K. フェルディナント・ブラウン

カール・フェルディナント・ブラウンは1850年6月6日にフルダで生まれた。1868年、ブラウンはマールブルク大学で物理学、化学、数学を学び始めた。翌年、ベルリン大学に移り、ハインリヒ・グスタフ・マグヌスの助手となった。1870年にマグヌスが亡くなった後、ブラウンはゲオルク・ヘルマン・クインケのもとで研究を続けた。1872年、振動弦に関する論文で博士号を取得し[ ^{14 ]}、その後、クインケに続いてヴュルツブルク大学に助手として移っ^{た[ 15 ] 。}

1874年、ブラウンはライプツィヒのトーマスシューレで教職に就いた。1876年、彼はマールブルク大学に理論物理学の特別教授として戻り、1880年にはストラスブール大学で同様の職に就くよう招かれた。1883年にはカールスルーエ工科大学の物理学教授となり、 1885年にはテュービンゲン大学に招かれた。1895年、彼は物理学研究所の所長としてストラスブールに戻った。^{[ 16 ]}

1897年、ブラウンは無線パイオニアの仲間入りを果たした。^{[ 17 ] [ 18 ]}ラジオ開発における彼の主な貢献は、送信機の発振部に閉じた同調回路を導入し、誘導結合によって放射部（アンテナ）から分離し、後に受信用に水晶を使用したことである。1898年頃、彼は水晶検波器を発明した。 1898年には無線電信に全力を注ぎ、その後何年もの間、彼はその問題解決にほぼ専念した。彼は無線に関する著作を多数執筆し、『The Electrician』誌やその他の科学雑誌への多数の寄稿でよく知られていた。^{[ 19 ]} 1899年、彼は表面上の信号の無線電気伝送の特許を申請した。^{[ 20 ]}また、1899年には、コンデンサと誘導コイルによる電気電信の特許を申請したと言われている。

無線機器の開発に取り組んでいた先駆者たちは、やがて通信距離の限界に直面しました。アンテナをスパークギャップに直接接続すると、減衰の激しいパルス列しか得られず、振動は数サイクルで停止してしまいました。ブラウンの回路では、コイルとライデン瓶の間を振動する際のエネルギー損失が少なかったため、より長く持続する振動が可能になりました。また、誘導アンテナ結合を用いることで、放射器と発生器のマッチングが向上しました。その結果、より強力で帯域幅を消費しない信号が得られ、はるかに長い距離を伝送できるようになりました。

1905年、ブラウンはフェーズドアレイアンテナを発明しました。彼はノーベル賞受賞講演で、指向性信号を送信するために3つのアンテナを慎重に配置した方法を説明しました。^{[ 21 ]}この発明は、レーダー、スマートアンテナ、MIMOの開発につながりました。

ブラウンのチューニングに関する英国特許は、グリエルモ・マルコーニが多くのチューニング特許で使用した。マルコーニはブラウンの特許（その他）を使用した。マルコーニは後にブラウン本人に、ブラウンの研究の一部を「借用」したことを認めた。 1909年、ブラウンとマルコーニは「無線電信の開発への貢献」を称えられ、ノーベル物理学賞を共同受賞した。ブラウンに授与された賞にはこのデザインが描かれている。彼は当初、ストラスブール大学で実験を行い、その後まもなくムツィヒまで42kmの距離を繋いだ。1899年の春、ブラウンは同僚のカントールとツェネックとともにクックスハーフェンに行き、北海での実験を続けた。1900年9月24日、ヘリゴラント島と62kmの距離で無線電信信号が定期的に交換された。エルベ川の軽船舶とクックスハーフェンの沿岸基地が、定期的な無線電信サービスを開始した。  

1914年、ブラウンはアメリカ合衆国のニューヨークへ行き、マルコーニ社がテレフンケン社のセイビルにある無線局に対して起こした特許訴訟で、弁護側の証人として出廷した。彼はルーテル派信者だった。^{[ 22 ] [ 23 ]}

1917年にアメリカがドイツに宣戦布告した後、ブラウンは敵性外国人として拘束された。彼はブルックリン内で自由に移動することを許され、翌年の4月20日に67歳で亡くなった。^{[ 24 ] [ 25 ]}

1874年、ブラウンは特定の材料の非対称な伝導特性を発見し、これが点接触整流器の基礎となった。この発見は、特定の金属-半導体接合部が一方の方向には他方の方向よりも容易に電気を伝導できることを示しており、これはダイオードにとって重要な特性である。^{[ 26 ]}

ブラウンの半導体研究は、交流を直流に整流する基本的な半導体デバイスとしてしばしば評価される、最初の点接触型ダイオードの開発につながった。これは、半導体材料の実用化における最初の事例の一つであり、後に現代のダイオード、トランジスタ、その他の半導体技術へと発展する未来の半導体デバイスへの道を開いたため、重要な意義を持つ。

