隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，天線已逐漸開(kāi)始出現(xiàn)在我們的日常生活中，為我們帶來(lái)良好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，但對(duì)于部分小白來(lái)說(shuō)，天線有諸多原理難以理清，今天我們整理通信天線所有的原理，務(wù)必讓大家搞懂。

一般來(lái)說(shuō)，天線的作用主要有兩種，一是將傳輸線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)成自由空間的電磁波；二是將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。
天線可視為一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)，具體如下：

天線的發(fā)射和接收原理是無(wú)線通信的核心基礎(chǔ)，其本質(zhì)是通過(guò)電磁波的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸與接收。以下是天線發(fā)射和接收原理的詳細(xì)解析：‌

1. 天線發(fā)射原理

天線的發(fā)射過(guò)程是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波并向空間輻射的過(guò)程，具體步驟如下：

• ‌電信號(hào)輸入‌：發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的高頻電流通過(guò)饋線傳輸?shù)教炀�。
• ‌電磁波生成‌：電流在天線導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，會(huì)在周?chē)�產(chǎn)生變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成電磁波。
• ‌電磁波輻射‌：電磁波從天線向外傳播，其輻射特性取決于天線的形狀、尺寸和頻率。例如，偶極子天線在垂直于其軸線的方向上輻射最強(qiáng)。

2. 天線接收原理

天線的接收過(guò)程是將空間中的電磁波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程，具體步驟如下：

• ‌電磁波感應(yīng)‌：當(dāng)電磁波傳播到天線附近時(shí)，其電場(chǎng)會(huì)在天線導(dǎo)體中感應(yīng)出高頻電流。
• ‌電信號(hào)輸出‌：感應(yīng)出的電流通過(guò)饋線傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，經(jīng)過(guò)放大和解調(diào)等處理，最終還原出原始信息（如聲音、圖像等）。
• ‌匹配與效率‌：天線的接收效率與其尺寸和電磁波波長(zhǎng)的匹配程度密切相關(guān)。通常，當(dāng)天線長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的1/4或1/2時(shí)，接收效果最佳。

3. 天線設(shè)計(jì)與電磁波的關(guān)系

• ‌波長(zhǎng)與尺寸‌：天線的物理尺寸通常與電磁波的波長(zhǎng)成比例關(guān)系。例如，1/4波長(zhǎng)和1/2波長(zhǎng)的設(shè)計(jì)能夠確保天線在特定頻率下高效工作。
• ‌輻射模式‌：天線的形狀和結(jié)構(gòu)決定了電磁波的輻射方向性。例如，偶極子天線具有特定的輻射模式，而定向天線則通過(guò)反射器增強(qiáng)特定方向的信號(hào)。

4. 天線振子的作用

天線振子是天線的基本組成單元，其長(zhǎng)度和形狀直接影響電磁波的輻射和接收效率。例如，半波對(duì)稱振子（長(zhǎng)度為1/2波長(zhǎng)）能夠獨(dú)立使用或作為拋物面天線的饋源。

5. 應(yīng)用與優(yōu)化

天線廣泛應(yīng)用于通信、廣播、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域。為了提高性能，天線設(shè)計(jì)需要優(yōu)化阻抗匹配、減少信號(hào)反射和損耗，并采用新型材料（如塑料振子）以降低成本和控制重量。

‌總結(jié)‌：天線的發(fā)射和接收原理基于電磁波的轉(zhuǎn)換與傳播，其設(shè)計(jì)與電磁波的波長(zhǎng)、頻率和輻射模式密切相關(guān)。通過(guò)優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)和材料，可以實(shí)現(xiàn)更高效的信號(hào)傳輸與接收。

①輻射機(jī)理
導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān).如 圖1.1 a 所示，如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開(kāi)，如 圖1.1 b 所示，這時(shí)由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱。

必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) λ 時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。
當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。
②半波振子
兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子，每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，成為半波對(duì)稱振子。

 
③電磁波傳播

④天線方向性
天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力，對(duì)于接收天線而言，方向性表示天線對(duì)不同方向傳來(lái)的電波所具有的的接受能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖表示。
方向圖可用來(lái)說(shuō)明天線在空間各個(gè)方向上所具有的的發(fā)射或接收電磁波的能力。
⑤全向輻射原理
一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有“面包圈”形的方向圖。
在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方，要求把“面包圈”壓成偏平的，而對(duì)稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“偏平的面包圈”。
⑥定向輻射原理
反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。