小時候,屋前屋后豎著的一根六七米長的竹竿,竹竿頂部那個鋁制的天線嗎?那時候的電視機還是黑白的,接受信號全靠這個天線,沒有信號就去轉動一下竹竿,這就是我們小時候最初接觸到的天線了。那么,有些朋友可能想過,能否使用普通導線代替這些天線呢?
下面我們就一起來探討一下,天線與導線的異同。首先,我們來探討一下它們的共同點:
(1)天線都是由金屬材料制造而成,因為在天線中會有電流經過;
(2)天線與導體中通過交變電流會在其周圍產生交變的電磁場;
(3)天線與導體通電時其絕對溫度都會上升;
這樣看來天線與導線的物理性質有很多相似點。但是,之所以天線成為天線,原因在于它承載著一項重要功能:其中的導行波與空間中的自由波的高效換能器,如下圖:
要明白上面那句話,我們就需要明白天線工作的原理。我們這里討論經典的偶極子天線。
所謂導行波,即在波導結構中以平面形式傳導的電磁波。空間中的自由波即從天線輻射出去的電磁波。當偶極子的兩極間距達到或者遠超過電磁波波長的量級時,電磁波能量便大部分以輻射形式釋放。為了高效地將能量輻射出去,我們需要對導線進行精確地設計制造,包括但不限于形狀,導體長度,阻抗控制。
那么天線與導線的具體區別就有以下幾點:
(1)天線的兩極稱為“振子”,通常半臂長度為波長的四分之一時效果最好,所以天線的長度是有要求的;
(2)為了控制帶寬,天線所使用的金屬棒的粗細有要求,一般來講:所用的管線越粗,帶寬越寬。
(3)阻抗,在我國民用無線電系統中使用50歐姆系統,所以天線的阻抗也需要控制在50歐姆。
經過幾個世紀的發展,天線家族已經是一個龐大的家族了。大致可以分為:端射天線、環形天線、偶極子天線、口徑天線。
其中端射天線又包括:介質桿天線,八木天線(圖2),對數周期天線等。
偶極子天線又包括:菱形天線,雙錐形天線等。
口徑天線包括:透鏡天線,反射鏡天線等。
這些天線各有不同的特點,分別體現在極化方向、增益、分辨率、體積等方面。
審核編輯黃宇
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