一、 電磁波產生的基本原理

按照麥克斯韋電磁場理論，變化的電場在其周圍空間要產(chan) 生變化的磁場，而變化的磁場又要產(chan) 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，交替產(chan) 生，並以一定速度由近及遠地在空間傳(chuan) 播出去。

周期性變化的磁場激發周期性變化的電場，周期性變化的電場激發周期性變化的磁場。

電磁波不同於(yu) 機械波，它的傳(chuan) 播不需要依賴任何彈性介質，它隻靠“變化電場產(chan) 生變化磁場，變化磁場產(chan) 生變化電場”的機理來傳(chuan) 播。

當電磁波頻率較低時，主要籍由有形的導電體(ti) 才能傳(chuan) 遞；當頻率逐漸提高時，電磁波就會(hui) 外溢到導體(ti) 之外，不需要介質也能向外傳(chuan) 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，於(yu) 是電能、磁能隨著電場與(yu) 磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳(chuan) 播出去。

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

對於(yu) 傳(chuan) 輸線，這種導線的結構應該能傳(chuan) 遞電磁能量，而不會(hui) 向外輻射；對於(yu) 天線，這種導線的結構應該能盡可能將電磁能量傳(chuan) 遞出去。不同形狀、尺寸的導線在發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，必須采用適當的天線才行！　　研究什麽(me) 樣結構的導線能夠實現高效的發射和接收，也就形成了天線這門學問。

高頻電磁波在空中傳(chuan) 播，如遇著導體(ti) ，就會(hui) 發生感應作用，在導體(ti) 內(nei) 產(chan) 生高頻電流，使我們(men) 可以用導線接收來自遠處的無線電信號。

二、天線

在無線通信係統中，需要將來自發射機的導波能量轉變為(wei) 無線電波，或者將無線電波轉換為(wei) 導波能量，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為(wei) 天線。發射機所產(chan) 生的已調製的高頻電流能量（或導波能量）經饋線傳(chuan) 輸到發射天線，通過天線將轉換為(wei) 某種極化的電磁波能量，並向所需方向出去。到達接收點後，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換為(wei) 已調製的高頻電流能量，經饋線輸送到接收機輸入端。

綜上所述，天線應有以下功能：

１． 天線應能將導波能量盡可能多地轉變為(wei) 電磁波能量。這首先要求天線是一個(ge) 良好的電磁開放係統，其次要求天線與(yu) 發射機或接收機匹配。

２． 天線應使電磁波盡可能集中於(yu) 確定的方向上，或對確定方向的來波最大限度的接受，即方向具有方向性。

３． 天線應能發射或接收規定極化的電磁波，即天線有適當的極化。

４． 天線應有足夠的工作頻帶。

這四點是天線最基本的功能，據此可定義(yi) 若幹參數作為(wei) 設計和評價(jia) 天線的依據。

把天線和發射機或接收機連接起來的係統稱為(wei) 饋線係統。饋線的形式隨頻率的不同而分為(wei) 又導線傳(chuan) 輸線、同軸線傳(chuan) 輸線、波導或微帶線等。所以，所謂饋線，實際上就是傳(chuan) 輸線。

天線的電參數

天線的基本功能就是能量轉換和定向輻射，所謂天線的電參數，就是能定量表征其能量轉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。實際上，旁瓣區是不需要輻射的區域，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）

前後比：

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

方向係數：

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(yu) 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，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。

2. 天線效率

天線效率定義(yi) 為(wei) 天線輻射功率與(yu) 輸入功率之比。

常用天線的輻射電阻R來試題天線輻射功率的能力。天線的輻射電阻是一個(ge) 虛擬的量，定義(yi) 如下：設有一電阻R，當通過它的電流等於(yu) 天線上的最大電流時，其損耗的功率就等於(yu) 其輻射功率。顯然，輻射電阻的高低是衡量天線輻射能力的一個(ge) 重要指標，即輻射電阻越大，說明天線的輻射能力越強。

3. 增益係數

增益係數是綜合衡量天線能量轉換和方向特性的參數，它的定義(yi) 為(wei) ：方向係數與(yu) 天線效率的乘積，記為(wei) ： D為(wei) 方向係數，為(wei) 天線效率。 可見，天線方向係數和越高，則增益係數也就越高。

