通讯是智慧文明的主旋律之一,在现代通信中,无线通讯占据着不可撼动的地位。在无线电通讯系统中,有一个零件是至关重要的,那就是天线。 相信大家都见过天线,最常见的收音机天线是两根金属材质的棒状导体。那么,有些朋友可能想过,能否使用普通导线代替这些天线呢? 下面我们就一起来探讨一下,天线与导线的异同。首先,我们来探讨一下它们的共同点: (1)天线都是由金属材料制造而成,因为在天线中会有电流经过; (2)天线与导体中通过交变电流会在其周围产生交变的电磁场; (3)天线与导体通电时其绝对温度都会上升; 这样看来天线与导线的物理性质有很多相似点。但是,之所以天线成为天线,原因在于它承载着一项重要功能:其中的导行波与空间中的自由波的高效换能器,如下图: 要明白上面那句话,我们就需要明白天线工作的原理。我们这里讨论经典的偶极子天线。 所谓导行波,即在波导结构中以平面形式传导的电磁波。空间中的自由波即从天线辐射出去的电磁波。当偶极子的两极间距达到或者远超过电磁波波长的量级时,电磁波能量便大部分以辐射形式释放。为了高效地将能量辐射出去,我们需要对导线进行精确地设计制造,包括但不限于形状,导体长度,阻抗控制。 那么天线与导线的具体区别就有以下几点: (1)天线的两极称为“振子”,通常半臂长度为波长的四分之一时效果最好,所以天线的长度是有要求的; (2)为了控制带宽,天线所使用的金属棒的粗细有要求,一般来讲:所用的管线越粗,带宽越宽。 (3)阻抗,在我国民用无线电系统中使用50欧姆系统,所以天线的阻抗也需要控制在50欧姆。 经过几个世纪的发展,天线家族已经是一个庞大的家族了。大致可以分为:端射天线、环形天线、偶极子天线、口径天线。 其中端射天线又包括:介质杆天线,八木天线(图2),对数周期天线等。 偶极子天线又包括:菱形天线,双锥形天线等。 口径天线包括:透镜天线,反射镜天线等。 这些天线各有不同的特点,分别体现在极化方向、增益、分辨率、体积等方面。 |
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