天線功能的詳細(xì)分析

現(xiàn)在天線已隨處可見，它已與我們的日常生活密切相關(guān)。例如，收聽無(wú)線電廣播的收音機(jī)需要天線，電視機(jī)需要天線，手機(jī)也需要天線。在一些建筑物、汽車、輪船、飛機(jī)上等都可以看見各種形式的天線。

收音機(jī)、電視機(jī)使用的天線一般是接收天線，廣播電視臺(tái)的天線則為發(fā)射天線。而手機(jī)天線則收發(fā)共用，但須經(jīng)過移動(dòng)通信基站天線轉(zhuǎn)收和轉(zhuǎn)發(fā)。

實(shí)際上，一切無(wú)線電設(shè)備(包括無(wú)線電通訊、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航等系統(tǒng))都是利用無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行工作的，而從幾十MHz的超長(zhǎng)波到四十多GHz的毫米波段電磁波的發(fā)射和接收都要通過天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。天線是這樣一個(gè)部件，作發(fā)射時(shí)，它將電路中的高頻電流或饋電傳輸線上的導(dǎo)行波有效地轉(zhuǎn)換成某種極化的空間電磁波，向規(guī)定的方向發(fā)射出去；作接收時(shí)，則將來(lái)自空間特定方向的某種極化的電磁波有效地轉(zhuǎn)換為電路中的高頻電流或傳輸線上的導(dǎo)行波。

綜上所述，天線的功能主要有四點(diǎn)：

(1) 能量轉(zhuǎn)換

對(duì)于發(fā)射天線，天線應(yīng)將電路中的高頻電流能量或傳輸線上的導(dǎo)行波能量盡可能多地轉(zhuǎn)換為空間的電磁波能量輻射出去。對(duì)于接收天線，天線應(yīng)將接收的電磁波能量最大限度地轉(zhuǎn)換為電路中的高頻電流能量輸送到接收機(jī)。這就要求天線與發(fā)射機(jī)源盡可能有好的匹配，或與接收機(jī)負(fù)載盡可能好的匹配。一副好的天線，就是一個(gè)好的能量轉(zhuǎn)換器。

(2) 定向輻射或接收

對(duì)于發(fā)射天線，輻射的電磁波能量應(yīng)盡可能集中在指定的方向上，而在其它方向不輻射或輻射很弱。對(duì)于接收天線，只接收來(lái)自指定方向上的的電磁波，在其它方向接收能力很弱或不接收。

例如，就雷達(dá)而言，它的任務(wù)是搜索和跟蹤特定的目標(biāo)。如果雷達(dá)天線不具有尖銳的方向性，就無(wú)法辨別和測(cè)定目標(biāo)的位置。而且如果天線沒有方向性，或方向性弱，則對(duì)發(fā)射天線來(lái)說，它所輻射的能量中只有一少部分到達(dá)指定方向，大部分能量浪費(fèi)在不需要的方向上。對(duì)接收天線來(lái)說，在接收到所需要信號(hào)的同時(shí)，還將接收到來(lái)自其它方向的干擾信號(hào)或噪聲信號(hào)，致使所需信號(hào)完全淹沒在干擾和噪聲中。因此，一副好的天線應(yīng)該具有完成某種任務(wù)而要求的方向性。

如果我們要接收衛(wèi)星電視等信號(hào)，由于距離遠(yuǎn)，則必須采用定向性好，增益很高的一類天線，如旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡塞格侖天線、陣列天線等。

(3) 應(yīng)有適當(dāng)?shù)臉O化

即天線發(fā)射或接收的是規(guī)定極化的電磁波。例如一個(gè)垂直極化的天線，不能接收水平極化的來(lái)波，反之亦然；一個(gè)左旋圓極化的天線不能接收右旋圓極化的電磁波，反之亦然。一個(gè)圓極化的天線對(duì)線極化的來(lái)波將有一半能量損失。

(4) 天線應(yīng)有足夠的頻帶寬度

任何天線都有一定的工作頻帶。在這個(gè)頻帶范圍之外它的工作失效。

一副天線的收和發(fā)是互易的。根據(jù)電磁學(xué)中的互易原理可以證明，只要天線和饋電網(wǎng)絡(luò)中不含非線性器件(如鐵氧體器件)，則同一副天線用作發(fā)射和接收時(shí)，其基本特性保持不變。因此，在分析接收天線的特性時(shí)，可以采用分析發(fā)射天線的方法。
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