱為行波管的設備的雛形。這種頗為奇特的真空管是早期電信、雷達以及電視廣播系統的關鍵組成部分。例如，1952年，英國廣播公司（BBC）利用該技術在英格蘭的曼徹斯特和一個廣播站（位于格拉斯哥和愛丁堡之間）間開拓了一系列微波連接，使該公司無須鋪設冗長的電纜就可以將電視節目發送到蘇格蘭。但是，在通信衛星出現以后，這種輕型、低功耗的行波管才真正閃耀出光彩。現在，由于衛星行波管的出現，人們最喜愛的所有信號——寬帶、電話和電視信號——幾乎都可以到達地球上的任何地方。

盡管行波管如此重要，但它的起源還是鮮為人知。大多數權威機構將它的發明歸功于一個名為魯道夫?康夫納（Rudolf Kompfner）的奧地利建筑師，據說是他于第二次世界大戰期間在英國發明了行波管。事實上，有關這個課題的教材往往也趨于承認康夫納是唯一的發明者。

不過事實上，行波管可以追溯到更早以前。它的首創者并不是康夫納，而是生性靦腆、認真的安迪?哈耶夫。因此，我們有必要重新審視哈耶夫對這一重要技術所作的貢獻，并探討他究竟是怎么被這段技術史忽略的。

故事開始于1931年的美國加州。當時哈耶夫來到美國只有短短幾年的時間，這之前，在他的祖國俄國發生布爾什維克革命不久后，他曾于1920年隨父母和兄弟姐妹移居中國。

那時，哈耶夫剛剛在加州理工學院獲得了碩士學位，并且正在進行研究工作，希望很快可以獲得博士學位。他的論文課題是微波電子學，在那個時代，這代表著高技術的前沿。沒有人知道如何有效地放大微波信號，標準真空管還無法處理這么高的頻率。

這位年輕的工程師開始研究一種真空管，高頻無線電波螺旋式環繞其中，連接著一個螺旋銅電極，而電子在平行于螺旋軸線的方向投射出一個電子束。在螺旋周圍的移動降低了波沿著真空管軸線移動的速度，使其與慢速電子的速度相匹配，產生強大的相互作用，從電子束中吸收能量并將波放大。哈耶夫的原型中使用兩個平行的螺旋形電極，一個電子束在其間穿梭。他在1933年10月為這個新型管申請他的第一個專利時，用了“行波”這個詞來指代螺旋運動的高頻波。他的發明成為后來的螺旋行波管的第一個實例。

哈耶夫這一新型行波管的靈感來自對圣莫尼卡海灘上沖浪者的觀察，他發現沖浪板和波浪的速率必須匹配，沖浪者才能有效地利用波浪的能量。

哈耶夫在1932年獲得了博士學位，之后他在加州理工學院電子工程系擔任研究員，繼續從事他革命性的新型管研究。一些在行波管的起源中提到哈耶夫的故事通常都會（非常不準確地）說，他忽略了行波管作為放大器的用途。事實上，當哈耶夫為他的設計申請專利時，他強調了行波管的3種用途，包括作為微波信號探測器，以及“放大……非常高的無線電頻率”。因此，毫無疑問，他意識到了他的行波管有能力超越傳統真空管的上限放大頻率。

更重要的是，哈耶夫的新型管并不只是紙上談兵：在他提交專利申請前不久，他用一個行波管搭建了一個在750兆赫頻率下運行的便攜式無線電發射器和接收器——這個頻率遠遠超越了當時的其他無線電設備。

1934年3月，哈耶夫離開了加州理工學院，加入了新澤西州哈里森市RCA公司的研究和工程部。加州理工學院的負責人、物理學家羅伯特?A?米利肯（Robert A. Millikan）代表該學院的管理機構授予了他發明的所有權利。哈耶夫很快以1.2萬美元的高價——約合今天的20萬美元——將行波管的專利權以及一臺可用的原型機出售給了RCA公司。后來，在1936年，RCA公司為哈耶夫的設計申請了第二項專利。但是，該公司并沒有允許哈耶夫對這項發明進行進一步開發，而是希望他集中精力開發用于電視接收器的微型管和電路。

