天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。
天線是由俄國科學(xué)家波波夫發(fā)明的。1888年，29歲的波波夫得知德國著名物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的消息后，這位曾經(jīng)立志推廣電燈的年輕科學(xué)家對朋友們說：“我用畢生的精力去安裝電燈，對于廣闊的俄羅斯來說，只不過照亮了很小的一角：假如我能指揮磁波，那就可以飛越整個世界!”于是，他埋頭研究，向新的目標發(fā)起了沖擊。1894年，波波夫制成了一臺無線電接收機。這臺接收機的核心部分用的是改進了的金屬屑檢波器，波波夫采用電鈴作終端顯示，電鈴的小錘可以把檢波器里的金屬屑震松。電鈴用一個電磁繼電器帶動，當金屬屑檢波器檢測到電磁波時，繼電器接通電源，電鈴就響起來。有一次，波波夫在實驗中發(fā)現(xiàn)，接收機檢測電波的距離突然比往常增大了許多?！斑@是怎么回事呢?”波波夫查來查去，一直找不出原因。一天，波波夫無意之中發(fā)現(xiàn)一根導(dǎo)線搭在金屬屑檢波器上。他把導(dǎo)線拿開，電鈴便不響了;他把實驗距離縮小到原來那么近，電鈴又響了起來。波波夫喜出望外，連忙把導(dǎo)線接到金屬屑檢波器的一頭，并把檢波器的另一頭接上。經(jīng)過再次試驗，結(jié)果表明使用天線后，信號傳遞距離劇增。無線電天線由此而問世。我們知道，通信、雷達、導(dǎo)航、廣播、電視等無線電設(shè)備，都是通過無線電波來傳遞信息的，都需要有無線電波的輻射和接收。在無線電設(shè)備中，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。天線為發(fā)射機或接收機與傳播無線電波的媒質(zhì)之間提供所需要的耦合。天線和發(fā)射機、接收機一樣，也是無線電設(shè)備的一個重要組成部分。
天線輻射的是無線電波，接收的也是無線電波，然而發(fā)射機通過饋線送入天線的并不是無線電波，接收天線也不能把無線電波直接經(jīng)饋線送入接收機，其中必須經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換過程。下面我們以無線電通信設(shè)備為例分析一下信號的傳輸過程，進而說明天線的能量轉(zhuǎn)換作用。
在發(fā)射端，發(fā)射機產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻振蕩電流(能量)經(jīng)饋電設(shè)備輸入發(fā)射天線(饋電設(shè)備可隨頻率和形式不同，直接傳輸電流波或電磁波)，發(fā)射天線將高頻電流或?qū)Р?能量)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波—自由電磁波(能量)向周圍空間輻射(見圖1);在接收端，無線電波(能量)通過接收天線轉(zhuǎn)變成高頻電流或?qū)Р?能量)經(jīng)饋電設(shè)備傳送到接收機。從上述過程可以看出，天線不但是輻射和接收無線電波的裝置，同時也是一個能量轉(zhuǎn)換器，是電路與空間的界面器件。當導(dǎo)體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生電場 與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠區(qū)。設(shè)R為空間一點距導(dǎo)體的距離，在 R ﹤﹤ λ/2π 時的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場與導(dǎo)體中電流,電壓有緊密的聯(lián)系。在R﹥﹥λ/2π的區(qū)域稱為遠區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場能離開導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場稱為輻射場。必須指出，當導(dǎo)線的長度 L 遠小于波長 λ 時，輻射很微弱;導(dǎo)線的長度 L增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。
下載文檔
