專欄開了差不多半年了,一篇乾貨沒有,有些看不下去了(扶額)。正好剛剛結束一段忙碌,就動筆來寫一篇,也算是整理下心情。

其實相比搞科研,我更喜歡看些科研界的故事。第一篇就來整理兩則和八木-宇田(Yagi-Uda)天線有關的八卦故事吧。

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提到八木-宇田(Yagi-Uda)天線,通信,電磁等行內人都不會陌生。儘管圈外羣眾可能會有些雲裏霧裡的,而實際上它的存在和那些臉熟的二線演員差不多。雖然聽名字不認識,但只要我發張圖,你就會感慨,」哦, 就是這個啊!」。圖1呢,就是傳說中的八木-宇田天線的一種,在廣播電視信號接收和業餘無線電中使用很廣泛。

圖 1 接受電視信號用八木天線 [1]

別看這貨貌不驚人,實際上在學界有很高的地位。有多高呢?舉個例子。美國電氣電子工程師協會(IEEE)算是工科領域裡最權威的組織之一了,IEEE 評選了一個里程碑(milestone)列表,記載了從科研的上古時期(公元1800年之前)到近代(目前評選至1989年)的里程碑式發明和成就,其中包括麥克斯韋方程組,第一臺通用功能電子計算機ENIAC和第一個晶體管這種大家比較熟悉的重大發明[2]。本文所提及八木-宇田 (Yagi-Uda)天線被選為1924年的里程碑發明,這已足顯其重要性。但這還不夠,在八木-宇田天線發展過程中的一個重要「副產品」—自互補(self-complementary)天線,也被選為1948年的里程碑式發明 [2][3]。那,這麼NB的八卦天線(劃掉),這麼NB的天線有什麼八卦呢?

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第一則:命名的爭議

這款天線是以兩個發明者的姓來命名的,他們分別是八木秀次(Hidetsugu Yagi)和宇田新太郎(Shintaro Uda)。但不管從中文還是英文上,都經常把八木-宇田天線簡稱為八木天線,或是Yagi天線。即使是在一些天線領域權威期刊上,也常會看到這樣的使用。而這種用法,實際上是很有爭議的。在我看來,其更應該被稱為宇田-八木天線,甚至宇田天線,總之,宇田的名字是不能省略掉的。

第一篇八木-宇田天線的英文論文發表在1926年,八木秀次為第一作者,宇田新太郎為第二作者[4]。之後八木教授於1927年訪問美國發表八木-宇田天線的演講,隨後在當時的權威期刊期刊以唯一作者身份發表了一篇相關文章(1928) [5][6]。這些曝光為八木-宇田天線帶來了廣泛的關注。

但實際上,最早的關於八木-宇田天線描述的文章,是以日文形式於1925年發表在日本期刊上,而宇田新太郎為文章的唯一作者[7]。從1926至1929年間,宇田教授又以唯一作者身份發表了一系列共11篇的深入研究論文[8]。1926發表的那第一篇英文,實際上是對這些成果一部分內容的英文翻譯。

另一方面,八木秀次在1925年底申請了八木-宇田天線的日本專利,但發明人只有八木秀次一人[9]。據說,八木秀次是在沒有告知宇田新太郎的情況下,申請了這個專利,宇田的學生曾在一篇文章裏提及過此事[10]。其後八木秀次在多個國家申請專利,發明人仍然為自己獨自一人。順便提一下,這個宇田教授的學生,就是另外那個IEEE Milestone 成果(自互補天線)的發明者—蟲明康人(Yasuto Mushiake)。他還寫過些文章駁斥有關宇田新太郎的不實信息,並對宇田教授受到的不公待遇表示了不平[11]。

從目前收集到的資料來看,是宇田教授完成了大部分八木-宇田天線的工作並最先獨立發表了研究成果,其後八木秀次將論文結論等翻譯成英文並成為第一作者,他也成為了成果對外的展示者,再加之八木秀次在申請專利時略去了宇田教授的名字。這一切都會導致外界認為八木秀次是工作的主要提出和完成者。八木教授因為八木-宇田天線被評為日本十大發明家,而日本專利局網站的宣傳資料,甚至IEEE Milestone的頒獎詞在提到宇田教授都是將其稱為八木的助手 [2][12]。至於發明創意是誰先提出的,目前暫無據可查,但鑒於是宇田教授獨立發表了第一篇文章,該設計由其提出的可能性較大。下面是八木-宇田天線相關的一些重要事件的時間點,該表並不全面,會逐漸更新。

時間表

1925 宇田新太郎以唯一作者身份用日文發表第一篇八木-宇田天線相關文章(系列文章的序文)

1925 八木秀次申請八木-宇田天線日本專利(未告知宇田新太郎),將自己列為唯一發明者

1926 第一篇八木-宇田天線的英文論文發表,八木秀次為第一作者,宇田新太郎為第二作者

1926 宇田新次郎開始發表八木-宇田天線的11篇系列文章

1927 八木秀次訪問美國,發表八木-宇田天線相關演講。

1928 八木秀次以唯一作者身份發表IRE期刊文章

1995 IEEE評選八木-宇田天線為1924年的IEEE milestone。在推薦詞中,宇田新太郎被稱為 八木秀次的助手。

1996 蟲明康人在日本電氣學會電氣技術史研討會做演講,駁斥與宇田教授相關的不實言論,考證並評價宇田教授在八木-宇田天線發明中的貢獻。

2014 蟲明康人於IEEE天線雜誌發表短文,再次提及八木秀次在申請專利時未告知宇田新太郎。

2017 東北大學蟲明康人的自互補天線獲得IEEE Milestone認可,東北大學網站進行了報道,報道中,提及八木-宇田天線時,提到該天線為「宇田新太郎和八木秀次發明」,宇田教授的名字在前 [13]。