隨后，行波管被重新發現了不是一次，而是兩次。第一次是在1940年，RCA公司的一名天線專家尼爾斯?林頓布萊德（Nils Lindenblad）為一種改良的行波管申請了專利。這是在哈耶夫將他1933年的專利權出售給RCA公司6年之后。很難想象林頓布萊德會不知道哈耶夫的早期發明：林頓布萊德的專利申請和RCA公司1936年對哈耶夫行波管的專利申請都是由RCA公司的同一個專利律師哈里?G?格羅弗（Harry G. Grover）經手的。

林頓布萊德并不是真空管設計師，人們還不清楚他后來是如何開始研究螺旋電極的。雖然他和哈耶夫當時都是RCA公司的雇員，但他們的實驗室相距約100公里（約60英里），我們也沒有證據表明他們曾見過面。

一個很大的可能性是，哈耶夫在加州理工學院的同事弗雷德?克羅格（Fred Kroger）可能指導林頓布萊德研究了哈耶夫的專利。1933年，克羅格曾幫助哈耶夫制造了用來展示行波管功能的微波發射器和接收器。而當哈耶夫從加州搬到新澤西時，正是克羅格將行波管的原型機裝在自己的汽車后備箱里運到了那里。他也曾參與哈耶夫對RCA公司進行的那項利潤豐厚的專利權出售。與林頓布萊德一樣，克羅格也曾在紐約州羅基波因特的RCA通信公司工作，他們都是RCA公司早期進軍電視廣播的關鍵人物。事實上，正是為此，林頓布萊德才重塑了行波管。

幾年之內，行波管又被第三次發現——這次是在英國的伯明翰大學。1940年，物理學家們在一個由英國海軍部設立的特殊實驗室里開發了一種產生微波的強大真空管：多腔磁控管。據說，磁控管對第二次世界大戰進程的影響要比其他任何一個發明都大，因為它是構建功能強大、精準的小型雷達裝置的關鍵，它結構緊湊、重量輕，可以安裝到飛機上。

當1941年康夫納加入該實驗室后，他白天研究磁控管和速調管（另一種用于放大微波的真空管），而在晚上進行自己的發明，包括一種行波管放大器。康夫納在伯明翰實驗室完成了他的第一個行波管，自己動手在車床上纏繞了長長的銅螺旋。結果還是不錯的，1944年6月，英國海軍部代表他提出了專利申請。

在1946年《無線世界》（Wireless World）的一篇文章中，康夫納描述了成為未來商用版原型的行波管。不過，他的行波管在本質上與林頓布萊德不太知名的設計并沒有什么不同，而諷刺的是，林頓布萊德的行波管在1942年10月就被授予了美國專利，而此時，康夫納還正在重新發現行波管。

雖然康夫納在《無線世界》的文章中描述的行波管與哈耶夫的行波管利用了基本相同的原理，但它相比哈耶夫的設計還是有了顯著改進，其中電子束的運動范圍更靠近螺旋圓周。與林頓布萊德的早期設計一樣，康夫納采用了哈耶夫在進行開創性工作時還沒有的精密電子槍，使電子束在螺旋內部沿著中心軸行進。這種方法帶來了更高的放大率，因為它利用了不同的物理原理——調速和電子群聚。

這些現象在20世紀30年代的下半葉才被發現并研究——最初是由奧斯卡?海爾（Oskar Heil）和艾格尼絲?阿森耶娃-海爾（Agnes Arsenjewa-Heil）夫妻二人進行的——他們使林頓布萊德和康夫納的設計成為可能。事實上，哈耶夫借由他1939年發明的感應輸出管，成為了利用這些原理的第一批人之一（見本文最后章節：《哈耶夫的其他真空管》）。