ブラウンの発見は、エレクトロニクスの初期開発において極めて重要な役割を果たし、今日私たちが知る半導体産業の基礎を築くのに貢献した。

ブラウンの名声が長く続いているのは、主に彼が発明した陰極線管（CRT）によるもので、これは今でも一般的に「ブラウン管」と呼ばれています。今日では、この用語は通常、電子ビームを水平方向と垂直方向の両方に偏向できる高真空管を指します。1897年にストラスブールで開発された最初のバージョン^{[ 27 ]}は、完璧とは程遠いものでした。冷陰極と中程度の真空度を備えており、磁気偏向されたビームの目に見える痕跡を生成するには100,000 Vの加速電圧が必要でした。さらに、磁気偏向は一方向にしか影響せず、もう一方の方向は蛍光スクリーンの前に置かれた回転ミラーによって制御されていました。

しかし、産業界はこの発明の可能性をすぐに認識し、さらなる開発へと繋げた。1899年までに、彼の助手であるジョナサン・ゼネックは、Y偏向を磁気的に制御するための振動機構を導入し、その後の改良では、加熱陰極、ウェーネルト円筒、高真空技術などが追加された。この真空管はオシロスコープだけでなく、テレビ受像機のブラウン自身はテレビには不向きだと考えていたにもかかわらず、完全電子式のテレビ放送におけるブラウン管としても使用された。

CRTは完全電子テレビの開発における礎となり、20世紀末にLCDスクリーンが導入されるまで、すべてのテレビ、コンピューター、その他のスクリーン構成の一部となっていた。 ^{[ 28 ]}ドイツ語圏（Braunsche Röhre ）や韓国（브라운관: Buraun-kwan）、日本（ Buraun- kan : Buraun-kan ）などの国々では、今でも時折「ブラウン管」と呼ばれている。

ブラウンは真空管の発明後、無線電信の分野での研究を始めた。初期の無線技術における重要な課題は、信頼性の高い受信機の開発であった。物理学者であるブラウンは、再現可能な実験条件下での作業に慣れていたが、当時一般的に使用されていたコヒーラー受信機はそれを満たしていなかった。彼はコヒーラーを結晶検出器に置き換えた^{[ 29 ] [ 30 ]。}これにより受信機の感度は大幅に向上したが、結晶検出器は頻繁な再調整が必要であった。電子管が結晶検出器に取って代わったのは後のことであったが、ゲルマニウムダイオードなどのデバイスは、より単純な受信機ではしばらくの間使用され続けた。最初のFMレーダーシステムでは、まだ結晶検出器が使用されていた^{[ 31 ] 。}

1898年後半、ケルンのチョコレート製造業者ルートヴィヒ・シュトルヴェルクがブラウンの特許を活用するためにコンソーシアムを設立し、56万マルクの資本を拠出し​​たことで、この技術は商業化されました。長距離での信号伝送に成功した後、コンソーシアムは「ブラウン教授の電信会社」に変わり、最終的にテレフンケンAGとなりました。彼らは世界初の通信ネットワークを構築し^{[ 32 ]} 、 1934年にはドイツで世界で初めて陰極線管を使用した電子テレビを販売しました^{[ 33 ] [ 34 ]。} 1900年、シュトルヴェルクは、後に装置の開発を引き継いだシーメンス＆ハルスケ電信建設会社の責任者であるアウグスト・ラプス教授との連絡を仲介しました。

詳細はこちら：クリスタル検出器

ブラウンは無線送信技術にも大きな貢献をした。グリエルモ・マルコーニは主に経験的手法で送信機を開発したが、ブラウンは基礎となる物理学に焦点を当てることでそれを改良することができた。当初、共振回路とアンテナ回路は一体化されていたが、彼はそれを2つの部分に分けた。コンデンサとスパークギャップからなる主回路と、それに誘導結合されたアンテナ回路である。^{[ 35 ]}この革新により、システムにおけるエネルギー伝送量が増加した。

1898年までに、その結​​果として強力なシステムが登場し、以前は20kmに制限されていた最大距離が着実に伸びたため、「長距離電信」という用語がより適切になった。1900年9月24日、クックスハーフェンとヘルゴラントの間で62kmの距離にわたる 無線リンクが確立された。^{[ 36 ]} 1901年12月12日、マルコーニはブラウンの回路で設計された送信機を使用して、コーンウォールのポルドゥにある彼の局で、ニューファンドランドのセントジョンズのシグナルヒルで無線信号を受信した。この受信が実際に起こったかどうかは、文献で議論されている。 

一方、ブラウンは減衰振動を発生させる火花放電式送信機を、減衰のない振動を発生させる交流発電機に置き換えようと試みたが、当時は電子管を用いたフィードバックループを実装することができなかった。

ブラウンは、ゲオルク・グラフ・フォン・アルコ、アドルフ・スラビーとともに、「軍事目的の無線電信移動局」の概念を開発したチームの一員であり、1903年にAEGとシーメンス・ハルスケによって実用化された。このシステムは2台の馬車で構成され、1台にはバッテリーを含む送受信機器一式が搭載され、もう1台には補助電源と予備電源が搭載されていた。これにより、困難な地形でも馬車を分離することができ、前方の馬車だけでも局は運用可能であった。^{[ 37 ]}

詳細はこちら：無線電信

ブラウンはまた、指向性無線の初期の問題、つまり送信アンテナと受信アンテナのアライメントにも注目した。彼は、計算によって指向性放射を実現し、アンテナの性能を最適化した最初の人物の一人だった。^{[ 38 ] [ 39 ]}

ブラウンは、彼にちなんで名付けられたポインター検電器の発明者としても知られている。^{[ 40 ]}