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天线的工作原理是什么?

2023-5-29 10:38| 发布者: 曾工| 查看: 1631| 评论: 3|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: 天线的工作原理基于电磁学和电路理论。当一个电流通过天线的导体元素时,它会产生一个电磁场,该电磁场会以无线电波的形式辐射出去,或者当天线接收到无线电波时,它会感应出电流。这样,天线就能够实现无线信号的传 ...
天线的工作原理基于电磁学和电路理论。当一个电流通过天线的导体元素时,它会产生一个电磁场,该电磁场会以无线电波的形式辐射出去,或者当天线接收到无线电波时,它会感应出电流。这样,天线就能够实现无线信号的传输和接收。

具体来说,以下是天线的工作原理:
发射模式:
  • 当天线作为发射器时,交流电源将电流输入到天线的导体元素中。这个电流在导体中流动时会产生一个变化的电场和磁场。
  • 电场和磁场相互耦合并一起传播,形成电磁波。这些电磁波以无线电波的形式辐射出去,并传输携带的信息。
  • 天线的形状和结构会影响电磁波的辐射模式,包括辐射方向性、辐射图案和增益等。
接收模式:
  • 当天线作为接收器时,它暴露在周围的电磁场中,其中包含携带信息的无线电波。
  • 天线的导体元素会感应到周围电磁场的变化,并在其上产生感应电流。
  • 这个感应电流可以被传递给接收器电路,然后进行进一步的处理和解码,以恢复原始的信号信息。
天线的工作原理依赖于电磁场的相互作用和电路理论的基本原理。通过选择合适的天线类型、形状和结构,以及通过调整天线的参数和配置,可以实现不同的工作模式和性能特征,以适应不同的应用需求和通信环境。

天线是一种将电信号转换为电磁波的装置,反之亦然。 它用于各种应用,包括无线电广播、电视广播、蜂窝通信和卫星通信。

天线利用电磁感应原理工作。 当电流通过天线时,会产生磁场。 然后,该磁场会在附近的导体中感应出电流。 如果导体连接到接收器,感应电流可以被放大并用于再现原始信号。

当天线用于传输信号时,电流用于产生振荡磁场。 这个振荡磁场然后产生一个振荡电场。 振荡电场然后作为电磁波从天线传播开。

当使用天线接收信号时,入射电磁波的振荡电场会在天线中感应出振荡电流。 该振荡电流随后被放大并用于再现原始信号。

使用的天线类型取决于应用。 例如,八木天线常用于电视广播,而抛物面天线常用于卫星通信。

以下是一些不同类型的天线:
  • 单极天线:单极天线是用于发射或接收无线电波的单个导体。
  • 偶极天线:偶极天线是两个平行排列的导体。
  • 八木天线:八木天线是由许多平行导体组成的定向天线。
  • 抛物面天线:抛物面天线是一种碟形天线,用于聚焦无线电波。
天线是无线通信系统的重要组成部分。 它们使我们能够远距离传输和接收无线电波。 没有天线,我们的世界将大不相同。

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引用  曾工    2023-12-29 17:55
天线是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。具体来说,天线把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波,也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。在无线电设备中,天线用于发射或接收电磁波。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。

天线的原理基于电磁感应和电磁波的特性。当高频电流流过导体时,导体内部的电子随着高频电流振动,在导体外面空间会感应激发电磁波。同样地,天线也能把在空间的电磁波通过感应转换成高频电流。任何天线在接收时的所有特性及参数都可以由该天线在发射状态时的已知特性及参数决定,反之亦然。这就是天线的互易定理。
引用  曾工    2023-12-29 17:55
天线是一种变换器,它能够将传输线上传播的导行波转换为在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中,天线是用来发射或接收电磁波的重要部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。

导行波是全部或绝大部分电磁能量被约束在有限横截面内沿确定方向传输的电磁波。这可以类比为乘客在火车中的移动,乘客只能在车内活动,随着火车的前进方向移动,这就好比是导行波,约束在有限横截面内沿确定方向传输。而出站后,乘客可以自由活动,这就好比是电磁波在自由空间传播。这里火车门就类似于天线,既可以用于乘客上车,也可以用于乘客下车。同样的,天线既可以用于将导行波转换为自由空间电磁波,也可以将自由空间的电磁波转换为导行波,这就是天线的互易性原理。

因此,天线的原理是将导行波转换为自由空间的电磁波,或者进行相反的变换。在通信系统中,天线就起到嘴巴和耳朵的作用,不同的是天线既可以发送电磁波又可以接收电磁波。
引用  曾工    2024-1-2 14:20
传输线的基本工作原理
传输线(比如同轴电缆)在射频系统中传输电磁波。这类电缆由两个导体构成:内导体和外导体(外导体常常由绝缘材料包覆)。在传输线内部,电磁场的能量主要沿着导体间的空间传播,而电流则沿着导体表面传输。
天线的工作原理
  • 发射天线: 当电流通过传输线输入到天线时,天线的设计使得电流在其中产生变化。这个变化的电流在天线中会产生变化的电场和磁场,这些场随着时间变化而在周围空间中传播。这样就形成了无线电波。
  • 接收天线: 当无线电波遇到天线时,它们会导致天线内部电场和磁场的变化。这种变化的场会激发天线内的电流,并将其传输到传输线上。
基本的天线原理可以从传输线“掰开”这一直观角度进行理解。当电流在封闭的传输线(例如同轴电缆或平行导线)中流动时,会在传输线内部形成均匀分布的电磁场,束缚在很小的空间,而不能辐射出去。而如果将传输线的一端或两侧“掰开”,即打开为开放结构,那么原本束缚在传输线内的电磁能量就会以电磁波的形式向空间辐射出去,这就形成了最基本的天线工作原理。

具体来说,当天线长度接近或等于所传输信号波长的整数倍时(如半波振子天线的长度大约是波长的一半),天线能够有效地将传输线中的交流电流转换成电磁波,并在自由空间中传播。同时,天线也能接收来自空间的电磁波,并将其转换回电流形式,实现无线通信的发送和接收功能。

这种从封闭传输线到开放结构的变化,本质上是通过改变电流路径的几何形状和边界条件,来控制和调整电磁场的分布与辐射特性,从而设计出满足特定应用需求的各种天线类型。

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