身边科普|十分钟看懂天线基本原理！（附视频）

   天线已广泛用于电信领域，我们已经在本视频系列中看到了许多针对它们的应用，天线接收到电磁波并将其转换为电信号或接收电信号并将其作为电磁波辐射，在此视频中我们将要研究天线背后的科学，我们有电信号如何将其转换为电磁波？

在您的脑海中，简单的答案就是使用封闭的导线并在根据电磁感应原理，将能够产生波动的磁场和周围的电场但是源周围的波动场对于传输信号无用这里的电磁场不传播，而是波动天线中源周围的电磁波需要与源分离，以便能够传播。

   在研究如何制作天线之前，让我们先了解天线的物理原理。考虑放置间一定距离一个正电荷和一个负电荷这种排列相距很远的距离称为偶极子，它们显然会产生电场，假设这些电荷如图所示，在其路径的中点振荡，速度将达到最大值，并且在它们的路径末端，速度将为零，带电颗粒由于速度的变化而经历连续的加速和减速。现在面临的挑战是找出电磁场由于这种运动的变化，让我们只专注于一个电场线在时间为零时形成的波前扩展并变形，如图所示，在八分之一的时间段之后，您可能会感到惊讶，期望在此位置显示一个简单的电场，为什么电场伸展形成一个像这样的场，是因为加速或减速电荷会产生一些电场具有记忆效应旧的电场不容易适应新的电场，我们需要花一些时间来了解这种记忆效应，电场或KINK产生加速或减速的电荷如果我们将在单独的视频中更详细地讨论这个有趣的主题。

  以相同的方式继续我们的分析，我们可以看到四分之一的时间，波前端在单个点相遇的时间段之后，波前发生分离和传播。请注意，这种变化的电场会自动产生一个垂直磁场变化的电场随着距离的变化，您可以看到波传播是正弦波。实际上，有趣的是，传播的波长是偶极子长度的两倍，稍后我们再讨论这个问题。到此为止，简而言之，这就是我们需要的天线，如果通过振荡产生正电荷和负电荷实现天线的功能，在实践中，取一个在中心弯曲的导电棒并施加一个

中心的电压信号，假定这是您施加了一定时间的信号，由于电压的影响，考虑电压变化的信号在时间0的情况。电子将从偶极子的右边移出，并且在左边积累。这意味着失去电子的另一端会自动积极地参与了这项安排，产生了与以前偶极电荷情况相同的效果，导线末端带正电荷和负电荷。随着电压随时间的变化，正负电荷会来回穿梭，简单偶极天线也产生相同的现象，我们在上一节中看到的现象，并且发生了波传播。

   我们现在已经看到了天线如何作为发射机工作发射信号的频率将与施加的电压信号一样，因为电磁波传播以光速传播，我们可以轻松计算传播的波长，为了完美传输，天线的长度应为波长一半，天线的工作过程是可逆的，可以用作接收信号。如果天线接收到传播的电磁场，我们详细看一下这个现象再次使用同一根天线并在此时施加电场，电子将累积在棒的一端，这与电偶极子随着施加的电场改变正负。电荷在另一端累积现象一样，变化的电荷累积方式为天线中心产生变化的电压信号。

  当天线用作接收器时，该电压信号即为输出，输出电压信号的频率与，从电场配置中可以清楚地看到，对于，完美的接收天线尺寸应为波长的一半。在所有这些讨论中，我们已经看到天线是开路的。现在让我们看一些实用的天线以及它们如何工作，过去偶极天线用于电视接收，彩色条充当偶极子并接收信号，反射器和导向器将信号聚焦在偶极子上，偶极子这种完整的结构被称为YAGI-UDA天线。天线将接收到的信号转换成电信号，这些电信号通过同轴电缆传输到电视。如今，我们已经转向蝶形电视天线，其中包括两个主要部分，组成一个抛物线形反射镜和一个低噪声下变频器，抛物面碟接收来自卫星信号，并将它们聚焦到低噪声下变频器上，抛物线的形状。经过专门且精确设计，低噪声下变频器LNBF由一个馈电喇叭组成。在此动画中由波导PCB和探针组成LNBF将信号通过探头的馈电喇叭和波导聚焦到探头上，就像我们在简单偶极子情况下看到的那样，感应到的电压产生的信号被馈送到PCB进行信号处理，例如滤波转换。

  从高频到低频以及信号处理后的放大，然后这些电信号通过同轴电缆。如果您打开一个LNB，则很可能会找到两个探针，而不是一个，第二个探头垂直于第一个探头表示可用信号可以通过以下两种方式发送波来使用两次：水平或垂直极化一个探头检测水平极化，信号和另一个垂直极化信号。您手中的手机使用完全不同类型的天线，放置在接地平面上，中间有一块介电材料，作为辐射元件金属贴片长度，应该是适当传输和接收的波长的一半。请注意，我们在此处说明的贴片天线的描述非常基础。