以下是一些個人猜測和看法:

在最早幾篇論文發表的時候,八木秀次已經是教授了,而宇田新太郎只是個講師,按日本那種等級森嚴的制度,在科研中的話語權,必然是八木秀次要強一些。有可能的情形是,八木教授為整體指導的「大老闆」,而宇田為落實工作的「青椒」。再加上八木教授在此前發表過一些短波發生和傳播相關的文章,八木-宇田天線的發明也和這些理論和相關的試驗需求有關。所以兩人共同署名一篇文章,也並沒有問題,但宇田新太郎應該為第一作者。如果是申請專利而假設研究資金由八木秀次提供的話,八木秀次的名字列在第一也不是不可,但類似欺瞞並搶注的方式,非常不妥。近些年,感覺至少東北大學自己在這一問題上有所動作,在漸漸重新評估宇田教授的貢獻[14]。其實這也應該和宇田後輩地位提高,而且又長壽有關係(蟲明康人仍然健在,97歲)。

寫到最後,突然想起《生活大爆炸》裏的一個劇情:

圖2, 《生活大爆炸》截圖 [15]

各有千秋的貢獻,但名垂千古的一人,如果是你,你會怎麼做?

對錯就不多評價了。我能做的不多,但至少每次寫到八木-宇田天線的時候,我不會省略掉宇田的名字。

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第二則:二戰中的八木-宇田天線

八木-宇田天線雖然是在日本發明,但一開始的發揚光大並不是在日本。二戰期間,八木-宇田(Yagi-Uda)天線在日本主要是應用在短波通信方面,但歐美的科學家則將其用於當時的新式武器—雷達。

有意思的是,日軍第一次得知八木-宇田天線用於雷達,還是從盟軍繳獲物品中。在1942年日軍佔領新加坡時,一份筆記在垃圾焚燒處被找到,該筆記屬於一名名為紐曼(Newmann)的英國雷達操作員,筆記的內容是其接受培訓時所記載的雷達原理,結構,電路圖,當然還有雷達所用的天線。筆記中中多處提到YAGI陣列,但日軍並不理解其含義,甚至都不知道YAGI的正確發音。直到審訊了紐曼才知道這個是日本人的名字,而筆記中記載的用於雷達的天線,正是八木-宇田天線。這段故事很長一段時間都在各個場合被提到,這份筆記被稱為紐曼筆記(Newmanns Notes)或紐曼文檔(Newmanns Document), 但很長一段時間內,其並沒有被找到,甚至存在性也經未系統的考證。

直到1991年,Gentai Sato在IEEE的雜誌上發表了一篇文章,詳細的記載了其搜尋紐曼文檔的歷程,並給出了紐曼文檔的部分內容,包括其提到的八木-宇田天線陣列(見圖3)[16][17]。這份文檔被當時的日本軍方視為機密,其技術內容也的確促進了日本雷達的發展。日軍後來製作了圖3中的探照燈控制雷達的改進版本,而本文前述提到的宇田教授,則負責其中的天線系統。

圖3 紐曼筆記中描述的使用八木-宇田天線陣列的探照燈控制雷達(Searchlight Control Radar)[17]

技術的發展會受到社會需求的推動,令人唏噓的是現存的很多電磁相關的理論和器件,都是在二戰時期,由戰爭需要所驅動的。Sato在其文中還提到了一個八木-宇田天線的應用:其被用於投放原子彈的飛機上來測量高度,從而決定引爆高度。對於這點,暫時存疑,但如果是真的,不知當時得知此消息的的八木教授和宇田教授是什麼心情。

參考文獻:

[1] 八木天線-維基百科

[2] Milestones: List of IEEE Milestones

[3] Y. Mushiake, A report on Japanese development of antennas: from the Yagi-Uda antenna to self-complementary antennas, IEEE Antenna and Propagation Magazine, 2004

[4] H. Yagi, S. Uda, Projector of the Sharpest Beam of Electric Waves, Proceeding of the Imperial Academy, 1926

[5] K. Sawaya, Review of Research and Development on Antennas in Tohoku University, IEEE Vehicular Technology Society Asia Pacific Wireless Communications Symposium, 2008

[6] H. Yagi, Beam Transmission of Ultra Short Waves, Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 1928

[7]*(注1) 宇田新太郎,短波長ビームに就て,電気學會雑誌,1925

[8] S. Uda, On the Wireless Beam of Short Electric Waves (I)-(XI),The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 1926-1929

[9]*(注2) Notable Patents on Antenna Design

[10] Y. Mushiake, Notes on the history of the Yagi-Uda antenna, IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2014

[11] 蟲明康人,舊論文の內容誤認による電気技術史の不當な歪曲を正す,1996

[12] Hidetsugu Yagi, Yagi Antenna

[13] University News

[14] Kunio SAWAYA,Historical review of research and development of linear antennas in Tohoku University, IEICE Trans Electronics, 2015

[15] 為什麼你的論文署了導師的名字-大象公會

[16] G. Sato, A secret story about the Yagi antenna, IEEE Antennas and Propagation Magzine, 1991

[17] Searchlight Control Radar

注1*:按Wikipedia注釋的說法,此文為後續1926至1929年間宇田新太郎發表系列文章的一個前言和介紹。此文很難在網上找到全文,目前正進行努力從一些渠道獲得全文。

注2*:儘管該網站上寫著發明人為八木秀次和宇田新太郎,但如果打開原始文件,則可以看到,發明人一欄,只有八木秀次一人。


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