康夫納在1964年出版的一本名為《行波管的發明》（The Invention of theTraveling Wave Tube）的30頁的小冊子里講述了他行波管的早期設計。在這本小冊子里，康夫納透露，使用螺旋電極的重要想法并不是他自己的。在試圖設計一種高頻示波器時，他意識到——就像之前的哈耶夫一樣——如果一個電場可以從光速降低到電子束的速度，那么電場就可以與電子束進行交互作用。但是康夫納并不知道實現速度降低的方法。康夫納說，1942年9月，他在伯明翰與其他真空管專家討論了他的高頻示波器，“有人建議使用螺旋”。

康夫納首先用電子束在螺旋外運行的行波管進行嘗試，就像哈耶夫在10年前做的那樣，即所謂的偏轉型行波管。但直到1943年4月，康夫納才產生了與林頓布萊德同樣的想法——用一個精準的電子槍將電子束射向螺旋的中心。同年11月，康夫納表示，這種方法使放大增強了。

康夫納撰寫了大量關于他“發現”行波管的情況，多數見于1964年那本小冊子里。但在這大量的著作中，他從來沒有提到過哈耶夫的早期工作——而于1953年授予康夫納行波管設計的美國專利確實引用了哈耶夫以往的專利。

雖然康夫納對于哈耶夫早期的行波管閉口不提，但他還是強調了哈耶夫在調速和電子群聚工作方面的重要貢獻。1949年，康夫納在表示了海爾和阿森耶娃-海爾的早期嘗試“并沒有真正成功”之后，他接著說道：“然后，在幾個月（1938-年~1939年間）的時間里，美國研究人員發表了一系列論文，特別是哈耶夫、哈恩（William Hahn）和梅特卡夫（George Metcalf）、瓦里安兄弟（Russell Varian和Sigurd Varian）、漢森（William Webster Hansen）和韋伯斯特（David Webster），這改變了整個局面。”

哈耶夫生性謙虛，不愿自吹自擂。雖然對于自己早期的貢獻被忽視一事不怎么高興，但他并沒有公開表示抗議。不過他在1950年左右撰寫的一生工作總結中寫道：“我饒有興趣地注意到，最近公布的被稱為‘行波管’的‘革命性’設備是以我在我的專利中首先陳述的原理為基礎的，專利號為2064469和2233126，它們描述了行波管的基本理念。”但除此之外，他沒有做任何將自己與這個非凡的設備聯系起來的事，在約翰?皮爾斯將行波管的理念帶到RCA公司的競爭對手——貝爾實驗室之后，也就是1944年他在英國遇到康夫納之后不久，行波管就變得極為重要了。1951年，康夫納自己也作為皮爾斯的門生加入了貝爾實驗室。

皮爾斯是一名工程師，他最有名的事跡也許是在1948年發明了“晶體管”這個詞，后來他晉升為貝爾實驗室的執行董事。他與哈耶夫關系十分密切，在20世紀50年代初，他有一次還曾在哈耶夫的家里用餐。盡管如此，皮爾斯仍然無情地推銷康夫納——以及間接地推銷貝爾實驗室——對于該專利的優先權。他在1956年寫道：“關于行波管的來源，我只會說，它是在二戰期間由奧地利建筑師魯道夫?康夫納在英國發明的，他一直想成為一名物理學家。”

皮爾斯1950年出版的權威教科書《行波管》（Traveling-Wave Tubes）一書中并沒有提及哈耶夫的貢獻。而在歐洲，一本于1951年出版的法國教科書卻介紹了哈耶夫在行波管方面的早期工作。10年后，皮爾斯在一封信中告訴哈耶夫，他計劃撰寫一篇有關微波管發展歷史的文章，將涉及到哈耶夫“在1935年左右對行波與電子束的利用”。但是直到皮爾斯2002年去世，他都沒有撰寫一篇文章修正歷史。而且，只有少數一些專家意識到了哈耶夫早期工作的重要性，比如馬里蘭大學的維克多?格拉納茨坦（Victor Granatstein）在2000年寫道，哈耶夫“對于螺旋行波管的發展作出了不可或缺的貢獻”，并指出，利用螺旋將高頻波的速度降到與電子束同速這一“關鍵”想法“是在安德瑞?哈耶夫的專利中首次出現的”。