物理意義(yi) ：天線的增益係數描述了天線與(yu) 理想的無方向性天線相比在最大輻射方向上將輸出功率放大的倍數。也可以這樣通俗地理解，為(wei) 定向天線與(yu) 理想全向天線（其輻射在各方向均等）在一定的距離上的某點處產(chan) 生一定大小的信號之比。

例：如果用理想的無方向性點源作為(wei) 發射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為(wei) G = 13 dB = 20的某定向天線作為(wei) 發射天線時，輸入功率隻需 100 / 20 = 5W 。 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與(yu) 無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。

4. 極化方向

極化特性是指天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時間變化的規律。

極化方向，就是天線電場的方向。天線的極化方式有線極化方式有線極化（水平極化和垂直極化）和圓極化（左旋極化和右旋極化）等方式。

如何理解線極化？首先想象那幅經典的電磁波傳(chuan) 播圖，電場在一個(ge) 平麵以正弦波傳(chuan) 播，磁場在電場的正交平麵也以正弦波傳(chuan) 播，我們(men) 從(cong) 起點沿著傳(chuan) 播方向去看電場，看到的就是一段短線，這種極化就是線極化。那麽(me) 線極化的方向如何確定呢？當高頻電流通過天線時，會(hui) 在天線上產(chan) 生高頻電壓，形成高頻電場，這個(ge) 電場方向一般與(yu) 天線的走向一致，即線極化的極化方向是與(yu) 天線的走向一致的。如果天線是水平方向架設的導線，產(chan) 生的電場也是水平方向的，叫它“水平極化”天線；如果天線是垂直於(yu) 地麵架設的導線，產(chan) 生的電場也是垂直方向的，叫它“垂直極化”天線。（通常直線導線結構的天線為(wei) 線極化）

如何理解圓極化呢？同樣是那幅經典的電磁波傳(chuan) 播圖，不過此時的電場大小始終不變，但是方向圍繞著x軸不變旋轉變化，但在任何一個(ge) 平麵上的投影都是一個(ge) 正弦波，有點類似我們(men) 對信號的處理中輻度不變，但相位在不斷變化。此時，從(cong) 原點向傳(chuan) 播方向去看電場，看到的就是一個(ge) 圓，這種極化就是圓極化。當然，向左旋轉就是左旋極化，向右旋轉就是右旋極化。（通常螺旋結構的天線為(wei) 圓極化）

隻有收信天線的極化方向與(yu) 所接收電磁波的極化方向一致才能感應出最大的信號來。根據這一原理，我們(men) 可以推斷出以下結論。

對於(yu) 線極化，當收信天線的極化方向與(yu) 線極化方向一致（電場方向）時，感應出的信號最大（電磁波在極化方向上投影最大）；隨著收信天線的極化方向與(yu) 線極化方向偏離越來越多時，感應出的信號越小（投影不斷減小）；當收信天線的極化方向與(yu) 線極化方向正交（磁場方向）時，感應出的信號為(wei) 零（投影為(wei) 零）。線極化方式對天線的方向要求較高。當然在實際條件下，電磁波傳(chuan) 播途中遇到反射折射，會(hui) 引起極化方向偏轉，有時一個(ge) 信號既可以被水平天線接收，也可以被垂直天線接收，但無論如何，天線的極化方向常常是需要考慮的重要問題。

對於(yu) 圓極化，無論收信天線的極化方向如何，感應出的信號都是相同的，不會(hui) 有什麽(me) 差別（電磁波在任何方向上的投影都是一樣的）。所以，采用圓極化方式，使得係統對天線的方位（這裏的方位是天線的方位，和前麵所提到的方向係統的方位是不同的）敏感性降低。因而，大多數場合都采用了圓極化方式。

打個(ge) 形象的比喻，線極化類似彎曲在地麵上爬行的蛇，圓極化類似蛇繞在木棍上繞行。再打個(ge) 比喻，你拿一根繩子，上下擺，繩子傳(chuan) 遞的波就是線極化形式的；不斷地畫圓，傳(chuan) 遞的波就是圓極化的。