電磁波產(chǎn)生的基本原理與天線的基本介紹

一、 電磁波產(chǎn)生的基本原理

按照麥克斯韋電磁場理論，變化的電場在其周圍空間要產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又要產(chǎn)生變化的電場。這樣，變化的電場和變化的磁場之間相互依賴，相互激發(fā)，交替產(chǎn)生，并以一定速度由近及遠(yuǎn)地在空間傳播出去。

周期性變化的磁場激發(fā)周期性變化的電場，周期性變化的電場激發(fā)周期性變化的磁場。

電磁波不同于機(jī)械波，它的傳播不需要依賴任何彈性介質(zhì)，它只靠“變化電場產(chǎn)生變化磁場，變化磁場產(chǎn)生變化電場”的機(jī)理來傳播。

當(dāng)電磁波頻率較低時，主要籍由有形的導(dǎo)電體才能傳遞；當(dāng)頻率逐漸提高時，電磁波就會外溢到導(dǎo)體之外，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部反回原電路而沒有能量輻射出去。然而，在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能反回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去。

根據(jù)以上的理論，每一段流過高頻電流的導(dǎo)線都會有電磁輻射。有的導(dǎo)線用作傳輸，就不希望有太多的電磁輻射損耗能量；有的導(dǎo)線用作天線，就希望能盡可能地將能量轉(zhuǎn)化為電磁波發(fā)射出去。于是就有了傳輸線和天線。無論是天線還是傳輸線，都是電磁波理論或麥克斯韋方程在不同情況下的應(yīng)用。

對于傳輸線，這種導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能傳遞電磁能量，而不會向外輻射；對于天線，這種導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能盡可能將電磁能量傳遞出去。不同形狀、尺寸的導(dǎo)線在發(fā)射和接收某一頻率的無線電信號時，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必須采用適當(dāng)?shù)奶炀€才行！　　研究什么樣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線能夠?qū)崿F(xiàn)高效的發(fā)射和接收，也就形成了天線這門學(xué)問。

高頻電磁波在空中傳播，如遇著導(dǎo)體，就會發(fā)生感應(yīng)作用，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生高頻電流，使我們可以用導(dǎo)線接收來自遠(yuǎn)處的無線電信號。

二、天線

在無線通信系統(tǒng)中，需要將來自發(fā)射機(jī)的導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波，或者將無線電波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)波能量，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻電流能量（或?qū)Р芰浚┙?jīng)饋線傳輸?shù)桨l(fā)射天線，通過天線將轉(zhuǎn)換為某種極化的電磁波能量，并向所需方向出去。到達(dá)接收點(diǎn)后，接收天線將來自空間特定方向的某種極化的電磁波能量又轉(zhuǎn)換為已調(diào)制的高頻電流能量，經(jīng)饋線輸送到接收機(jī)輸入端。

綜上所述，天線應(yīng)有以下功能：

１． 天線應(yīng)能將導(dǎo)波能量盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪芰?。這首先要求天線是一個良好的電磁開放系統(tǒng)，其次要求天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)匹配。

２． 天線應(yīng)使電磁波盡可能集中于確定的方向上，或?qū)Υ_定方向的來波最大限度的接受，即方向具有方向性。

３． 天線應(yīng)能發(fā)射或接收規(guī)定極化的電磁波，即天線有適當(dāng)?shù)臉O化。

４． 天線應(yīng)有足夠的工作頻帶。

這四點(diǎn)是天線最基本的功能，據(jù)此可定義若干參數(shù)作為設(shè)計和評價天線的依據(jù)。

把天線和發(fā)射機(jī)或接收機(jī)連接起來的系統(tǒng)稱為饋線系統(tǒng)。饋線的形式隨頻率的不同而分為又導(dǎo)線傳輸線、同軸線傳輸線、波導(dǎo)或微帶線等。所以，所謂饋線，實(shí)際上就是傳輸線。

天線的電參數(shù)

天線的基本功能就是能量轉(zhuǎn)換和定向輻射，所謂天線的電參數(shù)，就是能定量表征其能量轉(zhuǎn)換和定向輻射能力的量。

1. 天線的方向性

衡量天線將能量向所需方向輻射的能力。

主瓣寬度：

主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區(qū)域的程度的物理量。越寬越好。

旁瓣電平：

旁瓣電平是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平。實(shí)際上，旁瓣區(qū)是不需要輻射的區(qū)域，所以其電平越低越好。 （天線輻射的主瓣旁瓣類似方波信號的頻譜圖）

前后比：

前后比指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計算十分簡單--- F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）}

方向系數(shù)：

在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度之比。這是方向性中最重要的指標(biāo)，能精確比較不同天線的方向性，表示了天線集束能量的電參數(shù)。

2. 天線效率

天線效率定義為天線輻射功率與輸入功率之比。