天线理论 – 基础 – WaytoICT

当我们需要表达想法、观点或者提出疑问时，语音通信是一种直接的方式。两个人面对面交流时，声音通过声波传播。

但如果两人相距较远，声波就不够用了，必须先把声音信号转换成电磁波，才能实现远距离传递。把电信号转换成电磁波，或者反过来把电磁波转换成电信号的装置，就叫做天线。

天线本质上是一种换能器。它可以作为发射天线，把电信号变成电磁波并辐射出去；也可以作为接收天线，把接收到的电磁波变回电信号。

在双向通信中，同一副天线常常既用来发射也用来接收。天线也叫Aerial，如今根据尺寸和形状的不同，已经发展出很多种类，适用于各种不同的应用场景。

那么，为什么一定要用天线呢？到底是谁发明了天线？

在通信系统里，只要需要进行无线通信，就离不开天线。尤其是在那些没法铺设线路的地方，比如山区、隧道或偏远地区，天线的作用就更加突出。假如我们要联系一个偏远的山村，如果沿路架设电缆，就要翻山越岭、穿过山谷和隧道，工程巨大。

而无线通信技术让这个过程变得简单很多，天线正是这项技术的关键。它可以帮助信号覆盖整个区域，包括山谷和山脉，显然比铺线路要容易得多。

再说说天线的辐射机制。天线的核心功能就是辐射或者接收电磁波。天线通过传输线连接到通信电路。传输线是用来远距离传输电流的导体，比如连接天线的导线。

这里有一个关键点：一条无限长且笔直的传输线，如果电流匀速运动，它本身是不会向外辐射功率的。要想让它辐射能量，就必须对传输线进行改变，比如把它弯曲、截断，或者在末端加上合适的结构。

另外，即使导线是直的，只要上面的电流在随时间变化且做加速或减速运动，它也会辐射功率。这种经过特殊处理后能够辐射能量的传输线结构，就叫做波导，尤其常用于微波频段的发射或接收。

简单来说，来自传输线的功率通过波导传播，再经由波导上的开口（孔径）把能量辐射出去。

天线可以按不同的方式分类。

从物理结构上看，有线天线、孔径天线、反射面天线、透镜天线、微带天线和阵列天线等。

从工作频率上分，包括甚低频（VLF）、低频（LF）、中频（MF）、高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、特高频（SHF）、微波以及更宽泛的无线电波频段。

从应用模式上分，有点对点通信、广播通信、雷达通信和卫星通信等。后面的内容里，我们会逐步学习这些天线的具体知识。