1894年俄國科學家波波夫制成一臺無線電接收機后，天線隨著波波夫無意一個行為被發明了出來，在進行電鈴接通實驗中，他把一根導線搭在金屬屑檢波器上，發現信號被傳遞得更遠。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生變化的電場和磁場，根據麥克斯韋電磁場理論，“變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場”，這樣不斷激發下去，就實現了無線信號的傳播。

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，負責將電信號轉換為電磁波進行輻射或將接收到的電磁波轉換為電信號。輻射器的形狀和結構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格，通過反射來增強或抑制輻射方向。

3. 饋源（Feed）：饋源是天線與電纜或傳輸線相連接的部分，負責將電信號傳送到輻射器或從輻射器接收電信號。饋源的設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. 支撐結構：天線通常需要支撐結構來保持其形狀和位置。這些支撐結構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，它們在不同的應用中有不同的設計和工作原理。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體組成。它是由德國物理學家海因里希·赫茲（Heinrich Hertz）在19世紀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體的天線，通常是一個垂直的柱狀結構。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生的反射波與正向波相結合，形成一個完整的輻射模式。

3. 定向天線（Directional Antenna）：定向天線設計用于在特定方向上具有增強的輻射模式，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。這些天線的發明涉及多個科學家和工程師，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，通常用于微波和衛星通信。它的發明可以追溯到美國工程師哈爾·菲利普·弗拉納根（Harald Phillips Frana）在二戰期間的研究。

5. 射頻識別（RFID）天線：用于無線射頻識別技術的天線，由于其在物聯網（IoT）和識別系統中的廣泛應用，得到了廣泛的研究和應用。

6. 衛星天線：用于衛星通信的天線，可以是定向的（指向特定衛星）或全向的。

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

四、天線、導波、電磁波之間的聯系

天線與導波和電磁波之間存在密切的關系，因為天線用于發送和接收電磁波，而導波是電磁波在導體或波導中傳播的形式之一。

1. 電磁波的生成與輻射：天線的主要功能之一是產生或接收電磁波。電磁波是由振蕩的電荷（電流）產生的，而天線中的電流在導體中運動時會產生輻射。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. 導波與傳輸線：在一些通信系統中，尤其是微波和毫米波頻段，導波也起到重要的作用。導波是電磁波沿著導體或波導傳播的方式。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來的信號。

3. 天線的工作原理：天線是一個將電能轉換為電磁波輻射或將接收到的電磁波轉換為電能的裝置。這涉及到導體中的電流和電場的相互作用。天線的形狀和結構決定了其輻射的方向性和頻率特性。

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

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

六、什么是極化天線？單極化天線與雙極化天線有何區別？

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。

- 在許多應用中，天線通常被設計為單極化，以滿足特定通信系統的要求。

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中應用廣泛，例如，衛星通信系統和無線局域網（WLAN）系統。

區別：

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

3. 天線設計：雙極化天線的設計通常比單極化天線更復雜，因為需要確保在兩個方向上的極化性能均勻而穩定。

選擇單極化或雙極化天線取決于具體的通信需求和環境條件。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。與天線相關的技術涉及廣泛，包括天線設計、調整、優化、測試和與其他通信系統的集成。以下是一些與天線相關的技術：

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

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

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

4. 天線優化：利用優化算法和方法，如遺傳算法或模擬退火算法，對天線進行多參數優化，以滿足特定的性能指標。

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

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

7. 寬帶天線設計：設計能夠覆蓋多個頻率的寬帶天線，以適應多頻段通信系統。

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

9. 無線通信系統集成：將天線與整個無線通信系統集成，確保天線與其他系統組件的協同工作。

10. 天線阻抗匹配：使用匹配網絡等技術，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：利用多天線技術，如MIMO（Multiple Input Multiple Output），以提高通信系統的吞吐量和性能。

這些技術通常由電子工程師、射頻工程師和通信工程師等專業人員在設計和維護無線通信系統時應用。隨著通信技術的不斷發展，與天線相關的技術也在不斷演進。總的來說，天線作為無線通信系統中至關重要的組成部分，其設計和選擇對于系統的性能和可靠性具有重要影響。在不同的通信場景中，根據具體需求選擇合適類型的天線，并通過技術手段對其進行優化和調整，是確保通信系統高效運行的關鍵因素。