1894年俄國科學(xué)家波波夫制成一臺無線電接收機(jī)后，天線隨著波波夫無意一個行為被發(fā)明了出來，在進(jìn)行電鈴接通實驗中，他把一根導(dǎo)線搭在金屬屑檢波器上，發(fā)現(xiàn)信號被傳遞得更遠(yuǎn)。此后，無線電天線由此問世！

一、天線的基本原理

天線的基本原理就是高頻電流在其周圍產(chǎn)生變化的電場和磁場，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，“變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場”，這樣不斷激發(fā)下去，就實現(xiàn)了無線信號的傳播。

二、天線的主要部分

1. 輻射器（Radiating Element）：輻射器是天線的主要部分，負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)換為電磁波進(jìn)行輻射或?qū)⒔邮盏降碾姶挪ㄞD(zhuǎn)換為電信號。輻射器的形狀和結(jié)構(gòu)取決于天線的類型和用途。

2. 反射器（Reflector）：一些天線在輻射器周圍放置反射器，以增加輻射的方向性。反射器可以是金屬板或網(wǎng)格，通過反射來增強(qiáng)或抑制輻射方向。

3. 饋源（Feed）：饋源是天線與電纜或傳輸線相連接的部分，負(fù)責(zé)將電信號傳送到輻射器或從輻射器接收電信號。饋源的設(shè)計對天線的性能有重要影響。

4. 駐波變換器（Matching Network）：駐波變換器用于匹配天線和饋源之間的阻抗，以確保最大的能量傳輸效率。

5. 支撐結(jié)構(gòu)：天線通常需要支撐結(jié)構(gòu)來保持其形狀和位置。這些支撐結(jié)構(gòu)可以是金屬支撐物或塑料等材料。

三、常見天線的類型

天線的類型多種多樣，包括偶極天線、單極天線、定向天線、全向天線等，它們在不同的應(yīng)用中有不同的設(shè)計和工作原理。天線有許多種類型，不同類型的天線適用于不同的通信需求和應(yīng)用場景。以下是一些常見的天線類型：

1. 偶極天線（Dipole Antenna）：偶極天線是最簡單的天線之一，由兩個相等長度的導(dǎo)體組成。它是由德國物理學(xué)家海因里?！ず掌潱℉einrich Hertz）在19世紀(jì)末實驗中首次使用的。

2. 單極天線（Monopole Antenna）：單極天線是一種只有一個導(dǎo)體的天線，通常是一個垂直的柱狀結(jié)構(gòu)。單極天線是對偶極天線的一種變種。由于地面的存在，單極天線在地面上產(chǎn)生的反射波與正向波相結(jié)合，形成一個完整的輻射模式。

3. 定向天線（Directional Antenna）：定向天線設(shè)計用于在特定方向上具有增強(qiáng)的輻射模式，以提高信號的傳輸或接收性能。常見的定向天線天線包括各種形式的孔徑天線和定向天線。這些天線的發(fā)明涉及多個科學(xué)家和工程師，其中一些包括弗雷德里克·特爾曼（Frederick Terman）和哈羅德·斯蒂芬·布萊肯（Harald T. Friis）等。

4. 螺旋天線（Helical Antenna）：螺旋天線是一種扭曲形狀的天線，通常用于微波和衛(wèi)星通信。它的發(fā)明可以追溯到美國工程師哈爾·菲利普·弗拉納根（Harald Phillips Frana）在二戰(zhàn)期間的研究。

5. 射頻識別（RFID）天線：用于無線射頻識別技術(shù)的天線，由于其在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和識別系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

6. 衛(wèi)星天線：用于衛(wèi)星通信的天線，可以是定向的（指向特定衛(wèi)星）或全向的。

7. 微帶天線（Microstrip Antenna）：由Roger Harrington和Arun Looyen在20世紀(jì)60年代初首次研發(fā)，是一種平面結(jié)構(gòu)的天線，常用于微波和無線通信。

四、天線、導(dǎo)波、電磁波之間的聯(lián)系

天線與導(dǎo)波和電磁波之間存在密切的關(guān)系，因為天線用于發(fā)送和接收電磁波，而導(dǎo)波是電磁波在導(dǎo)體或波導(dǎo)中傳播的形式之一。

1. 電磁波的生成與輻射：天線的主要功能之一是產(chǎn)生或接收電磁波。電磁波是由振蕩的電荷（電流）產(chǎn)生的，而天線中的電流在導(dǎo)體中運(yùn)動時會產(chǎn)生輻射。這種輻射是電磁波的一種形式，它傳播到周圍的空間中，使得信號能夠在空間中傳輸。

2. 導(dǎo)波與傳輸線：在一些通信系統(tǒng)中，尤其是微波和毫米波頻段，導(dǎo)波也起到重要的作用。導(dǎo)波是電磁波沿著導(dǎo)體或波導(dǎo)傳播的方式。傳輸線，如同軸電纜或微帶線，可以用來傳輸電磁波信號，而天線則用于將信號從傳輸線中輻射出去或接收從空間中輻射進(jìn)來的信號。