在1941年，哈耶夫離開RCA公司，去了美國海軍研究實驗室研究雷達；1950年，他又加入了加州卡爾弗城快速擴張的休斯飛機公司的研發實驗室。在那里，他建立并領導了休斯電子管實驗室，并最終成為了休斯公司的副總裁兼研發總監。哈耶夫的實驗室迅速開始開發行波管的高級版。

隨著衛星通信成為廣播電視工程師研究的新前沿，1957年10月發射的俄羅斯人造衛星給了哈耶夫更多的動力。貝爾實驗室的研究人員提出發射一個軌道中繼站，利用一個基于地面站的網絡來連續追蹤它在空中的移動。在1945年的一期《無線世界》中，科幻作家阿瑟?C?克拉克（Arthur C. Clarke）曾描述過把通信衛星置于固定軌道上的想法，這樣就不會產生追蹤相對地球表面運動的衛星時遇到的那些問題了。當休斯公司的工程師哈羅德?羅森（Harold Rosen）建議公司開發這樣一種靜止衛星時，他的許多同事都持懷疑態度，但哈耶夫說服了總經理勞倫斯?海蘭（Lawrence Hyland），他認為相比貝爾實驗室的方案，靜止衛星方案是更好的方案。

哈耶夫成立了一個特別工作組，研究商業衛星通信的問題。1959年10月，這個特別工作組建議休斯公司繼續以閃電般的速度“在嚴密的安全措施下……進行重大太空計劃”。這樣做的目的是要在大西洋上方的一個近似地球靜止軌道上安裝一個簡單的寬帶中繼衛星。

該特別工作組進一步倡導開發一種輕巧、高效的特別行波管，其重量約為1磅——大約是休斯公司標準版本的二十分之一。這種行波管將成為“提議的衛星電子系統的心臟”，在衛星將收到的信號以不同的頻率中繼回地球之前對其進行放大。

休斯公司的Syncom衛星成為世界上第一顆地球同步通信衛星，于1963年成功進入軌道。這次發射只是NASA贊助的一次測試，但它很快帶來了第一個商用通信衛星，即1965年進入軌道的、基于Syncom的“晨鳥（Early Bird）”衛星，也被稱為Intelsat I。“晨鳥”的成功最終使休斯公司在后來的許多年里主導了通信衛星制造。

當這個由哈耶夫在二十多歲時開創、卻又很少與他的名字相關聯的設備成功搭載了人類的聲音穿越宇宙空間時，他一定會感到驕傲——還有萬千感慨吧。

哈耶夫的其他真空管

這名多產的工程師

幾十年來一直在進行發明。

除了他的行波管以及他對軍事雷達和電子戰的廣泛貢獻，安德瑞?哈耶夫還發明了一系列重要的真空管，包括兩種富有創造性的放大器——電子波和吸收壁放大管。他還有一項突破也是一種放大器，稱為感應輸出管（IOT，原型見上圖），這一發明使得RCA公司在1939年開創性地實現了電視廣播，在紐約市帝國大廈的頂部架設了發射器，并在紐約長島沿線設立了一系列中繼站。

哈耶夫對計算的貢獻包括他的電腦顯示器雙穩態存儲技術和他在圖形和文本顯示上的早期工作。是他第一個發現了維持屏幕顯示內容的方法，使屏幕內容不只顯示一兩秒鐘。

哈耶夫還預見了虛擬現實的一些方面，早在1964年，他就發明了一種激光設備，用于掃描藝術品、建筑、博物館珍寶以及其他三維物品，以便技術人員可以對它們進行虛擬重建。不過，行波管仍然是他所有發明中最偉大的。

作者：Jack Copeland, Andre A.Haeff