3. 天線的工作原理：天線是一個將電能轉(zhuǎn)換為電磁波輻射或?qū)⒔邮盏降碾姶挪ㄞD(zhuǎn)換為電能的裝置。這涉及到導(dǎo)體中的電流和電場的相互作用。天線的形狀和結(jié)構(gòu)決定了其輻射的方向性和頻率特性。

4. 輻射模式與導(dǎo)波模式：天線的輻射模式描述了它在空間中輻射電磁波的方式，而導(dǎo)波模式描述了電磁波在導(dǎo)體或波導(dǎo)中傳播的方式。這兩者直接影響通信系統(tǒng)的性能和特性。

總的來說，天線與導(dǎo)波和電磁波之間的關(guān)系是天線作為電磁波傳輸系統(tǒng)中的重要組成部分而存在的。電磁波通過導(dǎo)體或波導(dǎo)傳播，而天線則在空間中產(chǎn)生或接收這些電磁波，實現(xiàn)通信或傳輸任務(wù)。

六、什么是極化天線？單極化天線與雙極化天線有何區(qū)別？

極化天線是指天線輻射或接收電磁波時所使用的電磁場的偏振方向。電磁波是一種橫波，其電場和磁場振蕩方向垂直于波的傳播方向。極化方向描述了電磁場振蕩的方向。

單極化天線：

- 單極化天線是指在一個特定的方向上輻射或接收電磁波。

- 常見的單極化有水平極化和垂直極化。例如，天線的振子（輻射器）的朝向可以使得電磁場在水平方向或垂直方向上振蕩。

- 在許多應(yīng)用中，天線通常被設(shè)計為單極化，以滿足特定通信系統(tǒng)的要求。

雙極化天線：

- 雙極化天線是指在兩個正交的方向上同時輻射或接收電磁波。

- 常見的雙極化有水平/垂直雙極化、右旋/左旋圓極化等。在這種情況下，天線可以同時支持兩種不同方向上的電磁場振蕩。

- 雙極化天線在一些特定的通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，例如，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)（WLAN）系統(tǒng)。

區(qū)別：

1. 方向：單極化天線只在一個方向上輻射或接收電磁波，而雙極化天線可以在兩個正交的方向上輻射或接收電磁波。

2. 應(yīng)用：單極化天線通常用于一些簡單的通信系統(tǒng)，而雙極化天線更常見于一些對極化要求較高的系統(tǒng)，例如衛(wèi)星通信或需要抵抗多徑傳播的系統(tǒng)。

3. 天線設(shè)計：雙極化天線的設(shè)計通常比單極化天線更復(fù)雜，因為需要確保在兩個方向上的極化性能均勻而穩(wěn)定。

選擇單極化或雙極化天線取決于具體的通信需求和環(huán)境條件。在某些情況下，雙極化天線可以提供更好的性能和抗干擾能力。與天線相關(guān)的技術(shù)涉及廣泛，包括天線設(shè)計、調(diào)整、優(yōu)化、測試和與其他通信系統(tǒng)的集成。以下是一些與天線相關(guān)的技術(shù)：

1. 射頻工程（RF Engineering）：包括射頻電路設(shè)計、天線匹配電路設(shè)計、無線電頻譜分析等，以確保天線與系統(tǒng)的適配和優(yōu)化。

2. 電磁場模擬和建模：使用計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）軟件進(jìn)行電磁場模擬，以預(yù)測天線的性能、輻射模式和諧振頻率。

3. 天線調(diào)諧：調(diào)整天線的長度、形狀或其他參數(shù)，以確保在特定頻率上獲得最佳的性能，提高天線的效率。

4. 天線優(yōu)化：利用優(yōu)化算法和方法，如遺傳算法或模擬退火算法，對天線進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化，以滿足特定的性能指標(biāo)。

5. 天線測量：使用天線測試儀器進(jìn)行天線的實際測量，包括天線增益、諧振頻率、極化特性等。

6. 陣列天線技術(shù)：將多個天線組合成一個天線陣列，以提高整體性能，實現(xiàn)波束賦形和抗干擾能力。

7. 寬帶天線設(shè)計：設(shè)計能夠覆蓋多個頻率的寬帶天線，以適應(yīng)多頻段通信系統(tǒng)。

8. 天線與電路集成：將天線與射頻電路緊密集成，以實現(xiàn)更小型化、輕量化的通信設(shè)備。

9. 無線通信系統(tǒng)集成：將天線與整個無線通信系統(tǒng)集成，確保天線與其他系統(tǒng)組件的協(xié)同工作。

10. 天線阻抗匹配：使用匹配網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，確保天線與射頻電路之間的阻抗匹配，最大程度地傳輸能量。

11. 多天線技術(shù)：利用多天線技術(shù)，如MIMO（Multiple Input Multiple Output），以提高通信系統(tǒng)的吞吐量和性能。

這些技術(shù)通常由電子工程師、射頻工程師和通信工程師等專業(yè)人員在設(shè)計和維護(hù)無線通信系統(tǒng)時應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，與天線相關(guān)的技術(shù)也在不斷演進(jìn)。總的來說，天線作為無線通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，其設(shè)計和選擇對于系統(tǒng)的性能和可靠性具有重要影響。在不同的通信場景中，根據(jù)具體需求選擇合適類型的天線，并通過技術(shù)手段對其進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，是確保通信系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。